摘要：随着地下矿井开采技术的发展，无轨胶轮车在矿井的使用极大的改变了传统矿井的运输模式，不仅提高了工作进度，而且节约了人力并降低了劳动强度。无轨胶轮车生产过程中产生的尾气主要组成成分为 CO和NOx (氮氧化物),产生原因主要是燃料燃烧不充分,通过工作面通风处理、柴油机尾气控制处理、完善管理制度可以有效控制无轨胶轮车产生的尾气。
关键词：无轨胶轮车；尾气；控制
井下无轨胶轮车属于非公路用机动运输设备，不同于传统的轨道矿车，它采用防爆柴油机作为牵引动力，通过胶轮或者履带在井下巷道自由行走，实现对设备、人员和材料的输送。无轨胶轮车因其结构简单、运载能力强,在矿井中得到广泛应用。但无轨胶轮车动力来源以柴油为主,所以煤矿开采过程中使用无轨胶轮车,容易在巷道排放大量的易燃易爆气体。无轨胶轮车具有安全、灵活、经济等优点，但是由于其采用柴油机作为动力，且经常运行于井下封闭受限空间，空气流通不如地面通畅，导致排放的尾气十分容易积聚引起污染，CO、NOx、HC（碳氢化合物）和PM（碳烟颗粒物）等共同出现、相互作用，特别是在工作面巷道或风量较小的巷道内，在车辆老化、发动机出现故障时，车辆的尾气排放更加严重，出现大量的黑烟、刺激性
气体，已成为继瓦斯、煤尘、水火灾害之后的重要污染源和安全生产隐患。
一、污染物危害
井下无轨胶轮车柴油机尾气成分及其危害如下：一氧化碳为无、无味、有 毒气体，吸入人体后，和血液中的血红蛋白结合，致使人体缺氧，引起头痛、头晕、呕吐等，严重时造成死亡。氮氧化合物，NO是无气体，性质不稳定，易与氧气反应生成ＮNO2,NO2是褐刺鼻气体，NOx与水分结合生成亚硝酸和硝酸，引起咳嗽、气喘，甚至肺气肿。微粒是柴油发动机燃料燃烧不完全的产物，含大量黑炭颗粒，影响道路上的能见度，并因含少量带有特殊臭味的乙醛，引起恶心和头晕。碳氢化合物为发动机尾气中的未燃成分，还包括供油系统中燃料的蒸发和滴漏，单独的碳氢化合物只有在浓度相当高时才会对人体产生影响，一般情况下作用不大，但它却是产生光化学烟雾的重要成分。硫氧化物主要成分为二氧化硫，造成催化剂中毒，影响催化剂使用寿命，危害身体健康，是造成酸雨的主要物质。二氧化碳为无无毒气体，大幅度增加会形成温室效应。柴油机尾气中成分99.8％以上是气体，0.2％以下是碳烟颗粒物PM。PM的构成成分复杂，其中，纯碳颗粒约占41％，其余则为未燃烃、未燃润滑油、无机盐、水及其他组分。
二、污染物的产生机理
无轨胶轮车主要动力来源为柴油,但柴油机使用过程中因其燃烧不充分,易产生有毒有害气体CO、NOx(氮氧化物)等,其中危害最大的是CO。1.1CO产生机理在燃烧过程中,碳氢化合物因含氧量不同,生 成的产物也随之发生变化。含氧量充足的情况下,产物为CO2,含氧量不足情况下则为CO。CO含量取决于氧气的浓度,一般情况下燃料燃烧发生的化学变化为:RH→R→RO2→RCHO→RCO→CO其中,RCO自由基生成CO是通过热分解或其他化学变化转换实现,如:RCO+{O2、OH、O、H}→CO+…温度升高,含氧量在一定条件下CO与氧气反应,再转换成CO2。同时,H2O在高温环境下分解为H2、O2,H2由于自己的还原性将CO2还原为CO。
2、NOx产生机理。柴油机排放的尾气主要以NO为主,含有少量NO2,统称为NOx,用Zeldovich不分支连锁反应夹表示执力型NOx的生成机理如下式:O2+M→2O+MN2+O→NO+NO2+N→NO+O
三、污染物的控制
煤矿瓦斯爆炸需要同时满足条件:①瓦斯浓度在爆炸范围内,②高温条件,③氧气含量>12%。因此,防治瓦斯主要是针对瓦斯含量高且温度较高的区域。
