礦井通風系統(tǒng)危險源分析及評價研究

王鑫洧

（同煤集團煤峪口礦通風區(qū)，山西 大同 037003）

礦井通風系統(tǒng)對井下開采具有十分重要的意義，是關(guān)乎煤礦安全生產(chǎn)的最主要的部分之一。通風系統(tǒng)正常良好地運轉(zhuǎn)，能有效地控制瓦斯、火災和煤塵等煤礦隱患的發(fā)生幾率。通常通過仿真實驗、計算機模擬以及系統(tǒng)評價等方法對各類生產(chǎn)礦井的通風網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化處理。同時，研究方向多側(cè)重于風流流動規(guī)律和通風系統(tǒng)安全性、可靠性評價。

1 通風系統(tǒng)有害性分析

（1）通風系統(tǒng)狀況。首先需用機械通風且要滿足礦井風量設(shè)計要求，同時不同煤層的通風需要建立獨立的通風系統(tǒng)；同時，通風機安裝位置不合理，空氣流動性不好，空氣質(zhì)量不良，有害氣體不能正常排出。

（2）通風空氣量供需、有效風量和通風阻力。通風空氣量過大對通風機負載過大，同時溫度也易升高；通風空氣量過小不能滿足設(shè)計要求，不能有效進行礦井通風，礦井環(huán)境不能達到標準，煤塵含量過高，氧氣含量過低；通風阻力也反映出通風系統(tǒng)運行狀況，風阻過大可能巷道漏風量過大，井巷和采區(qū)易發(fā)生煤炭自燃現(xiàn)象。

（3）空氣分配模式。礦井應根據(jù)分區(qū)需要，通過調(diào)整各個通風構(gòu)筑物調(diào)整各分區(qū)的通風阻力，調(diào)整各分區(qū)進風量，分區(qū)空氣量分配不均勻，整體通風阻力增大，生產(chǎn)成本增加，整個礦井的通風系統(tǒng)負載過大。

（4）采面風量控制。采面供風量不足時，瓦斯易積聚于井巷的上隅角，出現(xiàn)隱患，即使采用局部通風機，局扇由于安裝狀況不良，運行故障，還是會引發(fā)瓦斯方面的隱患。

（5）反風系統(tǒng)。反風系統(tǒng)會在礦井災變狀況下，通過實現(xiàn)全礦井或區(qū)域性反風，減弱災害和控制災害蔓延方向。但設(shè)備存在故障或安裝方式不當，在此基礎(chǔ)上的反風操作反而會擴大災害程度。

2 通風系統(tǒng)危險源辨識與評價模型

2.1 通風系統(tǒng)危險源辨識

通風系統(tǒng)危險源的辨識方法可分為經(jīng)驗法和系統(tǒng)分析法兩大類。經(jīng)驗法通過對照和類比的方法進行辨識，需要有可參照的已知狀況礦井；而系統(tǒng)安全分析法也就是通常的事件樹、事故樹以及典型故障類型分析為代表的分析方法。

通過系統(tǒng)分割法將煤礦礦井各部分的特征和屬性分割成不同的子系統(tǒng)、子單元，分別針對各個子系統(tǒng)、子單元的特征進行故障類型分析，追尋和剖析各類故障的本質(zhì)發(fā)生原因。對整個礦井通風系統(tǒng)進行故障類型辨識的過程主要有：（1）分辨整個礦井各部分間的組成和特征；（2）根據(jù)子系統(tǒng)的特征和屬性劃分分析的結(jié)構(gòu)層次；（3）結(jié)合礦井的通風系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖進行分析；（4）分析各子系統(tǒng)的各類故障類型和危害程度；（5）將最底層的故障類型（危險源）匯總至整個分析模型中。

