井下无轨胶轮车配风量计算与分析

煤矿井下无轨胶轮车配风量计算探讨李红军（中煤科工集团武汉设计研究院）摘要：通过对无轨胶轮车配风量的计算分析，认为当采掘工作面配风量满足可以排出同时作业最大台数无轨胶轮车尾气时，在整个矿井的配风中不需增加无轨胶轮车单独配风量。关键词：无轨胶轮车；配风量1.概述随着无轨胶轮车国产化的发展，无轨胶轮车辅助运输系统作为一种安全、高效的辅助运输系统，正被越来越多的煤矿应用，但其配风量的计算却没有统一的标准，甚至有矛盾的地方，为使矿井配风量更加合理，设计参考各种资料对无轨胶轮车配风量计算进行如下探讨。2.无轨胶轮车配风量的几种常用计算方法根据目前资料，无轨胶轮车配风量的计算主要有以下几种方法：2.1按单位功率的需风量指标计算根据煤矿用防爆柴油机无轨胶轮车安全使用规范（AQ1064-2008）：行驶车辆的巷道，应按同时运行的最多车辆数量增加巷道配风，配风量应不小于4m3/min·kW。即Q＝q0·N式中：Q—无轨胶轮车配风量，m3/min；q0—单位功率的供风指标，取4.0m3/min；N—井下同时使用各种防爆柴油机车的总功率。2.2按无轨胶轮车尾气排放稀释需风量进行计算2.2.1根据煤矿井下辅助运输设计规范（GB50533-2009）：井下采用柴油机动力驱动时，其配风量应大于5.4m3/min·kW，超过两台时，第一台应按单台配风量配风，第二台应按第一台的75%配风，第三台及三台以上的应按第一台的50%配风。即Qdl=5.4×Pdl×（1+0.75+0.5（Ndl-2））式中：Qdl—矿用防爆柴油机车尾气排放稀释需要的风量，m3/min；Ndl—井下同时使用各种防爆柴油机车的台数，台；Pdl—矿用防爆柴油机车的功率，kW。2.2.2参考煤矿通风能力核定标准（AQ1056-2008）中公式Qdl=5.44×Ndl×Pdl×kdl式中：Qdl—矿用防爆柴油机车尾气排放稀释需要的风量，m3/min；Ndl—井下同时使用各种防爆柴油机车的台数，台；Pdl—矿用防爆柴油机车的功率，kW；kdl—配风系数，使用一台矿用防爆柴油机车运输时，为1.0。使用2台矿用防爆柴油机车运输时，为0.75，使用3台及以上矿用防爆柴油机车运输时，为0.5；5.44—每千瓦每分钟供给的最低风量，m3/min。2.3按柴油设备废气排放量计算参考《采矿工程设计手册》，柴油机车排出的主要有害所体是CO和NOx，当矿井中CO2涌出量较大时，CO2也可能成为确定风量的条件，所以配风量按稀释以上三种有害气体的要求计算。其公式如下：QCO＝（qCO·Q1·k1·k2·N+106·q′CO）·kCO/（CCO－C′CO）QNOX＝（qNOX·Q1·k1·k2·N+106·q′NOX）·kNOX/（CNOX－C′NOX）QCO2＝（qCO2·Q1·k1·k2·N+106·q′CO2）·kCO2/（CCO2－C′CO2）式中：QCO、QNOX、QCO2—稀释CO、NOx、CO2所需风量，m3/min；CCO、CNOX、CCO2—《煤矿安全规程》规定的井下空气中CO、NOx、CO2的允许浓度，ppm；C′CO、C′NOX、C′CO2—入风侧CO、NOx、CO2的允许深度，ppm；qCO、qNOX、qCO2—柴油机废气中CO、NOx、CO2的允许深度，ppm；N—柴油机设备参数，台；Q1—单台设备排气量，m3/min；K1—柴油机设备同时运行系数，一般为0.5～1.0；K2—柴油机设备满负荷系数，一般为0.6～1.0；kCO、kNOX、kCO2—稀释CO、NOx、CO2的风量备用系数，一般为1.2～1.8；q′CO、q′NOX、q′CO2—井下柴油机使用地点CO、NOx、CO2的的涌出量，m3/min。供风量按上述三式分别计算，取其中最大值作为供风量。3.实例计算与分析3.1实例计算以枣泉煤矿西翼区为例按以上公式进行无轨胶轮车配风量计算。枣泉煤矿西翼区设计生产能力5.0Mt/a，采用斜井开拓方式，以一个大采高综采工作面保证矿井设计生产能力，以一个普掘面两个综掘面保证矿井接替。