礦井瓦斯抽采系統安全評價研究與應用

黃楠楠

山西蘭花科技創業股份有限公司大陽煤礦分公司 山西晉城 048003

煤礦安全評價指的是利用系統的工程方法對煤礦工程或者相關系統中可能存在的危險及嚴重后果進行評價預測，針對事故風險大小，提出一些相應的安全防范措施，進而保障煤礦井下人員的人身安全，盡量降低煤礦的經濟損失。煤礦瓦斯抽采系統是保證煤礦井下安全的重要設施，能夠將井下瓦斯及時抽出，避免瓦斯濃度過高，導致瓦斯爆炸，影響煤礦瓦斯抽采系統運行安全的因素非常多，因此對該系統進行安全評價十分有必要。

1 煤礦瓦斯抽采系統及其評價概述

煤礦瓦斯抽采系統主要由瓦斯抽采監測監控系統、進氣抽采管道系統、汽水分離器系統、水環式真空泵系統、閥門控制系統等部分組成，實際的使用過程中，首先在地面建立好瓦斯抽放泵，將瓦斯抽放鉆孔與井下抽放瓦斯管道系統鏈接起來，抽放泵運轉時產生負壓會將井下的瓦斯抽出，如果瓦斯的含量較少可以直接排放的空氣中，如果較多許多送入到瓦斯罐中，提供給相應的用戶使用。瓦斯抽采系統具有采集功能、控制功能、安全功能等一系列功能，在礦井瓦斯含量防控方面發揮重要作用。但礦井瓦斯抽采系統比較復雜，任何一部分出現問題，都可能會影響到系統的安全運行，因此對系統進行安全評價，能夠及時的發現系統運行過程中隱藏的各種問題，并采取對應的調整改造措施，這對于礦井瓦斯抽采系統的管理十分有意義。

2 礦井瓦斯抽采系統評價方法確定及評價指標體系構建

礦井瓦斯抽采系統中許多因素會相互關聯，比較復雜，屬于一個動態的系統，該系統的安全評價其實是一個多因素綜合評價問題，其中許多因素只能定性確定，而不能定量測量。就目前來說出現的一些評價方法主要有層次分析法、模糊評價法等幾種，模糊綜合評價法在解決多目標、多因素問題比較有效。單一的定量分析或者定性分析方法難以有效的解決具體問題，因此在對瓦斯抽采系統進行安全評價時要將兩者結合起來，模糊數學能夠將定性及定量統一。

模糊綜合評價的前提是建立一個評價指標體系，該評價指標體系是將評價對象、評價方法、評價者聯系起來的重要橋梁。評價指標確定可以采用專家咨詢法進行，這一方法具有匿名性、實際應用性以及結果統計性三個特點。指標體系初步建立后需要利用典型指標方法將一些次要指標篩選出去，選擇典型指標。不同評價指標對于評價對象的作用利用指標權重反映。層次分析法是一種比較常見的指標權重確定方法，利用層次分析法確定指標權重時需要首先根據問題性質，將其系列分層化，建立一個階梯層次模型，然后分別對各層的因素進行賦值，建立一個判斷矩陣，每層的元素應小于9個。

瓦斯抽采系統安全評價指標體系階梯層次結構模型如圖1所示，主要包括目標層、準則層、評價指標及方案層四個層次。

圖1 瓦斯抽采系統安全評價指標體系階梯層次結構模型

通過對礦井瓦斯抽采系統中可能影響系統安全的因素以及容易出現的安全事故進行探討分析，初步的劃分出系統安全評價指標體系，該體系主要由A 瓦斯抽采系統環境、B 瓦斯抽采設施安全性、C 瓦斯抽采系統安全管理、D 系統瓦斯事故隱患控制四部分組成，其中各部分又可以詳細的劃分為不同的子因素，比如抽采系統環境影響因素主要有瓦斯抽采率、抽放量、煤層自身含瓦斯條件、封孔等，各部分詳細內容本文不再一一贅述。

利用層次分析法建構評價矩陣計算各評價指標的權重值時首先需要建立一個樹狀的層次結構模型，然后對比同一層次的評價指標，針對上一層次的相關因素，構成一個數值判斷矩陣，按照正矩陣理論，將需要計算的含n個因素的矩陣的最大特征根計算出來，通過和積法計算出權值向量，根據層次分析法原理，判斷及檢驗矩陣的一致性及準確性。

3 瓦斯抽采系統安全評價的模糊綜合評價

模糊綜合評價的原理是模糊變換原理、原則是最大隸屬度原則，著眼點是綜合評價中需要考慮的各相關因素。從指標集到評語集的模糊處理器為模糊關系矩陣。本文采用多級模糊評價方法，評價過程中，首先將評價對象按照各自的屬性分為不同的大因素，然后對各類大因素進行初級模糊綜合評價，最后對初級評價結果進行高級綜合評價。

礦井瓦斯安全評價指標較多，各指標權重值都不相同，許多因素都具有很強的不確定性，容易受到環境影響，為此，利用模糊綜合評價方法改進及完善礦井瓦斯抽采系統非常有必要。以抽采系統中抽放泵安裝運行為例，利用模糊綜合評價方法評價一些定性因素時，首先決定抽放泵安全穩定的因素集中主要包括抽放泵檢測試要求、配套設施、自身性能裝置三個因素，評語集主要有優、良、合格、不合格四個因素，根據評價集評定備選對象的評價指標，建立一個模糊映射，組成模糊變換矩陣。然后根據不同評價指標的重要程度以及有關專家學者的工作經驗利用層次分析法就各項評價指標的權重值進行確定，結合隸屬度最大原則，確定礦井抽放泵安裝運行這一過程的評語。

4 結語

我國上世紀80年代就已經引入了安全系統工程，國家及相關行業針對安全評價工作制定了許多相應法律法規，但總體而言我國的安全評價工作依然處于發展階段，存在著許多不完善的地方。礦井瓦斯抽采系統本身是一個動態的非線性系統，實際的工作狀態十分的復雜多變，本文僅僅就如何建立礦井瓦斯抽采系統安全評價指標體系進行了簡單的探討分析，其中還存在許多不足之處，還需要相關研究人員的深入實踐分析。