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用 经济断面法设计风井断面 淮北矿务局工程处 李 珩 摘 要 本文主要论证风井断面的合理选择, 使井筒在整个服务期间的掘砌费、 维护费及 通风电力费为最省。同时推导出井筒 经济断面计算公式, 并以示例说明用 经济断面法选 择井筒的合理性及经济效果。 关键词 周界 经济断面 负压 动态分析 井筒的 经济断面, 就是指井筒整个服务期间的掘砌 费、 维护费及通风电力费为最省的断面。 现在大型矿井由于风量较大, 均设计有专门通风的井 筒, 一些地方小煤矿, 大部分是用一个混合井筒, 再打一个 专用风井。但在风井的设计中, 大多数是依煤矿安全规程 允许风速来选择井筒断面, 而忽略电费的影响, 这样有时 可能造成很大的浪费, 因为通风电费同井筒断面的三次方 成反比, 因而影响很大。 本文拟将这一问题加以论述, 作为抛砖引玉、 以引起 从事煤矿工作的同志们重视; 并希望能对当前企业扭亏为 盈, 提高企业经济效益有所帮助。 1 井筒 经济断面计算 1 井筒的掘砌费用 现行的井巷工程定额预算是以长度 10m 为单位进行 计算, 可以把它折算为净断面每平方米的体积单价。而依 井筒断面的大小, 每 的单价虽有所不同, 但误差不大。 设井筒每 体积的掘砌费为 K, 则整个井筒的掘砌费 用为 A KLS 元1 式中 A ∀ 井筒总的掘砌费用 元; K ∀ 井筒每 体积的掘砌单价 元/ ; L∀ 井筒总深度 m; S∀ 井筒的净断面 。 2 井筒的维护费用 井筒的维护费, 依据地质条件, 井筒的支护材料, 结构 形式都有所不同, 但是, 现在施工的井筒, 都是用混凝土或 钢筋混凝土砌壁, 维护费用很少, 有时可以忽略不计。井 巷工程的维护费用单价大都是以每 m 每年多少钱为单 位, 需把它换算为每 每年多少钱为单位。 设井筒每 体积的年维护费用为 Y, 井筒在服务期间 总维护费用为 V YTLS 元2 式中 V ∀ 井筒服务期间总维护费用 元; Y∀ 井筒每 体积年维护费用 元; L∀ 井筒深度 m; T ∀ 井筒的服务年限 年; S∀ 井筒的净断面 。 3 井筒的通风费用 由通风学可知, 井筒的通风负压 h 为 h PLQ2 S3 3 式中 h∀ 通风负压 mm 水柱; ∀ 井筒通风摩擦阻力系数; P∀ 井筒断面周界 周长 m; L∀ 井筒深度 m; Q ∀ 井筒通过的风量 /S; S∀ 井筒的净断面 。 为简化计算, 以 P C S代换, 系数 C 依井筒断面形 状而不同, 即是井巷断面的周界与井巷断面积之间的关 系, 可按下表采用 表 1 井筒断面形状系数 C 圆形断面354 半圆拱断面378 三心拱断面381 梯形断面415 方形断面40 以 P C S代入3式得 h C SL Q2 S3 CL Q2 S 25 4 扇风机的功率为 N Q h 10212 KW5 式中 ∀ 扇风机的效率可取 06; 1∀ 电动机的效率可取 095; 2∀ 变压器与线路的效率可取 095。 以4式代入5式, 得扇风机的需要功率 N CL Q3 10212S25 KW 6 设井筒的服务年限为 T 年, 每千瓦小时的电价为 r 元, 则得井筒整个服务期间的通风费用如下式 W 24 365 CLTrQ3 10212S25 7 式中 W∀ 通风费用 元; T ∀ 井筒的服务年限 年; r ∀ 每千瓦小时的电价 元。 其余符号同前。 由1、 2 、 7式, 可得井筒的掘砌费、 维护费及通风 电力费关于井筒断面 S 的函数方程如下式 10煤 矿 设 计 2000年第 3 期 fS KLS YTLS 24 36 5 CLTrQ3 102 1 2S 25 8 对8 式求导, 并令第一批导数为零, 求函的极值。 f∃ S KL Y TL- 2 524 36 5 CLTrQ 3 102 n1n2S3 5 令 KL YTL- 2 5 24 3 65 CLTrQ3 102 n1n2S 35 0 得 S 35 25 24 365 CTrQ3 K YT 10212 m29 所得9 式, 即为计算井筒 经济断面之公式, 式中符 号同前。 2 合理选择井筒断面计算示例 例 某通风立井为圆形断面, 支护采用混凝土井壁, 井 筒深度 200m, 风量 Q 70 /S, 无提升设备, 井筒的掘砌 费用 K 1300 元/m3, 每度电费为 070 元, 井筒的服务年 限为25年, 井筒的维护费用可忽略不计, 试选择最合理的 井筒断面。 1 按煤矿安全规程允许风速选择断面 依照上例条件, 通过的风量为 70m3/S, 以风速 V 15m/S 计算, 得井筒断面 S 70 15 467m2 求井筒的直径 D 4 467 2. 44m 2 按 经济断面法选择井筒断面 解 依照所给的条件, 查表 1, 系数 C 354 查通风资 料, 00004, 把相应数字代入9式。 S 3 5 2 5 24365 0 0004 3 54 25 0 7 70 3 1300102 0 6 0 95 0 95 9 45m2 检验风速 70 945 7. 41m/S 求井筒直径 D 4 945 347m 3 两个方案所选择的井筒断面费用比较 1 施工井筒掘砌费用比较 依煤矿安全规程允许风速先择的井筒断面, S 467 467 200 1300 1214200元 4 /6 − 3 周天祜等编, 煤炭工业企业生产管理学, 中国矿业学院 出版社 责任编辑 杨季平 112000年第 3期 煤 矿 设 计