煤礦通風(fēng)安全系統(tǒng)脆性分析

楊宇駿

(西山煤電集團(tuán)杜兒坪礦，山西 太原 030022)

0 引言

目前，煤礦企業(yè)均面臨著盈利少、煤礦安全管理不完善、安全設(shè)備落后等問題，究其根本原因是煤礦自身的危險性導(dǎo)致的，一旦有人員的傷亡或者塌陷等事件發(fā)生，就會直接造成企業(yè)的損失，得不償失。因此煤炭企業(yè)想要擺脫當(dāng)前所面臨的困境，就需要響應(yīng)國家的政策，將煤礦的安全管理放在首位，并在此基礎(chǔ)上建設(shè)完善的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)。因此需要將內(nèi)部與外部對通風(fēng)系統(tǒng)的影響進(jìn)行綜合考慮，通過借鑒國內(nèi)外的研究成果對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行完善，并對通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部的各個子系統(tǒng)之間的作用進(jìn)行研究，找出通風(fēng)安全系統(tǒng)中子系統(tǒng)之間的脆性關(guān)系。

1 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)概述

現(xiàn)當(dāng)下，煤礦的生產(chǎn)系統(tǒng)主要由采煤、掘進(jìn)、機(jī)電、運(yùn)輸、通風(fēng)以及排水系統(tǒng)組成，其中最重要的就是通風(fēng)系統(tǒng)[1]，可以說這是整個煤礦生產(chǎn)過程的命脈所在。通風(fēng)系統(tǒng)主要是利用風(fēng)力為井下輸入新鮮的空氣，通風(fēng)系統(tǒng)不僅能夠用最經(jīng)濟(jì)的形式保證人們正常的呼吸[2-4]，而且能夠?qū)⒚旱V中產(chǎn)生的瓦斯以及粉塵等有害物質(zhì)排出，給采礦工人提供優(yōu)質(zhì)的工作環(huán)境。當(dāng)煤礦中有重大事故發(fā)生的時候，通風(fēng)系統(tǒng)可以及時的將風(fēng)力大小和風(fēng)向進(jìn)行控制，在其它措施的幫助下，減少危害的擴(kuò)張，保證人們的生命安全和企業(yè)的收益[5]。縱觀歷史，煤礦開采過程中事故影響擴(kuò)大多與通風(fēng)系統(tǒng)質(zhì)量的好壞相關(guān)，所以，想要煤礦能長期穩(wěn)定安全的生產(chǎn)就需要有一個能夠滿足煤礦需風(fēng)要求的并且長期穩(wěn)定運(yùn)行能夠?qū)崿F(xiàn)救災(zāi)的通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)系統(tǒng)主要分為兩個子系統(tǒng)，即通風(fēng)子系統(tǒng)和通風(fēng)機(jī)子系統(tǒng)，這兩個子系統(tǒng)共同構(gòu)成了復(fù)雜的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)[6]。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)具有多樣性、非線性、時變性以及可維修性的特點(diǎn)，并且這幾個特點(diǎn)之間是屬于強(qiáng)耦合的。通風(fēng)系統(tǒng)的脆性指的是各個特性之間的強(qiáng)耦合很容易出現(xiàn)故障或者存在故障隱患，對其脆性研究的目的主要是為了防患于未然，減少煤礦因通風(fēng)系統(tǒng)問題出現(xiàn)的事故。

2 通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)邊界確定及脆性分析

2.1 通風(fēng)參與者子系統(tǒng)

