礦井通風系統安全可靠性的多因素綜合評判方法

李陽++孫峰++李楠

摘 要：礦井通風系統是礦井生產的重要組成部分，是礦井安全生產的保障系統。建立礦井通風系統的綜合評價體系是一項具有重要現實意義的工作，礦井通風系統安全評價的中心工作就在于對礦井通風系統的安全性、穩定性和可靠性進行評價，對各指標分別評價的基礎上輔以礦井通風系統的穩定性與可靠性分析，實現定性與定量相結合。該文運用模糊集合原理，建立了礦井通風系統安全可靠性評價指標體系及各指標評價分級隸屬函數，并采用多因素綜合評判方法，探討了礦井通風系統安全可靠性的綜合評價。

關鍵詞：通風系統 安全可靠性 評價體系 綜合評判方法

中圖分類號：TD72 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（a）-0020-04

隨著我國經濟和社會的快速發展，我國煤炭生產的安全狀況有了一定好轉，但形勢依然嚴峻。據統計，我國煤礦百萬噸死亡率2004年為3.08，2015年為0.159，盡管這10年間我國煤礦百萬噸死亡率有了大幅度下降，但和美國、澳大利亞等一些發達的產煤國家相比，還有很大的差距。尤其是瓦斯爆炸、煤塵爆炸和火災等在煤礦事故中還占有相當大的比例，并造成了大量的人員傷亡，這些事故的發生多與礦井通風有著密切的關系。

礦井通風系統是由通風動力及其裝置、通風井巷網絡、風流監測與控制設施等組成，是礦井生產系統的重要組成部分。它向井下提供優質足量的新鮮空氣，以保證井下作業人員的生存安全需要，在發生災害時，能控制風向及風量，以防止災害擴大。完成上述任務的可靠程度通常以礦井通風系統的安全可靠性來衡量。評價礦井通風系統安全可靠性的目的在于：及時發現礦井通風系統中存在的問題和安全隱患， 調整和改造系統；優化通風設計，準確編制事故預防與處理方案，同時，指導現場通風安全管理。礦井通風系統安全可靠性評價屬于多因素綜合評價范疇，因此，該文將采用多因素綜合評判法，對礦井通風系統安全可靠性的評價方法做一探討。

1 礦井通風系統多因素綜合評判法

用于礦井通風系統多因素綜合評判的方法有很多種，諸如總分法、加權平均法、多目標決策法、模糊綜合評判法、灰色關聯分析法、人工神經網絡評價法等。這些評判方法過去通常是用來在新礦井通風設計或生產礦井通風系統改造時進行多方案的優選，目前也用于對生產礦井通風系統進行的多因素綜合評判與評價工作之中。

礦井通風系統多因素綜合評判的準則，主要以使礦井通風系統達到技術可行（各項技術指標必須可以實現，并符合規定）、安全可靠（井巷風流和風機運行穩定，礦井具備良好的抗災能力）和經濟合理（礦井通風費用最小）為目標，并針對使其量化達到可以分析對比的程度而提出；評判工作的關鍵是提出確切反映礦井通風系統狀況的評價指標、隸屬函數并確定其重要程度。

2 礦井通風系統安全可靠性評價體系建立

該文采用多因素綜合評判法建立煤礦通風系統安全評價指標體系，包含了礦井通風系統技術可行性、通風系統安全可靠性、通風安全管理、經濟合理性和瓦斯煤塵情況等5個一級指標，每一部分又包含數量不等的評價因素，總共有51個評價因素。煤礦通風系統安全評價指標體系見表1。

