矿井通风系统优化及可靠性评价

【摘要】矿井通风的优化主要是通风系统的优化，要求系统简单、安全可靠和经济合理。确定矿井通风系统，需对通风系统的优劣进行适当的评判，根据评判结果对通风系统进行优化改造。评价内容包括确定评价指标、求出各评价指标权值、选择评价方法和建立评价指标体系。

【关键词】矿井；通风；可靠性；安全

0.前言

矿井通风是运用多种技术手段输送、调度空气在井下流动，雏护矿井正常生产和劳动安全的动态过程。在生产期间利用通风动力，以最经济的方式，向井下各用风地点供给质优量足的新鲜空气，保证工作人员的呼吸，稀释并排除瓦斯、粉尘等各种有毒有害物质，降低热害，给井下创造良好的劳动环境。在发生灾变时，能有效、及时地控制风向及风量，并与其他措施结合，防止灾害的扩大，最大限度地减少事故损失。人们将矿井通风系统实现上述任务的综合能力称为矿井通风系统的安全可靠性。分析矿井重大灾害事故发生及扩大的原因，无不与矿井通风系统有密切的关系。因此，建立既能满足日常生产通风，保证风向稳定、风质合格，又能在灾害时期保持通风设备运行可靠、稳定、能快速实现风流控制的通风系统对于实现资源的安全开采是至关重要的。

1.矿井通风系统优化

矿井通风的优化主要是通风系统的优化。选择好矿井通风系统是关系到整个矿井的安全和正常生产的重要问题。它的主要内容就是如何合理选择通风系统及评判通风系统的优劣。矿井通风系统优化总的原则是系统简单、安全可靠和经济合理。具体应符合如下的一些基本要求：每个矿井必须有完整的独立通风系统；矿井进风井口必须布置在不受粉尘、灰土、有害和高温气体浸人的地方；进、回风井之间和主要进、回风巷道之间的每个联络巷中，必须砌筑永久性挡风墙；每个生产水平和每个采区都必须布置单独的回风道，实行分区通风，将其回风流直接引入到总回风道或主要回风道中；矿井主要通风机的工作方式一般应采用抽出式通风；根据矿井开拓系统选择确定合理的通风系统。

确定矿井通风系统，需对通风系统的优劣进行适当的评判，根据评判结果对通风系统进行优化改造。评价内容包括确定评价指标、求出各评价指标权值和选择评价方法，建立评价指标体系。

２．矿井通风系统的评判指标

如图1所示，对通风系统优化评定，其指标归纳为3个方面，再细分若干子指标，其中子指标可根据对通风系统分析的要求不同进行增减。

图1矿井通风系统评判指标层次图

3.矿井通风系统评判指标的权值及其确定

所有评判指标包括定量和定性指标，各自对通风系统影响的重要程度也不相同。为了能确切反映出各评判指标对矿井通风系统影响的重要程度，可对评判指标赋予一定的数量值，表示其对通风系统的重要性程度。

3.1确定指标“权值”的方法

3.1.1均值法

即由一批有经验的专家，对每个指标的权值评分，再计算出各位专家对每个指标评分的平均值，以此作为每个指标的权值。根据此法变化而来的还有统计值法、改进型专家调查法。这些方法的优点是权值确定直接、简单。其缺点是当评价指标较多时，专家难以把握各指标间的细微差别，因而较难准确地给出指标正确的权值。

3.1.2按相对重要性排序的矩阵法

即通过对评价对象的所有指标比较分析，对评价指标进行排序，然后作定量转化，最后求出评价指标权值。

在通风系统众多的评价方法中，为了从整体上反映通风系统的本质，引入了众多的指标，这些指标的“权值”是不变的。而对于某一具体的通风系统，当其中一个或两个指标的“权值”因特殊情况变得非常重要时，对评价对象的评价结果而言可能出现偏差，其原因是评价指标太多，使处于特殊情况下的少数指标的重要度被中和，失去了评价的公正性，所以“权值”应根据时空的改变而变化，在不同条件下取不同的“权值”。变权反映了指标的本质属性，解决了因指标过多而引起的不合理现象。

3.2优化通风系统的评判方法

对于用评判指标及其权值评判通风优化方案，常用的有3种评判方法。即多目标决策法、模糊综合评判法和层次分析评判法。

3.2.1多目标决策法

即利用专家的集体智慧和综合分析能力，以“权值”和“评价值”的形式，对各个通风系统方案的各类指标进行直观判断与分析，计算出每个方案中各个指标的评价值E和其权值(形)，再计算出各个指标的积分值(Ei×Wi)，最后求和计算出每个方案的总积分值材Mi，选取材Mi值最高者为最优通风方案。