根據(jù)前面所述通風系統(tǒng)有害性分析，將通風系統(tǒng)中的危險源進行分類和辨識，從整體到局部，通風前段到通風回風段進行辨識：首先，研究整個通風系統(tǒng)狀況，通風系統(tǒng)是否能夠滿足礦井生產(chǎn)需要；再次，研究礦井如何進行分區(qū)通風方式；研究系統(tǒng)中角聯(lián)巷道等風路對系統(tǒng)的影響；整個礦井及各個分區(qū)反風系統(tǒng)是否能夠正常運行；礦井中各個通風構(gòu)筑物是否能夠正常運作；采區(qū)的串聯(lián)風路情況、巷道是否過度損壞失修、下行巷道通風面數(shù)；最后，需要考慮系統(tǒng)中回風段的阻力情況是否正常。最終根據(jù)上述分析將礦井通風系統(tǒng)危險源劃分為11個指標，詳圖見圖1。

圖1 礦井通風系統(tǒng)危險源模型

2.2 通風系統(tǒng)危險源模型的評價

根據(jù)參考相關(guān)文獻，通過模糊數(shù)值統(tǒng)計確定的危險度值見表1。

表1 礦井通風系統(tǒng)危險源指標的危險度值

根據(jù)上述建立的通風系統(tǒng)危險源模型，并根據(jù)相關(guān)理論選擇層次分析法用于模型評價。通常，確定評價指標權(quán)重值有兩種方法：（1）專家打分法，通過行業(yè)專家根據(jù)實踐經(jīng)驗劃分各個指標的評價值和評價區(qū)間，繼而進行定量分析；（2）重要度比較，將上述評價指標進行重要度比較，構(gòu)成比較矩陣，通過相關(guān)排序和計算得出評價指標權(quán)重值，并通過一致性驗證建立的指標權(quán)重體系是否存在邏輯謬誤，在一定程度消除和減少人為打分中存在的局限性和主觀性。

根據(jù)上述指標評價模型構(gòu)成判斷矩陣，單個指標相互間進行重要度排序，然后通過數(shù)值性的標度表示這些重要度間的比較，構(gòu)成矩陣形式，也就是判斷矩陣。其中rij代表指標因素Ri相對指標因數(shù)Rj的相對重要度，根據(jù)層次分析法的判斷矩陣取值特點，取值范圍通常為1～9（1/9～1/1）間的數(shù)值。

相關(guān)專家根據(jù)模型的特點評定的重要度比較矩陣，所得出的礦井通風系統(tǒng)各危險源的指標權(quán)重為：0.177，0.184，0.070，0.125，0.155，0.035，0.035，0.045，0.028，0.048，0.088。

礦井的綜合危險源綜合評價值：

式中：

e-礦井通風系統(tǒng)危險性的評價值；

wi-第i個指標的權(quán)重；

ei-第i個指標的危險度值；

n-評價指標數(shù)，11。

2.3 綜合評價模型危險度分級

將模型評價結(jié)果分為三個危險度等級，分別選取危險度值60、80時為區(qū)分危險度值的臨界點劃分三個區(qū)間。

將危險度大于80時，定義為I類危險源，其為高危害期間，這類情況下極易發(fā)生通風系統(tǒng)方面的安全事故，且后果十分嚴重，極易出現(xiàn)人員和設(shè)備損失，且經(jīng)濟方面的損失也較大。

當危險度為60～80之間時，定義為Ⅱ類危險源，該臨界區(qū)間內(nèi)可能發(fā)生兩類事故狀況，一類是易發(fā)生安全事故，但危害較小，人員和設(shè)備的損失較小，對整個系統(tǒng)的影響較??；另一類隱患情況為事故發(fā)生率較低，但發(fā)生后事故影響較大，易出現(xiàn)傷亡事故，且經(jīng)濟損失也較為嚴重。

當危險度小于60時，定義為Ⅲ類危險源，該狀況通風系統(tǒng)較為穩(wěn)定，不易發(fā)生安全事故，且事故危害程度也較輕，但需要單獨對個別高危險值的危險源進行控制。

以同煤集團煤峪口礦為例，礦井具有獨立的通風系統(tǒng)，有效風量為85%，礦井負壓為3040Pa，分區(qū)通風良好，沒有不穩(wěn)定角聯(lián)風路，通風設(shè)施整體情況良好，巷道失修率較低，無下行通風面，回風段阻力為總阻力的36%，對照表1進行危險源評價，可得危險度值向量為ei=（0，60，80， 0，0，60，40，60，60，0，75）。根據(jù)式1可得綜合危險度為32，因此可判斷通風系統(tