矿井通风中的回风井经济风速

杨成林

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

一般来说，矿井通风中，回风井的风量大、风速高，其通风阻力占矿井总通风阻力的比例很大；而回风井的断面直接影响着回风井的投资与通风阻力。因此，对回风井断面的研究有非常重要的意义。回风井直径越大，通风阻力越小，通风费用越低，但基建投资越大；因此，存在一个最优的回风井断面，称之为回风井经济断面，使基建投资与后期的经营费用之和最小。回风井经济断面确定后，相应地也就确定了回风井的经济风速。不同条件下的回风井经济断面随着风量等条件的变化，变化范围很大，需对每个矿山回风井的经济断面进行研究，工作量较大。但经研究，在一般的建设条件下，回风井经济风速变化范围不大。故本文通过理论研究，得出了回风井经济断面与风速的计算方法，并以某矿山为例，根据当前的技术经济水平，得出一般建设条件下回风井的经济风速为8～11 m/s，供广大矿山建设、设计工作者参考。

1 回风井基建投资

在井筒深度相同的条件下，回风井基建投资随着井筒直径的增大而增大，但并不是一个线性关系，可以从《井巷工程综合预算定额手册》估算出不同断面单位长度的建设投资，根据数据分布情况，选择拟合方程，得出以回风井断面为变量的建设投资函数。经大量学者研究，目前普遍认为以下抛物线与直线相结合的数学模型较为理想。

式中：D 为回风井直径，m；a1、b1为拟合方案系数。

2 回风井通风费用

回风井通风费用包括电费、人工费与设备维修费等，但主要为电费，占整个通风费用的90%以上。因此，本文仅考虑因克服回风井阻力而产生的电费。

每米回风井1年通风消耗的电费可按式（2）计算：

式中：h 为每米巷道通风阻力，Pa；q 为风量，m3/s;T1为日通风时长，h/d，可取 T1=24；T2为年通风日数，d/a，可取 T2=365；e 为电价，元/kWh；η 为电机、风机等设备的综合效率。

代入式（2），得：

式中：α 为回风井摩擦阻力系数，N·s2/m4；S 为回风井断面积，m2；D 为回风井直径，m。

3 资金贴现

选择基建末期为时间基准点，设基建时间为tj，每年平均基建投资WJ/tj=Bj，年利率为i1；回风井服务年限为tf，每年通风电费为WD，年利率为i2。采用资金帖现法，把时间基准点选在基建期末。由于投资并非年初一次性投入，而是陆续投入，故对当年的投资利率按一半计算。这样，折算到基准点的基建总投资为：

服务期间通风电费折算值为：

4 经济风速

回风井通风的综合费用为基建投资与通风电费之和，即：

求F（D）对D 的一阶偏导数并令其为零，得：

可以用迭代法求出式（9）中的回风井经济直径D。由于方程的特殊性，可以用式（9）本身构造出迭代公式，即

再由风量q 与回风井经济直径D 求出经济风速v：

5 应用实例

某矿山回风井深度为620 m，风量为380 m3/s，摩擦阻力系数为 0.011 N·s2/m4，电费为 0.7 元/kWh，电机、风机等设备的综合效率为0.7，基建期为4 a，贷款利率为0.06，服务期限为15 a，服务期的折现率为0.1。

根据《井巷工程综合预算定额手册》分别估算出该矿山回风井直径为6.5 m、7 m 与7.5 m 时每米井筒的投资为 41 550 元、45 340 元与 49 220 元，采用式（1）方程拟合，得出 a1=5 290，b1=170。

将以上参数代入式（10），得出回风井经济直径为7.3 m，经济风速为8.99 m。

6 经济风速分析

第5 节所述实例为国内现有经济技术条件下，一般回风井的建设条件，利用公式（10），分别设风量为 50～600 m3/s，服务年限为 8～20 a，得出经济风速为8.05～10.31 m/s。因此，可得出一般条件下回风井的经济风速为8～11 m/s，服务年限长，风量小取小值，服务年限短，风量大则取大值。

7 结语

本文通过理论研究，得出了回风井经济断面与风速的计算方法。并以某矿山为例，根据当前的技术经济水平，研究得出了一般建设条件下回风井的经济风速为8～11 m/s，可供广大矿山建设、设计工作者参考。同时需指出，本文所述的一般建设条件是指井筒深度为600 m 左右，采用的是混凝土支护，电费为0.7 元/kWh，如果其它矿井的实际建设条件与本文与述的一般建设条件相差较大，其经济风速可能超出8～11 m/s 的范围。