在整個煤礦生產(chǎn)過程中最大的參與者就是“人”，而通風(fēng)系統(tǒng)最重要的任務(wù)也是給工作人員提供相應(yīng)的氧氣和安全，其中保證工作人員的安全是整個通風(fēng)安全系統(tǒng)的主要職責(zé)，也是人的安全程度直接反應(yīng)了通風(fēng)安全系統(tǒng)的脆性，因此，人就是整個通風(fēng)系統(tǒng)中的參與者子系統(tǒng)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，煤礦生產(chǎn)過程中由于工作人員的不安全行為導(dǎo)致的煤礦事故，占總事故比的55.37%。由此可以看出人的行為等各個方面也是影響通風(fēng)系統(tǒng)脆性的因素，其具體可以劃分以下幾點(diǎn)構(gòu)建通風(fēng)參與者子系統(tǒng)的脆性因素，①工作人員的專業(yè)技術(shù)。煤礦屬于一種特殊的職業(yè)，所有工作人員必須要持有相應(yīng)的證件，因?yàn)樗麄儗υO(shè)備的了解和使用情況對系統(tǒng)的脆性產(chǎn)生直接的影響；②工作人員的受教育程度。工作人員的文化素質(zhì)越高，學(xué)習(xí)能力以及組織能力相應(yīng)會體改，安全意識也比較強(qiáng)。同時受教育程度較高的人也會將煤礦發(fā)展的注意力放在安全管理上面，而當(dāng)下大多煤礦領(lǐng)導(dǎo)的文化水平不是很高，很難將管理重心放在安全上面，而是將更多的注意力放在企業(yè)的收益上，這就增加了通風(fēng)系統(tǒng)的脆性；③煤礦企業(yè)對員工的培訓(xùn)。特殊行業(yè)的從業(yè)人員雖然都有相應(yīng)的專業(yè)技能，但是時間長了就會在意識上表現(xiàn)出松懈，特別是安全問題方面，很有可能出現(xiàn)不安全行為，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，因此員工的安全意識培訓(xùn)是必不可少的，這樣可以有效地防止人們在工作過程中出現(xiàn)錯誤操作，增加通風(fēng)系統(tǒng)的脆性。綜上所述，參與者子系統(tǒng)對通風(fēng)系統(tǒng)的脆性有直接的影響，其系統(tǒng)脆性風(fēng)險水平因果關(guān)系如圖1所示。

圖1 參與者子系統(tǒng)脆性風(fēng)險水平因果圖

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備子系統(tǒng)脆性因子構(gòu)建

除以上的認(rèn)為因素，煤礦通風(fēng)系統(tǒng)自身原因也很有可能增加其脆性，比如設(shè)備的合格率、磨損等方面是影響通風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。只有設(shè)備合格并且能夠按照規(guī)定進(jìn)行使用才能降低煤礦系統(tǒng)通風(fēng)的脆性。但是由于過度生產(chǎn)以及工作人員的違規(guī)操作會使相應(yīng)的設(shè)備產(chǎn)生一定的磨損狀況，并且人為的不合要求的開關(guān)通風(fēng)機(jī)很容易集聚瓦斯，提高通風(fēng)系統(tǒng)脆性，發(fā)生重大事故。為了將危險扼殺在萌芽內(nèi)，文中從以下方面對影響系統(tǒng)脆性的因素進(jìn)行研究：①風(fēng)門以及風(fēng)窗的密閉程度。這兩者是通風(fēng)系統(tǒng)最重要的組成部分，必須將其合理的進(jìn)行設(shè)置，減少漏風(fēng)率，使有效風(fēng)率提高。這樣才能降低系統(tǒng)的脆性；②供電系統(tǒng)的配置與使用情況。現(xiàn)當(dāng)下煤礦中采煤技術(shù)多以自動化為主，大型的開采機(jī)械等需要足夠的電力支持，通風(fēng)系統(tǒng)中的大部分運(yùn)作也是依靠電力，因此供電的穩(wěn)定性是影響通風(fēng)系統(tǒng)脆性的重要因素。因此，只有供電系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定的運(yùn)行才能有效降低通風(fēng)系統(tǒng)的脆性；③瓦斯的抽放水平也非常重要。煤礦中最容易發(fā)生的就是瓦斯事故，若瓦斯抽放的水平較低，將直接提高通風(fēng)系統(tǒng)的脆性，所以只有瓦斯抽風(fēng)設(shè)備滿足當(dāng)下需求才能降低系統(tǒng)脆性；④通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)以及抗災(zāi)能力。通風(fēng)機(jī)是通風(fēng)系統(tǒng)的主要動力來源，并且在開采過程中長期處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，一旦該系統(tǒng)發(fā)生變故，將直接導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)脆性處于崩潰狀態(tài)。另外通風(fēng)機(jī)能夠在發(fā)生災(zāi)變的時候幫助通風(fēng)，所以通風(fēng)機(jī)內(nèi)的抗災(zāi)系統(tǒng)也是影響通風(fēng)系統(tǒng)脆性的重要因素。其機(jī)器設(shè)備子系統(tǒng)脆性風(fēng)險水平因果關(guān)系如圖2所示。

