礦井通風(fēng)中的回風(fēng)井經(jīng)濟(jì)風(fēng)速

楊成林

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

一般來(lái)說(shuō)，礦井通風(fēng)中，回風(fēng)井的風(fēng)量大、風(fēng)速高，其通風(fēng)阻力占礦井總通風(fēng)阻力的比例很大；而回風(fēng)井的斷面直接影響著回風(fēng)井的投資與通風(fēng)阻力。因此，對(duì)回風(fēng)井?dāng)嗝娴难芯坑蟹浅Ｖ匾囊饬x?；仫L(fēng)井直徑越大，通風(fēng)阻力越小，通風(fēng)費(fèi)用越低，但基建投資越大；因此，存在一個(gè)最優(yōu)的回風(fēng)井?dāng)嗝?，稱(chēng)之為回風(fēng)井經(jīng)濟(jì)斷面，使基建投資與后期的經(jīng)營(yíng)費(fèi)用之和最小?；仫L(fēng)井經(jīng)濟(jì)斷面確定后，相應(yīng)地也就確定了回風(fēng)井的經(jīng)濟(jì)風(fēng)速。不同條件下的回風(fēng)井經(jīng)濟(jì)斷面隨著風(fēng)量等條件的變化，變化范圍很大，需對(duì)每個(gè)礦山回風(fēng)井的經(jīng)濟(jì)斷面進(jìn)行研究，工作量較大。但經(jīng)研究，在一般的建設(shè)條件下，回風(fēng)井經(jīng)濟(jì)風(fēng)速變化范圍不大。故本文通過(guò)理論研究，得出了回風(fēng)井經(jīng)濟(jì)斷面與風(fēng)速的計(jì)算方法，并以某礦山為例，根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平，得出一般建設(shè)條件下回風(fēng)井的經(jīng)濟(jì)風(fēng)速為8～11 m/s，供廣大礦山建設(shè)、設(shè)計(jì)工作者參考。

1 回風(fēng)井基建投資

在井筒深度相同的條件下，回風(fēng)井基建投資隨著井筒直徑的增大而增大，但并不是一個(gè)線性關(guān)系，可以從《井巷工程綜合預(yù)算定額手冊(cè)》估算出不同斷面單位長(zhǎng)度的建設(shè)投資，根據(jù)數(shù)據(jù)分布情況，選擇擬合方程，得出以回風(fēng)井?dāng)嗝鏋樽兞康慕ㄔO(shè)投資函數(shù)。經(jīng)大量學(xué)者研究，目前普遍認(rèn)為以下拋物線與直線相結(jié)合的數(shù)學(xué)模型較為理想。

式中：D 為回風(fēng)井直徑，m；a1、b1為擬合方案系數(shù)。

2 回風(fēng)井通風(fēng)費(fèi)用

回風(fēng)井通風(fēng)費(fèi)用包括電費(fèi)、人工費(fèi)與設(shè)備維修費(fèi)等，但主要為電費(fèi)，占整個(gè)通風(fēng)費(fèi)用的90%以上。因此，本文僅考慮因克服回風(fēng)井阻力而產(chǎn)生的電費(fèi)。

每米回風(fēng)井1年通風(fēng)消耗的電費(fèi)可按式（2）計(jì)算：

式中：h 為每米巷道通風(fēng)阻力，Pa；q 為風(fēng)量，m3/s;T1為日通風(fēng)時(shí)長(zhǎng)，h/d，可取 T1=24；T2為年通風(fēng)日數(shù)，d/a，可取 T2=365；e 為電價(jià)，元/kWh；η 為電機(jī)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的綜合效率。

代入式（2），得：

式中：α 為回風(fēng)井摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4；S 為回風(fēng)井?dāng)嗝娣e，m2；D 為回風(fēng)井直徑，m。

3 資金貼現(xiàn)

選擇基建末期為時(shí)間基準(zhǔn)點(diǎn)，設(shè)基建時(shí)間為tj，每年平均基建投資WJ/tj=Bj，年利率為i1；回風(fēng)井服務(wù)年限為tf，每年通風(fēng)電費(fèi)為WD，年利率為i2。采用資金帖現(xiàn)法，把時(shí)間基準(zhǔn)點(diǎn)選在基建期末。由于投資并非年初一次性投入，而是陸續(xù)投入，故對(duì)當(dāng)年的投資利率按一半計(jì)算。這樣，折算到基準(zhǔn)點(diǎn)的基建總投資為：

服務(wù)期間通風(fēng)電費(fèi)折算值為：

4 經(jīng)濟(jì)風(fēng)速

回風(fēng)井通風(fēng)的綜合費(fèi)用為基建投資與通風(fēng)電費(fèi)之和，即：

求F（D）對(duì)D 的一階偏導(dǎo)數(shù)并令其為零，得：

可以用迭代法求出式（9）中的回風(fēng)井經(jīng)濟(jì)直徑D。由于方程的特殊性，可以用式（9）本身構(gòu)造出迭代公式，即

再由風(fēng)量q 與回風(fēng)井經(jīng)濟(jì)直徑D 求出經(jīng)濟(jì)風(fēng)速v：

5 應(yīng)用實(shí)例

某礦山回風(fēng)井深度為620 m，風(fēng)量為380 m3/s，摩擦阻力系數(shù)為 0.011 N·s2/m4，電費(fèi)為 0.7 元/kWh，電機(jī)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的綜合效率為0.7，基建期為4 a，貸款利率為0.06，服務(wù)期限為15 a，服務(wù)期的折現(xiàn)率為0.1。

根據(jù)《井巷工程綜合預(yù)算定額手冊(cè)》分別估算出該礦山回風(fēng)井直徑為6.5 m、7 m 與7.5 m 時(shí)每米井筒的投資為 41 550 元、45 340 元與 49 220 元，采用式（1）方程擬合，得出 a1=5 290，b1=170。

將以上參數(shù)代入式（10），得出回風(fēng)井經(jīng)濟(jì)直徑為7.3 m，經(jīng)濟(jì)風(fēng)速為8.99 m。

6 經(jīng)濟(jì)風(fēng)速分析

第5 節(jié)所述實(shí)例為國(guó)內(nèi)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，一般回風(fēng)井的建設(shè)條件，利用公式（10），分別設(shè)風(fēng)量為 50～600 m3/s，服務(wù)年限為 8～20 a，得出經(jīng)濟(jì)風(fēng)速為8.05～10.31 m/s。因此，可得出一般條件下回風(fēng)井的經(jīng)濟(jì)風(fēng)速為8～11 m/s，服務(wù)年限長(zhǎng)，風(fēng)量小取小值，服務(wù)年限短，風(fēng)量大則取大值。

7 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)理論研究，得出了回風(fēng)井經(jīng)濟(jì)斷面與風(fēng)速的計(jì)算方法。并以某礦山為例，根據(jù)當(dāng)前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平，研究得出了一般建設(shè)條件下回風(fēng)井的經(jīng)濟(jì)風(fēng)速為8～11 m/s，可供廣大礦山建設(shè)、設(shè)計(jì)工作者參考。同時(shí)需指出，本文所述的一般建設(shè)條件是指井筒深度為600 m 左右，采用的是混凝土支護(hù)，電費(fèi)為0.7 元/kWh，如果其它礦井的實(shí)際建設(shè)條件與本文與述的一般建設(shè)條件相差較大，其經(jīng)濟(jì)風(fēng)速可能超出8～11 m/s 的范圍。