煤礦通風系統安全性綜合評價值F為：

根據煤礦通風系統安全性綜合評價值F值的大小按下表確定礦井通風系統評價結果，見表2。

有指標一票否決的，評價結果即為不合格。

3 礦井通風系統安全可靠性評價指標隸屬度的確定

礦井通風系統安全可靠性評價體系中包括了5個評價指標，該文只對其中的技術可行性和安全可靠性主要指標進行隸屬度確定。

3.1 礦井通風系統技術可行性評價指標

（1）通風系統結構合理性。

其評價原則為：以《煤礦安全規程》的規定為依據，要求礦井有完整獨立的通風系統，礦井生產水平和采區分區通風，采掘工作面實現獨立回風，無不合理的串連通風地點，有煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出危險的采煤工作面不得采用下行通風，主要大巷禁止布置在煤層中。采掘工作面有兩個安全出口，進風和回風不得經過采空區或冒頂區。凡是符合這些原則的礦井認為其礦井通風系統合理，不符合的則一票否決，認定其礦井通風系統是不安全的。有違反《煤礦安全規程》規定的，一票否決。

（2）礦井總風量Q隸屬度（見表3）。

（3）礦井總阻力H隸屬度（見表4）。

（4）礦井總風阻R或礦井等積孔A隸屬度（見表5）。

（5）礦井通風最大阻力路線的進、用、和回風區的阻力比隸屬度（見表6）。

（6）礦井最大通風路線長度（見表7）。

（7）礦井風量供需比隸屬度（見表8）。

（8）礦井有效風量率隸屬度（見表9）。

3.2 礦井通風系統安全可靠性指標

（1）主要通風機安裝合格度隸屬度（見表10）。

（2）風機運轉穩定性隸屬度（見表11）。

（3）用風地點風流穩定性及風流質量隸屬度（見表12）。

4 礦井通風系統安全可靠性的多因素綜合評價

根據上述確定的各指標的隸屬度，通風系統結構合理性指標采用的是一票否決制，凡是違反《煤礦安全規程》規定的，一票否決。通風系統結構不合理的礦井可認定該礦井通風系統不安全。通風系統結構合理的礦井，礦井通風系統安全可靠性的綜合得分按進行計算：式中，Fi為一級評價指標的權重；Fij為評價因素指標的隸屬度；Kij為評價因素指標權重。在實際評價中，可根據綜合得分將礦井通風系統的安全可靠性劃分為優、良、中等、合格、不合格5個等級（見表2）。當評價等級為良時，只需對其中得分較低的薄弱環節進行改進；當評價等級為中等時，應對影響結果的重大因素進行全面的調查改進；當評價等級合格時，應對礦井通風系統進行全面的調查改進；當評價等級為不合格時，不能滿足安全生產的要求，應立即停產整改。

5 實際應用

唐山礦業分公司（下稱唐山礦）隸屬于開灤（集團）有限責任公司。唐山礦生產能力為410萬t/a，井田走向長14.55 km，傾斜長3.5 km，屬立井、多水平、石門大巷開拓方式，進回風巷布置在同一水平。礦井通風方式為單翼對角式通風，通風方法為抽出式。礦井為高瓦斯礦井；各煤層煤塵均有爆炸危險性，煤塵爆炸指數為31.09%～38.64%；各煤層均有自然發火傾向性，自然發火期為10～12個月，為自然發火礦井。

應用上述評價體系對該煤礦礦井通風系統進行安全可靠性評價，綜合得分為0.88，安全可靠性評價結果為良好。唐山礦通風線路長、進風段阻力過大、采區間有大角聯、不能反風、岳胥區無安全出口等問題是唐山礦通風系統存在的主要問題，為唐山礦通風系統改造指明了方向。

6 結論

（1）論述了礦井通風系統多因素綜合評判法以及評判準則，分析了多因素綜合評判方法、因素集合和評判集合的建立、模糊評價指標隸屬度的確定、評價指標權重的獲取和評價模型建立的方法。

（2）采用礦井通風系統多因素綜合評判法，建立了礦井通風系統評價指標體系。該評價體系包括了礦井通風系統技術可行性評價指標、安全可靠性指標、通風系統安全管理指標、經濟合理性指標和瓦斯、煤塵指標等5個一級評價指標，包含51個評價因素，給出了每項一級指標的權重及各評價因素的權重。

（3）以唐山礦為例，運用建立的礦井通風系統安全可靠性評價指標體系，對唐山礦通風系統進行了評價，評價結果為良好。認真分析并指出了唐山礦通風系統存在的問題。

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