俄罗斯地采矿山无轨设备需风量计算方式

欧阳伦熬

（紫金矿业集团股份有限公司）

以俄罗斯龙兴矿业有限公司矿井通风系统的设计资料作为重要参考，无轨设备需风量计算主要采用额定功率配风量进行风量核算，尾气（CO、NO2）稀释至安全标准的需风量，独头巷道作业排风量、作业需氧量作为辅助进行核定计算，取最大值作为风量计算终值。以地采铲运机和自卸卡车为例，进行设备需风量计算。

1 内燃机设备定额需风量Q b

内燃机设备定额需风量Qb为

式中，q为柴油机每千瓦的需风量定额标，4 m3/（min·kW）［1-2］；Kz为 内燃机作业同时系数，1台设备运行时，Kz=1，2台设备运行时，Kz=0.9，3台或更多设备运行时，Kz=0.85）［3］；∑N为自走式柴油设备发动机的总额定最大功率铲运机最大功率为63.2 kW，自卸卡车最大功率为136 kW。

2 有害气体稀释至限值标准的需风量Q x

无轨设备根据巷道回风风流中的有害废气（NO2和CO）的浓度值确定所需风量［4］。

铲运设备将排放气体稀释至卫生标准所需的风量按式（2）计算。式中，a1是与巷道粗糙度有直接关联的气体扩散系数，其值取决于摩擦阻力系数α,×104N·S2/m4，当α≥16时，为循环系数0.13～0.17，t为铲装作业时设备的往复操作时的额定工况时间，s，T为机器作业周期平均循环时间，为排出气体中有害成分的稀释倍数，cx为有害成分的极限允许含量，%，cp为排出气体中有害成分的实际含量，%。

Ip为单台机器气体的排放强度，按式（3）计算。

式中，W为发动机所有汽缸的容积，L；n为发动机转速，r/min。

自走式柴油设备作业时，有害气体稀释所需的空气总耗量为

由于缺少柴油设备废气有害成分浓度指标的实际数据，采用同类柴油设备的其它企业类似条件下所得的指标。风量核定指标采用柴油设备气体净化前数据，有害成分的浓度如下。

（1）铲运机ACY-2：CO=0.014%，NO2=0.015%；

（2）自 卸 汽 车AJK-20：CO=0.013 9%，NO2=0.006%。

俄联邦规范标准中，作业环境CO限值为0.001 7%，NO2限值为0.000 26%；国标规范标准中，作业环境CO限值为0.002 4%，NO2限值为0.000 24%。

铲运机ACY-2排气中的CO指标Ip=0.116 m3/s，=0.324 m3/s。

铲运机ACY-2排气中的NOx指标：

自卸汽车AJK-20排气中的CO指标：Ip=0.245 m3/s，QCOx=0.681 m3/s。

自卸汽车AJK-20排气中的NOx指标

尾气排放有害气体稀释至标准限值的需风量，能够进一步验证4 m3/（min·kW）是否满足实际需求。同时还应遵守下列条件：车辆净化后的尾气有毒成分的含量最高不应超过一氧化碳CO含量0.05%；换算成NO2时的氮氧化物含量为0.005%；过高的浓度意味着车辆燃烧不够充分或净化设备需要检修。俄联邦文件要求投运的内燃机每月检查一次，同时，每次维修、调试或暂停作业（超过14 d）后，也应进行系统的尾气检查［5］。

3 无轨设备作业独头巷道通风（废气）所需风量Q d

在内燃机每个工作周期，独头巷道排气（废气）所需风量（Qd）按式（5）～式（7）计算。

式中，Vh巷道独头部分的容积，m3；S为巷道的横截面积，15.1 m2；L为巷道独头部分的长度，50 m；T为完成一个工作周期的时间，s；tz为铲斗（车厢）装料时间，60 s；tx为铲斗（车厢）卸料时间，25 s；ty为辅助（调车）作业时间，取90 s；V为内燃机设备平均行驶速度，取2.2 m/s。

计 算 得 出Vh=755 m3，T=220 s，Qd=3.43 m3/s。

4 无轨设备作业时需氧量Q O

内燃机作业时，工作区进风量应保证空气中的氧气含量不小于20%［5］。

因而，计算内燃机运行时工作区所需空气量，除了计算将排气稀释至极限允许浓度所需的空气量之外，还应计算确保氧气含量所需的空气量。

氧气含量计算以碳氢燃料化学氧化反应的关系式为基础。根据本关系式，每类燃料均存在化学计算空气量，即燃料完全燃烧所需的空气量lO，1 kg燃料需要空气14.42 kg。

对于内燃机而言，发动机作业所需的空气耗量按式（8）计算。

式中，N为发动机额定功率，kW；q为额定功率下的燃料单位耗量，kg/（kW·h）；α为过量空气系数，对于柴油增压发动机，取2.2；ρ为空气密度，ρ=1.23 kg/m3；KO为进入工作区的空气中的氧气含量，21%。

燃料燃烧后，空气中氧气的最终含量不小于20%时，燃烧过程所需的空气耗量QO按式（9）修正计算。

对于铲运机ACY-2，QA=0.105 m3/s，QO=2.2 m3/s。

对 于 自 卸 汽 车AJK-20，QA=0.225 m3/s，QO=4.7 m3/s。

5 无轨设备作业时核定最终需风量Q

（1）ACY-2铲运机需风量核定：Qb（4.2 m3/s）>Qd(3.43 m3/s)>QX(2.6 m3/s)>Qo(2.2 m3/s)；ACY-2铲运机最终需风量为4.2 m3/s。

（2）AJY-20自卸卡车需风量核定：Qb（9.1 m3/s）>QO(4.7 m3/s)>Qd(3.43 m3/s)>QX(2.6 m3/s)；AJY-20型自卸卡车最终需风量为9.1 m3/s。

6 结 论

（1）地采无轨设备需风量按照4种方式进行核算，取最大值为最终值，4种方式分别为设备额定马力标准配风量计算、设备独头巷道作业通风风量计算、尾气有害气体稀释限值计算、设备需氧量计算。

（2）从计算结果来看，国内采用4 m3/（min·kW）配风量，在多数情况下也能将有害气体稀释至安全限值，可采用计算方式。

（3）多台设备同时作业时，风量计算需注意同时作业系数k，1台为1，2台为0.9，3台以上为0.85。