礦井通風中的回風井經濟風速

楊成林

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330038）

一般來說，礦井通風中，回風井的風量大、風速高，其通風阻力占礦井總通風阻力的比例很大；而回風井的斷面直接影響著回風井的投資與通風阻力。因此，對回風井斷面的研究有非常重要的意義?；仫L井直徑越大，通風阻力越小，通風費用越低，但基建投資越大；因此，存在一個最優的回風井斷面，稱之為回風井經濟斷面，使基建投資與后期的經營費用之和最小?；仫L井經濟斷面確定后，相應地也就確定了回風井的經濟風速。不同條件下的回風井經濟斷面隨著風量等條件的變化，變化范圍很大，需對每個礦山回風井的經濟斷面進行研究，工作量較大。但經研究，在一般的建設條件下，回風井經濟風速變化范圍不大。故本文通過理論研究，得出了回風井經濟斷面與風速的計算方法，并以某礦山為例，根據當前的技術經濟水平，得出一般建設條件下回風井的經濟風速為8～11 m/s，供廣大礦山建設、設計工作者參考。

1 回風井基建投資

在井筒深度相同的條件下，回風井基建投資隨著井筒直徑的增大而增大，但并不是一個線性關系，可以從《井巷工程綜合預算定額手冊》估算出不同斷面單位長度的建設投資，根據數據分布情況，選擇擬合方程，得出以回風井斷面為變量的建設投資函數。經大量學者研究，目前普遍認為以下拋物線與直線相結合的數學模型較為理想。

式中：D 為回風井直徑，m；a1、b1為擬合方案系數。

2 回風井通風費用

回風井通風費用包括電費、人工費與設備維修費等，但主要為電費，占整個通風費用的90%以上。因此，本文僅考慮因克服回風井阻力而產生的電費。

每米回風井1年通風消耗的電費可按式（2）計算：

式中：h 為每米巷道通風阻力，Pa；q 為風量，m3/s;T1為日通風時長，h/d，可取 T1=24；T2為年通風日數，d/a，可取 T2=365；e 為電價，元/kWh；η 為電機、風機等設備的綜合效率。

代入式（2），得：

式中：α 為回風井摩擦阻力系數，N·s2/m4；S 為回風井斷面積，m2；D 為回風井直徑，m。

3 資金貼現

選擇基建末期為時間基準點，設基建時間為tj，每年平均基建投資WJ/tj=Bj，年利率為i1；回風井服務年限為tf，每年通風電費為WD，年利率為i2。采用資金帖現法，把時間基準點選在基建期末。由于投資并非年初一次性投入，而是陸續投入，故對當年的投資利率按一半計算。這樣，折算到基準點的基建總投資為：

服務期間通風電費折算值為：

4 經濟風速

回風井通風的綜合費用為基建投資與通風電費之和，即：

求F（D）對D 的一階偏導數并令其為零，得：

可以用迭代法求出式（9）中的回風井經濟直徑D。由于方程的特殊性，可以用式（9）本身構造出迭代公式，即

再由風量q 與回風井經濟直徑D 求出經濟風速v：

5 應用實例

某礦山回風井深度為620 m，風量為380 m3/s，摩擦阻力系數為 0.011 N·s2/m4，電費為 0.7 元/kWh，電機、風機等設備的綜合效率為0.7，基建期為4 a，貸款利率為0.06，服務期限為15 a，服務期的折現率為0.1。

根據《井巷工程綜合預算定額手冊》分別估算出該礦山回風井直徑為6.5 m、7 m 與7.5 m 時每米井筒的投資為 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。

將以上參數代入式（10），得出回風井經濟直徑為7.3 m，經濟風速為8.99 m。

6 經濟風速分析

第5 節所述實例為國內現有經濟技術條件下，一般回風井的建設條件，利用公式（10），分別設風量為 50～600 m3/s，服務年限為 8～20 a，得出經濟風速為8.05～10.31 m/s。因此，可得出一般條件下回風井的經濟風速為8～11 m/s，服務年限長，風量小取小值，服務年限短，風量大則取大值。

7 結語

本文通過理論研究，得出了回風井經濟斷面與風速的計算方法。并以某礦山為例，根據當前的技術經濟水平，研究得出了一般建設條件下回風井的經濟風速為8～11 m/s，可供廣大礦山建設、設計工作者參考。同時需指出，本文所述的一般建設條件是指井筒深度為600 m 左右，采用的是混凝土支護，電費為0.7 元/kWh，如果其它礦井的實際建設條件與本文與述的一般建設條件相差較大，其經濟風速可能超出8～11 m/s 的范圍。