1、气体排放测量方法。气体样品的采集的正确与否与测量结果的可靠性有直接联系。如果测量方法不对或者不规范，即使实验操作者再细心，实验仪器再精确，也不会得出有意义的实验结果。气体采样应根据被检测物质在空气中存在的状态、分析方法的灵敏度及被检测物质的含量等因素，进而选用合适的采样方法进行采样。气体采样的方法分为两大类：直接采样和浓缩采样[1]。直接采样方法是指应用采样容器收集被测场所气体样品的方法，直接采样方法常用的采样容器包括塑料袋、采气管、注射器。
（1）塑料袋。常见的采样塑料袋有聚乙烯袋、聚酯袋及聚四氟乙烯袋等。在采样时，应根据待采样气体的特性选择与待采样样气中的污染组分不发生化学反应，且不吸附也不渗透的塑料袋，有时为了减少待测组分的吸附，可以在采样袋的内壁里衬上铝或者银等金属膜，并且在采样时，应对塑料袋进行现场冲洗，冲洗次数应在3-5次，冲洗后再充气取样，取样后应夹紧并密封进气口，然后带回实验室进行采样样品的分析。
（2）采气管。采气管是一种管式的玻璃容器，其两端带有旋塞，容积一般是 100-500ml。
在采样时，打开两端的旋塞，应用抽气泵或者二连球在采气管的一端抽取气体，另一端保持开放，并且抽取的气体体积要大于采气管体积的 6-10 倍，当采气管中的气体被待测气体完全置换后迅速关闭两端的旋塞，即得到采样气体，其体积为采样管的容积。
（3）注射器。采用注射器采样时，首先应根据所需的气体量选择合适的注射器量程。在现场采样时，应用被测气体对注射器清洗 3-5 次，再抽取气体，抽取气体后立即密封进气口，并且使注射器进气口朝下，保持垂直放置。采样注射器取得的气体样品存放时间不要过长，尽量在当天分析。
2、柴油机尾气控制处理。(1)改进燃料,源头治理。为了达到CO的排 放标准,改进炼油技术,采用低硫燃油或改善燃料。在燃料中添加化学催化剂可促进燃料充分燃烧并减少CO排放量。(2)机内净化,包括新燃烧技术、燃油喷射技术、进气管理技术、废气再循环技术等。通过改进发动机的结构设计及排放控制,实现减少尾气排放的目的。如,将冷却的废气再次输送到燃烧室中,使其完全燃烧,从而减少废气中 NOx 的排放;通过控制燃料喷射所用的时间和油量来减少废气的排放量等。(3)尾气净化。在无轨胶轮车的尾气管安装净化装置,将易燃易爆气体提前过滤、净化处理,达到尾气净化的目的。
3、完善管理制度(1)加强矿井安全管理,增强工作人员的安全意识。如:井下工作人员在有毒有害气体浓度较高的工作地点,需佩戴防护口罩;定期对井下工作人员进行全面体检,严格执行《煤矿用防爆柴油机械排气中一氧化碳检验规范》。(2)采用新技术。如:对无轨胶轮车进行改造设计,使用电机取代人为操作,实现无轨胶轮车的无人化驾驶,减少井下工作人员的数量,消除潜在危险;加强对无轨胶轮车司机的培训与考核,提高驾驶员驾驶水平,尽量避免无轨胶轮车处于怠速 状况,严禁超过规定速度行驶。(3)定期维护、保养车辆。定期检查车辆,严 禁不符合安全章程规定的车辆进入井下作业。(4)根据井下巷道的坡度,严格限制无轨胶轮 车的装载量,不允许超载运行。(5)在无轨胶轮车运行的巷道内布置检测点, 实时监测进行空气中CO的含量。
无轨胶轮车因运输操作简单、效率高,在矿井 生产中广泛应广,但无轨胶轮车工作时产生的尾 气威胁矿井安全。 需通过改进技术,增强管理,减少无轨胶轮车尾气排放,最终实现安全高效生产。
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[4]周松苗.斜沟煤矿井下巷道无轨胶轮车尾气(CO)排放规律数值模拟研究[D].太原:太原理工大学,2016.
汽车尾气对人体的危害作者信息：仇博（1983.11），男，汉族，河北石家庄人，研究生学历，高级工程师，主要从事煤矿机械方向研究。
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