根据计算，西翼区绝对瓦斯涌出量为0.212m3/t，相对瓦斯涌出量为1.34m3/min，为低瓦斯矿井。根据计算，本区达产时，井下同时作业无轨胶轮车台数约17辆，设计按每台功率60kW计算其用风量。按2.1公式计算，Q＝4×60×17＝4080m3/min＝68m3/s。按2.2.1公式计算，Q＝5.4×60×（1+0.75+0.5×（17-2））＝2997m3/min＝50.0m3/s。按2.2.2公式计算，Q＝5.44×17×60×0.5＝2774m3/min＝46.2m3/s。按2.2.3公式计算，设计按井下柴油机使用地点的CO、NOx的涌出量均为零考虑，单台设备排气量按正常0.8m3/min考虑，柴油机废气中CO、NOx的浓度均按《煤矿用防爆柴油机械排气中一氧化碳、氮氧化物检验规范》中的最大值CO1000ppm、NOx800ppm计算，根据环保相关规程，NOx转化为NO2时一般取0.75的系数，将各参数代入上式后，QCO＝（1000×0.8×1×0.8×17×1.5）÷24＝680m3/min＝11.3m3/s；QNOx=（800×0.8×1×0.8×17×1.5×0.75）÷2.5＝3917m3/min＝65m3/s，则无轨胶轮车所需风量为65m3/s。4、无轨胶轮车配风量分析根据以上计算可知，无轨胶轮车最小配风量为46.2m3/s，最大配风量为68m3/s。由于无轨胶轮车主要在进风巷中运行，其污风不可能直接排入回风巷，仍作为新鲜风流进入各采掘工作面以及井下用风地点，所以无轨胶轮车是不需要单独配风的，仅需根据2.2.3公式核实无轨胶轮车运行巷道的最低风量是否满足要求即可。4.4.1掘进工作面需风量分析根据掘进工作面的掘进进度以及材料消耗量可知，同时运行的无轨胶轮车数量最多为3台，则掘进工作面需风量按2.2.3公式为QNOx=（800×0.8×1×0.8×3×1.5×0.75）÷2.5＝691.2m3/min＝11.5m3/s，即掘进工作面风量大于12m3/s时，则可不单独增加无轨胶轮车配风量。4.4.2综采工作面需风量分析根据综采工作面的回采进度以及材料消耗量可知，同时运行的无轨胶轮车数量最多为6台，则综采工作面需风量按2.2.3公式为QNOx=（800×0.8×1×0.8×6×1.5×0.75）÷2.5＝1382.4m3/min＝23.04m3/s，即综采工作面风量大于24m3/s时，则可不单独增加无轨胶轮车配风量。4.4.3单台无轨胶轮车运行时所需最低风量个别地方仅单台无轨胶轮车运行时，所需风量按2.2.3公式为QNOx=（800×0.8×1×0.8×1×1.5×0.75）÷2.5＝230.4m3/min＝3.84m3/s，即在行驶无轨胶轮车的巷道中最低配风量应不低于4m3/s，考虑巷道的最低排尘速风等，巷道中的最低风量不宜低于6m3/s。4.4.4实例分析根据我院设计并已投产的布尔台矿井（20.0Mt/a）、枣泉煤矿西翼区（3.0Mt/a）以及棋盘井煤矿（3.0Mt/a），综采工作面配风量均大于25m3/s，综掘工作面配风量均大于12m3/s，其它风量均按要求设计，无轨胶轮车不单独配风，根据目前实际使用情况，其风量完全满足要求。如另外增加无轨胶轮车单独配风量，则矿井总配风量增加，相应回风巷道不满足要求，需再增加一条回风巷，工程量太大。5、结论当采掘工作面配风量满足可以排出同时作业最大台数无轨胶轮车尾气时，在整个矿井的配风中不需增加无轨胶轮车单独配风量。当采掘工作面配风量不满足可以排出同时作业最大台数无轨胶轮车尾气时，应在整个矿井的配风中增加部分无轨胶轮车单独配风量。参考文献：[1]煤矿通风能力核定标准（AQ1056-2008）；[2]煤矿用防爆柴油机无轨胶轮车安全使用规范（AQ1064-2008）；[3]煤矿井下辅助运输设计规范（GB50533-2009）；[4]采矿设计手册。作者简介：李红军（1978-）、男、山西运城人。2002年毕业于中国矿业大学采矿工程专业，学士学位，工程师，现任职于中煤科工集团武汉设计研究院工程设计所。联系电话：[phone]E-mail：[e-mail]