3.2.2模糊综合评判法

由于不同的专家对某些指标权值的认定存在一定的模糊性、随机性，而且还涉及心理因素，精确表述较为困难，因此，不同专家给出的权值可能存在较大差异，一般仅给出一个大致的范围和评价模糊语。这样，就可应用模糊数学理论进行综合评定。首先确定各个评判指标的权值，然后计算出每个评判指标在各个方案中的隶属度即Rii并建立每个指标的评判矩阵，最后按隶属度大小确定最优方案。

3.2.3层次分析评判法

即把各个通风方案分解为有序的递阶层次结构，通过对每一层次的比率标度，构成判断矩阵，并计算出其矩阵的最大特征根和相应的特征向量，再计算出每一层次指标对上一层次指标的相对重要性权值和排序，最后根据计算出的层次总排序确定最优方案。

通风系统优化，最重要的是选择能确切反映方案优劣的评判指标，合理确定每个指标在优化方案中的重要程度。

4.矿井通风系统安全可靠性评价指标体系

矿井通风系统的发展过程一般要经历规划设计、施工、投产运行、改造、衰退老化直至报废终止。因此，它的可靠性首先取决于原始设计数据与计算方法的可靠性。当系统投入运行后，实际井下风量与风质参数的变化可以反映出系统设计阶段预测结果的可靠性以及实际系统运行的稳定性。影响矿井通风系统稳定性的主要因素包括通风网络、通风设施和通风动力装置三大部分。通风网络结构及其通风阻力分布合理性、通风设施质量和布置合理性、通风动力装置(包括主、辅通风机和局部通风机)运行可靠性，是通风系统运行稳定性的基础。

矿井通风防灾救灾系统指为防止矿井重大事故发生及事故范围扩大，减少事故损失和降低人员伤亡程度所建立的安全保障体系。它是保证矿井通风系统安全可靠性的重要措施。

矿井通风安全监测是检查矿井通风效果的必不可少的手段。通过监测可以掌握矿井通风的状况，及时发现存在的问题，以便采取措施，防止灾害发生。

矿井通风监测的内容包括两个方面，一方面是通风设备和设施的状态参量监测；另一方面是主要通风参数和气体浓度等数据参量监测。状态参量包括主要通风机、辅助通风机和局部通风机的开停，风门开关状态等判断。数据参量包括02、CO2、CO、CH4和粉尘等浓度、风速、温度、湿度和压力等的测量。

根据矿井通风系统的内涵与所涉及的范围，可以从许多不同的侧面提出反映该系统可靠性的指标。本着“能够确切地反映系统可靠性特征；具有独立明确的物理意义；避免用多种指标反映一个特征；符合科学、可测、可比、简明和可操作”的原则，将通风系统安全可靠性评价指标体系分为三大类。第一类是日常矿井通风系统可靠性B1，在计算各项指标权重时，把02、C02、CO、CH4的最高污染度作为一项指标。第二类是矿井通风防灾救灾系统可靠性B2。第三类是矿井，安全监测系统可靠性B3。为了衡量各指标优劣，将评价等级分为“合格A、基本合格B和待整改C”，三个级别，通过调查研究、统计分析研究，并参考有关技术规范、法规和经验，确定出各指标评价分级的界定范围值。如表1所示。

表l 矿井通风系统安全可靠性指标评价分级界定值

表1中的矿井通风系统等积孔与矿井风量和阻力相关，是衡量矿井通风难易程度的指标。由于矿井风量与矿井产量、有毒有害气体涌出量和气候条件等因素有关，当矿井通风网络拓扑结构和巷道风阻特性确定后，矿井通风阻力就取决于矿井风量的分配。

5.结束语

矿井通风系统安全可靠性评价的指标体系，按属性可分为定性指标与定量指标两大类。其中定性指标如均压系统合格度等。定量指标包含了连续型和离散型两种。连续型指标如测量数据误差、用风地点风量供需比、回风段阻力百分比、通风等积孔、有效风量率、风机效率、电机负荷率、外部漏风率等。离散型指标如风机喘振发生率、局部通风机无计划停电停风故障发生率、瓦斯超限频率、角联分支数、独立回路数等。按指标值趋向的优劣，可分为越大越好、越小越好和越趋于某一范围值越好的三类指标。取值越大越好的指标有合格率指标、通风等积孔、有效风量率、风机效率、电机负荷率、装备达标率等。取值越小越好的指标有测定误差、有毒有害气体与粉尘污染度、最高气温、串联通风发生率、角联分支数、独立回路数、回风段阻力比、公共段阻力与最小系统阻力百分比、外部漏风率、主要通风机喘振发生率等。取值越趋于某一范围值越好的指标有用风地点风量供需比和主要通风机能力备用系数。

【参考文献】

［１］戚宜欣等．煤矿通风安全技术与管理[M]．北京：煤炭工业出版社，1998．

［２］王帮君．煤矿安全现代管理[M]．徐州：中国矿业大学／11版社，1995．

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