礦井通風系統(tǒng)安全評價與優(yōu)化研究

喬萬義

（鄂爾多斯市東勝區(qū)煤炭安全生產(chǎn)監(jiān)管綜合執(zhí)法局，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

礦井通風系統(tǒng)設(shè)計是否滿足礦井安全生產(chǎn)需求直接關(guān)系到礦井的生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效益。礦井采掘前期的通風系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，具有較好的穩(wěn)定性、可靠性，但隨著礦井采掘的逐漸深入，礦井內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局越來越復(fù)雜，通風系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也將越來越復(fù)雜，相應(yīng)的礦井通風系統(tǒng)安全管理難度也越來越大，就容易出現(xiàn)運行效率低、通風效果不理想等問題，從而影響到礦井生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效益[1]。鑒于此，應(yīng)該重視對礦井通風系統(tǒng)的安全評價，在此基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，以提高礦井通風系統(tǒng)的運行安全性和穩(wěn)定性，進而有效保證礦井安全生產(chǎn)。

1 礦井通風系統(tǒng)安全評價指標選取

1.1 一級評價指標

和煤礦安全檢查評比不同，礦井通風系統(tǒng)安全評價不僅僅關(guān)注礦井通風管理，而是綜合考慮礦井通風系統(tǒng)各個方面，全面反映出礦井通風系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的安全狀況。因此，必須建立完整的安全評價指標體系，系統(tǒng)評估礦井通風系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的整體安全性以及各個部分的安全性。礦井通風系統(tǒng)具有一定的內(nèi)在規(guī)律[2]。因此，我們可以從安全性、可行性、經(jīng)濟性三個方面入手，將礦井通風系統(tǒng)的整體安全性細分為以下七個方面的一級指標進行評價，即通風動力，通風網(wǎng)絡(luò)，通風設(shè)施，通風質(zhì)量，防災(zāi)減災(zāi)，科學(xué)管理，通風成本。

1.2 二級評價指標

在一級評價指標的基礎(chǔ)上進一步細化，得到更多的二級指標（如圖1所示），并針對每一個二級指標找到相應(yīng)的量化評價標準，構(gòu)建隸屬函數(shù)。礦井采掘作業(yè)環(huán)節(jié)較多，流程復(fù)雜，同時具有時變性和非線性的特征，很難對其進行自動化控制[3]。因此，應(yīng)該遵循可以準確反映系統(tǒng)安全狀況、具有確切物理意義，避免多項指標反映同一個特征的原則，分別建立各項指標的物理意義以及隸屬函數(shù)，得出相應(yīng)的評價指標數(shù)值。

圖1 礦井通風系統(tǒng)二級綜合評價指標體系

建立各個指標的隸屬函數(shù)是運用模糊數(shù)學(xué)理論對礦井通風系統(tǒng)安全相關(guān)因素模糊性的關(guān)鍵，因此，需要采用以下模糊隸屬函數(shù)構(gòu)造法建立函數(shù)。礦井生產(chǎn)過程中包含了很多模糊性因素，具有很強的模糊概念，這樣一來，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法難以發(fā)揮作用，而模糊數(shù)學(xué)恰好可以用于解決這類模糊問題[4]。我們將通風系統(tǒng)中的一項指標的論域x限定在實屬域內(nèi)，一個正規(guī)簡單模糊集A應(yīng)該有且僅有一點x0使μA（x0）=1，x0作為模糊集A的核心，根據(jù)經(jīng)驗可知x0左右分別存在一點x1，x2使μA（x1）=0，μA（x2）=0，當x1＜x0時，x1，x2給出模糊集合。自然會想到運用線性插值法來獲得其他點的隸屬函數(shù)，可以假設(shè)μA（x）具有以下形式：

上述式子中，f1(x)，f2(x)屬于線性函數(shù)，且f1(x1)=0，f2(x2)=0，f1(x0)=1，f2(x0)=1。根據(jù)上述模糊集構(gòu)造方法，結(jié)合本次研究選用的礦井通風系統(tǒng)安全評價指標，可以構(gòu)建各指標對應(yīng)的分級隸屬函數(shù)，用于定量分析礦井通風系統(tǒng)安全影響因素，進而評價煤礦通風系統(tǒng)的安全狀況。

