通风巷道经济断面积的确定.pdf

I交 c 誓 经 齐骄面 昀确定 陈国聪 永安煤业公 司丰海煤矿 福建永安3 6 6 0 1 8 摘 要分析通 风巷道 经济断 面积 的求解法 ， 并 以矿 井 实例说 明图解 法确定专 用通风巷道 经济断 面积 的方 法 、 关 键词 通风巷 道 经 济断面 爆矿 扩井 中图分类号 T D7 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 2 9 0 6 4 2 0 0 9 0 3 0 1 2 5 0 2 通风巷道包括 进风巷 和回风巷 ，进 风巷一般 兼有 提升 、 运输之 川途 对具有提升运输 之用途 的巷道而言 ． 确定 断面积 主要考 虑运输 及行人需要 ， 但对专 通风巷道 如 总 同风 巷 、 回风上 山等 ， 则除考虑风速 以及施工需 要之外 ． 更应 考虑通 风费用 与掘进 费用的关 系 ， 寻求 年度费用最 低的断 面积 即经 济断面 积 对 专片 j 通风巷道 而言 ， 年度 费删包 括年度使 用 费和资金 恢 复费用 2部分 。 年度使用 费是指 陔巷道 的维修 费用和通风 电费 ； 资金恢 复费用是指巷 道的掘进费用 分摊 到该巷 道使用 年 限内各年度的费用 。相对通风 电费与掘 进费用 而言 ． 巷道 维 修费受巷 道断面 积大 小 的影 响很 小 ． 因此 年度 费用 C 可 只考 虑 年度 通 风 电费 C m 和掘 进年 度 分摊 费 用 C ， 即 C C s t C 。 显然 ， 通风 电费随着巷 道断面积 S 的增 大而 降低 ． 而掘 进费用 随着 断面积 的增 大而提高 。2者 之和最小 时 C 的断 面积 S 。 即为经 济断面积 ， 如 图 1 。C S、 C S一 般都不 是简单 的直线关系 要确 定经济 断面积 ． 可采 _【 _} j 方程求 解法 或作图求解 法 1 经济 断面积 的方 程求解 法 1 ． 1 年度 通风 电费 根据推 导可得 C m [ 2 4 T D a x L x Q ／ 1 0 0 0 3 -q o - q J ／ u ／ s 3 1 式 中 T 一年 正常 生产 天数／ d ； D 一 电价／ 元／ k W． h ； 1 1 一 风机效 率 ； 一 电动机效 率 ，为 0 ． 9 0 ．9 4 大型 电机 取较 高 值 ； 1 1 一传动效率 ， 电动机与通风机直联时取为 1 ， 皮带转 动 时取为 0 ．9 5 a 一 井巷 摩擦 阻 力 系数／ N S 2 ． m-4 1 0 4 L 一 巷 道长度／ m； Q 一 巷道 风量／ m VS ； U 一巷道 净断面积／ m 2 巷 道位置 与风机 、 风 量一 旦确 定 ， 上式 中除 U、 S是 变量 外 ． 其余 参数都可 视为 常量 一定 的断面形状 ． S也 是 U的 函 数 ， 此 式 1 可表达 为 C f S 1 - 2 掘进 年度分摊 费用 与断面积有直接关系的，巷道掘进费用包括掘进工资、 掘进 材料 费 、 支护费 以及辅 助 费用 ， 辅助 费用 主要包 括矸 石 的运输 、 提升 、 排放 以及 掘进所需 的风 、 水 、 电费 用 。 掘进 费用 根据统 一定 额 、企业 定 额 以及市 场价 格而 确 定 ， 与断 面积 之间存在 函数关系 ， 可表 达为 C f 2 S 。 1 ． 3 经 济断面 积的求解 C C C C S f 1 S 2 将 上式对 S求导 数并令其 等于零 ． 可得 f S f 2 S 0 3 满 足式 3 时 ， 年 度费用 C最 低 ， 此 时方程式 3 的解 S 。 ， 即为经济 断面积 由于式 2 一 般都不 是简单 的一 次 、 二次或 i次方程 ． 要 利用式 3 求解 出 S r I 是 比较 困难 的。 2作 图求解 法 一 般情 况下 ， 方程 求解 法是 比较 困难 的 ． 而采用 作 图法 则 比较 简便 ， 方法 如下 1 根 据风 速要求 、 施 工需 要 ， 结合 经验 ． 选取 相应 的断 面积范 同 2 选取若 十个断面积 ， 根据 有关 定额 和矿 区价费 ． 