礦井通風系統安全可靠性與預警機制及其動力學研究

褚夫浩

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。

關鍵詞 礦井通風系統;安全可靠性;預警機制;動力學

引言

礦井通風系統安全可靠性是滿足礦井通風目的的可靠程度，即系統在規定時間內保持正常運轉功能，使礦井生產得以正常進行;礦井災變時，有足夠的抗災能力。但隨著礦井開采深度的不斷延伸，通風系統服務年限延長，設備設施老化，使通風系統及其單元發生故障的可能性增大，導致安全生產事故的發生，產生嚴重的社會影響和巨大經濟損失。為保障礦井生產安全有序進行，降低各類事故的發生，減少生命財產的損失，迫切需要完善通風系統安全可靠性評價。

1礦井通風系統安全可靠性評級體系建立的原則

①建立原則。為了保證系統的安全，第一步先要構建一個完整的、科學的、合理的評價標準，這是實行評價方法的一個重要的基礎，可以直接影響到最終評價的準確性。系統的建立是對它穩定性的可靠衡量，具有很高的科學基礎[1]。②科學性原則。在建立該安全評價體系的過程中，首先要遵循原則為科學性原則。要建立在國家規定的標準評價方式基礎之上，結合自身的礦井環境特點，建立好符合自身的安全評價方式，以便全力保障該系統能夠可靠實施。③可行性原則。可行性是建立安全評價體系的重要部分。無論從理論上講，評價體系建設的安全性是多么的完善，如果在運用中特別麻煩或可行性不樂觀，那么建立這個系統都是毫無意義的。所以，在建立系統的過程中，對最大程度上把相關程序進行簡化，注意工作的效率，減少不必要的工作流程，不僅要讓評價過程變得簡單、方便、高效，更要有資格進行最終評價標準。④普遍性原則。在評價指標的制定過程中，應該對相同的原因進行探討。對待問題，要細致入微，這樣可以把礦井內部的情況挖掘并分析出來，結合實際情況解決問題。

2礦井常用通風技術

礦井常用的通風技術有局扇通風技術、均壓通風技術、B型通風模式等幾種常用通風技術。局扇通風技術是采用礦用軸流式局部通風設備（簡稱“局扇”）進行礦井通風，采用該技術要求必須采用功率大、效率高、風壓高、堅固性好、防爆級別高的局扇，保證礦井具有良好的風壓和風量，達到迅速稀釋有害氣體和粉塵的目的。均壓通風技術指合理控制通風區兩端壓差，利用壓強，確保風機與風窗之間處于均壓、穩定狀態，控制井下礦井的通風，將作業現場瓦斯氣體和粉塵排出或者稀釋到安全濃度以下。B型通風模式指在井下采掘作業面的進回風系統中設置一條通風聯絡巷，使通風聯絡巷和采掘作業面形成一條并聯的通風網絡。通過在回風巷增大阻力、在聯絡巷調壓的方法，阻止瓦斯溢出，可有效防瓦斯、防火和防塵。隨著科學技術的發展，礦井通風技術向多種技術聯合應用方向發展，如采取分區通風系統、多風機多級機站通風系統、多風機多級機站通風系統、統一主扇通風系統等[2]。

3煤礦通風體系預警的機制研究

煤礦通風體系的安全受到非自然的因素和自然的因素影響。煤礦通風體系具有實時變化的特點，也就是隨時間變化而出現一定波動，這是小幅波動，其波動大小可反映出煤礦通風體系安全性能。所以，本文研制了高效煤礦通風體系預警的機制，這個機制推出以后，能夠發揮的作用也是巨大的，對企業本身來說，有著很強的推動作用，能夠有效促使企業進行自我改革，意義重大。另外，一套有效、合理、科學預警的機制，能夠減輕災害造成的損失及破壞。煤礦通風體系預警的體系使用了支持粗集的集成，理論上的粗集包含著重要內容就是對現有知識進行有效簡化，它能夠對所有知識進行有效分類和分析，對于其中無關的知識能夠自動過濾。它對選取指標具有重要意義。要想達到風險結構最小化的目的，向量機技術就具有非常大的優勢：很強非線性的建模能力;夠達到設計的全盤最優;可操作最強，具有簡單的結構;具有巨大的普適性。通過前文闡述，對其中的優點進行重點闡述，而且通過一定幾十年的發展，對于模型構建有著重要意義，其中的核心：使用簡約知識算法作為前端的處理，使用本算法進行優化通風體系的指標;因為向量機具有很強非線性的建模能力，因此，使用向量機進行處理問題，構建模型預警。本文研制的模型預警原理為：前端的處理器是粗糙集設置，它對系統有關的數據采取耦合性的處理，以及進行相關數據的交換，并將模塊向量機與模塊粗糙集進行結合，最終達到了提取特征、處理信息目的[3]。

4煤礦通風體系動力學的研究

（1）通風體系動力學的建模總原則。使用動力學建模，主要是由于通風體系相對復雜，致使建模的過程也相對復雜，所以建模的過程中要堅持的原則：堅持穩定性、相對性、連續性的原則;堅持結構體系確定行為的原則;堅持結合、分解、綜合的原則。

（2）動力學進行建模的步驟。動力學進行建模總體步驟必須遵循從部分逐步到整體、從淺到深、從簡單的到復雜的原則。其具體的步驟為：①確立建模的目的。主要研究體系內部之間的影響、相互的作用與制約、相互的矛盾等諸多問題，從而尋找出解決途徑。②確立體系邊界。體系邊界要制定出那部分可以入模，那部分不可以入模。③采用因果分析。采用回路的分析法進行局部、整體因果分析。④組建模型流圖。通風體系動力學引入信息流、變量流率、變量、流位各因素，組建描述體系的流圖。⑤方程建立。建立體系各變量關系函數。⑥改進、調試、仿真模型。建模工作不是一次能夠完成的，它需要不斷進行修改、調試，直到達到建模的要求。⑦模型的有效性驗證。組建的模型不可能和實際一樣，所以，必須對模型進行有效性的驗證。

5結束語

總的來說，科學技術的發展促進了通風系統的可靠性評估進展，在工程學，統計和應用數學等學科的結合也會對可靠性評估理論的展起著重要作用。

參考文獻

[1] 韓婷婷.礦井通風系統現狀評價指標體系及方法的研究與應用[D].太原：太原理工大學，2018.

[2] 張海亮.基于模糊層次分析法的煤礦通風系統安全評價研究[D].呼和浩特：內蒙古科技大學，2019.

[3] 張甫仁，景國勛，顧志凡.礦井通風系統安全可靠性的灰色多層次綜合評判[J].煤炭技術，2019，20（6）：41-45.