圖2 機(jī)器設(shè)備子系統(tǒng)脆性風(fēng)險水平因果關(guān)系

3 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)脆性結(jié)構(gòu)分析

由以上的分析可知，影響煤礦通風(fēng)系統(tǒng)脆性的原因包含：人、機(jī)、環(huán)境、管理4個系統(tǒng)，通過以上的分析研究得出了通風(fēng)系統(tǒng)脆性結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 通風(fēng)系統(tǒng)脆性結(jié)構(gòu)圖

因?yàn)橄到y(tǒng)的功能與固有的特性之間是強(qiáng)耦合關(guān)系，所以影響脆性的關(guān)鍵因素之間有著單項(xiàng)、雙向以及傳遞可達(dá)的脆性聯(lián)系，而這種脆性聯(lián)系就是脆性的源頭，同時也是事故傳播方式。如供電系統(tǒng)若是出現(xiàn)了問題，首先會導(dǎo)致設(shè)備損壞，其次會使通風(fēng)機(jī)強(qiáng)制停工，最后導(dǎo)致礦井內(nèi)的瓦斯瞬間集聚，造成瓦斯爆炸等事故。在對通風(fēng)系統(tǒng)脆性結(jié)構(gòu)的研究中發(fā)現(xiàn)，一旦影響脆性的因素發(fā)生變化，就會導(dǎo)致脆性事故的發(fā)生，并且導(dǎo)致整個煤礦生產(chǎn)中的脆性提高，傳播速度迅猛。由于脆性降低發(fā)生的事故，其特點(diǎn)越是復(fù)雜就意味著事故發(fā)生的渠道越復(fù)雜，治理越復(fù)雜。當(dāng)然好的一面是補(bǔ)救措施也越多，因此在事故發(fā)生的時候首先要找到脆性的傳播途徑，然后將其切斷，保證企業(yè)最小的損失和人員傷亡。

4 產(chǎn)能增加幅度對通風(fēng)系統(tǒng)的脆性影響

產(chǎn)能的增加也是影響通風(fēng)系統(tǒng)脆性的一個關(guān)鍵因素，因?yàn)楫a(chǎn)能增加就代表各個系統(tǒng)要超負(fù)荷運(yùn)行，增加系統(tǒng)的脆性。為了研究通過產(chǎn)能增加的幅度控制系統(tǒng)的脆性，通過實(shí)際的情況利用仿真軟件做了部分仿真實(shí)驗(yàn)，并且制定了4種方案與原有的方案進(jìn)行了對比，其對比結(jié)果見表1。其中不同方案對通風(fēng)系統(tǒng)脆性風(fēng)險水平的影響如圖4所示。

表1 產(chǎn)能變化幅度方案對比

圖4 不同方案煤礦通風(fēng)系統(tǒng)脆性影響水平趨勢

從圖4中可知，想要有效降低通風(fēng)系統(tǒng)的脆性，首先需要對影響通風(fēng)系統(tǒng)脆性的因素進(jìn)行研究，并找到相應(yīng)的解決措施，將風(fēng)險放在可控范圍內(nèi)，不僅能夠保證煤礦生產(chǎn)的安全，而且會促進(jìn)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)脆性控制的發(fā)展。

5 結(jié)語

煤礦通風(fēng)安全系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是具有動態(tài)特性，可以用有效的保證系統(tǒng)進(jìn)行長期穩(wěn)定的運(yùn)行，因此，通風(fēng)安全系統(tǒng)是整個煤礦生產(chǎn)裝置中最核心的系統(tǒng)。有效降低通風(fēng)安全系統(tǒng)的脆性不僅可以保持煤礦的魯棒效應(yīng)，而且能夠提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益，促進(jìn)我國的國民經(jīng)濟(jì)以及開采能源行業(yè)的發(fā)展。現(xiàn)當(dāng)下我國煤礦事故的原因分為內(nèi)部和外部兩個方向，想要對這兩個方向的原因同時進(jìn)行監(jiān)管，其主要的工作就是制定合理的通風(fēng)安全系統(tǒng)管理制度，關(guān)注人機(jī)、環(huán)境，將其作為重點(diǎn)的監(jiān)控對象，只有這樣才能保證煤礦能夠安全的進(jìn)行生產(chǎn)，提高人們的工作效率和企業(yè)的收益率。