计算 相 应的年度 掘进分摊 费用 3 根据式 1 计算所 选断面积 的相应年度 通风 电费 计 算 时 ， 根据确定 的断面形状 ， 按照周 长最小 此 时通风 阻力最 小 原则 ， 求 解 出巷道 断面尺 寸参数 宽 、 高 ， 进而计 算 出相 应 的 U和 C 4 计算 年度 费用 C， 并 绘 制 C S关 系曲线 ． 曲线 上 C 值最 低时所对 应 的 S值便 是经济 断面积 S 3 实例 下 面以某矿 第 2水 平 5 3 5 一 6 1 5回风 上 山为例 ．说 明 专用 通风巷 道经济断 面积的作 图求 解法 该矿即将延伸的第 2水平为 5 8 O ～ 4 6 0 ．设计为 5 3 5 、 5 0 0 、 4 6 0 3个 片盘 ，选 用轴 流式 主要通 风机抽 出式 工作 ， 通 风方式 为 中央并列式 ．待掘 的 5 3 5 一 6 1 5回风上 山将 为 整个 第 2水平 服务 ． 服务年 限 l 0 a 该 回风 上 山处 于矿 井通 风 网络 中通 风阻 力最 大 的线 路 中 ， 属 于水平 总 回风 巷 ， 设计 风 量为 1 3 ． 6 m 3 ／ s ， 根据 煤矿 安 全 规程 有关风速 的规 定 ， 巷 道最小 断面积 为 1 ． 7 m2 。该 巷道 位 于井 田西部 4 9 煤 层顶板 ．围岩 为 中等 稳定 的砂质 泥岩 ． 作者 简介 陈国聪 1 9 6 4 ～ ， 男， 工程 师。1 9 8 7年毕业于淮南矿 业学院采矿 系， 现任丰海煤矿矿长。 2 o o 9 N O 3 ◇ 表 1 年度费用计算表 设计 为直墙半 圆拱形 断面 ， 不设支 护 ， 长 度 1 7 3 m。 3 ． 1 年度掘进分摊 费用 与断面 积大小 有直 接关 系 的 ， 由于不 设 支护 ， 掘进 费用 包 括工资 、 材料 费 、 辅 助费 。 根据风速 要求 和经验 ．参照矿井 掘进定 额及 价格费用 ， 并按照掘进定额中断面分档 ， 计算出相应的掘进费用 ， 结果 见 年度费用计算表 见表 1 。 掘进 费 用 C 为一 次 性投 入 ， 考 虑 资金 的时 间 价值 服 务年 限 n 1 0 a ， 年利息 i 2 ． 2 5 ％ ， 则 C C 1 x [ i 1 i “ ] ／ [ 1 i “ 一 1 ] [ 0 ． 0 2 5 x 1 0 ． 0 2 5 ] ／ [ 1 0 ． 0 2 5 0 1 ] C 1 C 0 ． 1 1 4 C艋 i 1 4 根据上式将不同断面积的 C掘计算结果填入 年度费用 计 算表 内。 3 ． 2 每 米年度通风 电费 根据 上述 条件 以及矿 区情况 ，将 T 3 3 0 、 D 0 ．4、 0 ． 7 、 e 0 ． 9 、 x l l 、 a 0 ． 0 1 1 、 L I 、 Q 1 3 ． 6代入式 1 ， 即 C [ 2 4 x 3 3 0 x 0 ． 4 x O ． 1 1 X 1 x 2 5 1 5 ／ 1 0 0 0 x 0 ． 7 x 0 ． 9 x 1 ] ／ U ／ S C 1 3 9 U ／ S 元 5 设 巷道净 宽 为 b 、 墙 高 为 h ， 则 U最小 时 ， 通过 求解 可 得 b [ 2 S ／ 1 tr ／ 4 ] 1 ／2 h S r r b 2 ／ b ， U 2 h 1 7 ／ 2 b 。 将不 同的 S值代 入上 式 及 式 5 ， 并 将计 算 结 果 填人 年度费用计算表 内。 3 _ 3 年度 费用 C C C 6 按照 上式 ． 将 不 同断面 积 的 C计算 结果填 入 年度 费用计算表 内。 3 -4作 图求解 按照 年度费用计算表 ， 分别绘制 C S 、 C s 、 C S关 系 曲线 图 ， 如 图 1所示 S 1 ． 6 m 时 ， 明显不 合理 ， 可 不绘 入 图 中 根据计算表和 C ～S关 系 曲线 图 ．可 知经 济断 面积 S 。 介于 4 ． 0 ～ 5 ． 0 m 之间 ， 由 于 2者 费用之 差很 小 ．参 照 标 准 断 面图 册 ， 断 面积 s o 取 为 4 ． 5 mz ． 墙高 取为 1 ． 1 2 m。 净 宽取 为 2 ． 