2 礦井通風系統(tǒng)安全評價

如上所述，礦井通風系統(tǒng)的安全狀況受多種因素的影響，這些因素之間存在相互制約、相互影響的復(fù)雜關(guān)系?？梢?，礦井通風系統(tǒng)的安全評價屬于綜合評價問題。在對結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的礦井通風系統(tǒng)進行安全評價時，需要結(jié)合多項指標來表示系統(tǒng)安全特征。本次研究選取了五項一級指標作為因素指標，這五項指標又可以分別細化為多個二級指標，這些二級指標之間的關(guān)系表現(xiàn)為模糊性、連續(xù)性、離散性。首先需要確定各項二級評價指標Ci數(shù)值，再算出一級評價Bi指標。結(jié)合列出的各項指標的多對象評測結(jié)果以及權(quán)重分配，對單一指標的多對象進行加權(quán)平均計算，礦井通風系統(tǒng)的單一指標評價結(jié)果，再根據(jù)上述算法，進行分層評價，最終對礦井通風系統(tǒng)進行整體評價。本次研究選取了五項指標作為礦井通風系統(tǒng)的一級評價指標，但這些指標都存在信息不完整的情況或不明確的關(guān)系，如礦井的風壓和通風系統(tǒng)的關(guān)系并不明確。邀請專家對指標進行打分，將每一指標的平均值作為該指標權(quán)值，具體賦值如表1所示[5]。

表1 某礦井通風系統(tǒng)安全評價指標體系賦值表

從上述礦井通風系統(tǒng)評價結(jié)果可以看出，礦井內(nèi)風流穩(wěn)定性得分只有0.595，說明礦井通風穩(wěn)定性差，需要重點提高通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以提高整個礦井通風系統(tǒng)的安全性。

3 礦井通風系統(tǒng)安全優(yōu)化

3.1 通風模式優(yōu)化

礦井通風系統(tǒng)的通風模式根據(jù)風機的設(shè)置方式不同可以分為壓入式、抽出式、抽壓混合式三種。在實際應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)礦井的實際開采深度、瓦斯涌出量等因素合理選用通風模式?，F(xiàn)階段，我國大部分井工開采煤礦均使用抽出式通風模式。如某礦井因為當前通風系統(tǒng)無法提供足夠的風量，且進風巷道、回風巷道斷面較小，導(dǎo)致井巷阻力較大。因此，需要對該煤礦通風模式進行優(yōu)化，選用抽壓混合式通風模式以滿足風量需求。

3.2 調(diào)節(jié)通風量

通過優(yōu)化礦井各個區(qū)域的風量，有效確保礦井生產(chǎn)過程中各個區(qū)域，各個時間的用風需求。隨著礦井深度和開采量的持續(xù)增加，風阻也會持續(xù)增大，如果現(xiàn)有通風系統(tǒng)無法提供足量的風，就應(yīng)該及時優(yōu)化礦井通風系統(tǒng)，設(shè)立必要的輔助通風設(shè)備，確保礦井下的通風需求。

3.3 降低通風阻力

礦井的通風阻力與通風距離、風量以及礦井巷道結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，我們應(yīng)該對這些參數(shù)進行分析，找到降低通風阻力的方法，以確保通風系統(tǒng)運行良好。如某個礦井中，風硐、副斜井長280.5m，通風阻力為621.14Pa，占礦井整體通風阻力的為33．4%，為了降低通風阻力，可以因此設(shè)置新的回風立井，縮短通風距離，從而有效降低風阻[6,7]。

3.4 合理配置通風設(shè)施

在構(gòu)建礦井通風系統(tǒng)的過程中，合理選擇并設(shè)置通風設(shè)施非常重要，決定了系統(tǒng)的整體運行效能。礦井通風系統(tǒng)常用的通風設(shè)施包括風門、風橋、風窗、風擋等。在系統(tǒng)運行時，應(yīng)該定期檢查，確保通風設(shè)施運轉(zhuǎn)正常，保證礦井通風系統(tǒng)處于良好運行狀態(tài)，從而有效避免安全事故的發(fā)生。例如，某礦井通風系統(tǒng)選用的時離心式風機，已無法滿足礦井生產(chǎn)時的通風需求，因此，可以考慮選用防爆對旋軸流式風機，增加風量，滿足通風需求。

4 結(jié)語

綜上所述，在礦井生產(chǎn)過程中，通風系統(tǒng)起到保證生產(chǎn)安全、節(jié)約生產(chǎn)成本的重要作用，而礦井生產(chǎn)獲得的變化會影響到通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對礦井生產(chǎn)安全帶來不利影響。因此，通風系統(tǒng)的安全評價與優(yōu)化是礦井生產(chǎn)安全管理工作的重要組成部分。近些年來，我國礦井通風系統(tǒng)安全評價與優(yōu)化獲得較大進展，但還是沒有完全解決礦井通風系統(tǒng)的安全問題。因此，在礦井工程設(shè)計或開采階段都必須重視通風系統(tǒng)的安全評價與優(yōu)化，全面準確地評估通風系統(tǒng)的安全狀況，并對通風系統(tǒng)進行持續(xù)優(yōu)化調(diào)節(jié)，選用科學(xué)合理的通風系統(tǒng)方案，確保通風系統(tǒng)的運行狀態(tài)始終良好，滿足礦井生產(chǎn)通風需求和安全標準，為煤礦安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供有效保障。