2 5 m 按最 高风 速确 定 的断 面 积 为 1 ．7 m ．此 时 年 度通 风 电费 、 掘进 费用 、 年 度掘 进分 图 1 C S 关系曲线图 摊 费用 、年度 费用 分别为 1 4 4 ． 0元／ m、 1 2 5 ． 9元， m、 l 4 ． 3 元， m、 1 5 8 _ 3元／ m 采用经济断面积 ， 虽然每米增加了 1 5 6 ． 3元的掘 进 费用 ， 但 从长 远观点 看 ， 年度 费用 每米 降低 了 1 1 3 ． 9元 ， 该 回风上 山年度 费用可 降低 1 ．9 7万 元 ． 经济 效益 可观 ， 对 风量 大 、 长度大的巷道而言， 经济效益更为显著。 I l l t * , , ,* h i l l ‘ “ ． 1 1 ． ⋯i l l, , , , l l l i t , ． o n l l l - 1 ． -” ． “ t i l l I ． 。 l ⋯ “ P I ‘。 |一 ⋯ ⋯ ⋯ 一 ’ - _ -- ” - ‘ I I h 。 l - ’’ l -- 。 l ⋯ 。“I 1 I 一 。 。 l_ r 一 - I I h l i l t J i l l l i d 上接 第 9 6页 降解提供的能量． 为污泥减量化起到了积极的作用 。 通过 以上 实验 ． 还证 明 了在特 定环 境下 。 限制 反应 池 内 好氧 阶段 的 D O在 0 ． 4 1 ． 5 m L之 问 甚 至更 低 的范 围 对 C O D的处 理效果并 不产 生影 响 ． 相反 ． 可 以大大提 高 总氮去 除率以及使过低的p H值得到提升。 经 过为期 1 5 d的连续 调整 控制 ． 出水 D H低 于 6的现象 得到根本扭转． 再对上述原则进行灵活控制后， 总氮去除率 大为提高．当进水氨氮在 4 0 m e L以下， T N 4 5 m g ／ L ， C O D1 7 4 mv 4 L． B O D ／ C OD值 为 0 ． 4 ， B O D N 1 ． 5 5的低碳 氮 比 、 高氨氮 条件下不投加任何补充碳源 ． 出水各项指标稳定 达标。 此 时的 ML S S可在 4 0 0 0 ～ 6 0 0 0 mg ／ I J 之 间 ， S V 1 7 ％， S VI 2 5 3 0 mug 。 4结论 1 由于微 生物 具有 较强 的适应 性 和变 异性 ， 污水 厂 可 根据各 自的水 质特点及工 艺控制特 性进行 重点 驯化 ， 培育 出 适合 自己特 色 的微 生物 种群 。尽 管 S V低 7 - 2 5 ％ ， ML V S S ／ ML S S低 0 ． 3 ～ 0 ． 4 ， S V I 低 1 5 ～ 2 5 m g ， 但对处理高氨氮 、 低 C ／ N生活污 水同样有效 。 2 o o 9 ． NO． 3 ． 2 在氨氮含量奇高 ， 碳源严重不足的特殊条件下， 限制 反应 池 内 D O不致 过高 ． 可 以让反 应池 内污泥浓 度稳定 。要 达到同时除氮的 目的．控制 D O在 0 ．4 ～ 1 ． 5 m g ／ L范围并保证 一 定的曝气时间 3 ～ 5 h 可以减轻高氨氮 、 低碳源 的不利影 响 。 3 在 产能 足够 情况 下 ， C A S S工艺 处理 高氨 氮 、 低 碳源 的污水 ． 可 以改 为 S B R运 行 ， 利 用 进水 段 的缺 氧 、 碳 源 较丰 富的特 点 ． 进行 充 分反 硝化 并 回收碱度 ． 可最 大 限度地 利用 进水碳源 ， 提高总氮去除率． 减少后续好氧阶段的供氧量 ， 达 到减 排 、 降耗 的双重效果 参 考文献 1 乐毅全 。 王士芬． 环境微 生物学 第 1版 ． 化学工业 出版社， 2 0 0 5 2 李军 ， 扬 秀山， 彭永 臻． 微生物与水 处理 工程 第 1版 第2次印刷 化 学工业 出版社 ． 2 0 0 3 3 中国工程建设标 准化 协会．城 市污水 生物脱 氮除磷 处理设计规程 标准 第 1版 ． 中国计划 出版社 ， 2 0 0 3 4郝 晓地． 可持 续 污水一废 物处理 技术 第 1 版 ． 中国建 筑工业 出版 社 ． 2 0 0 6 拉 壁一 一 能 一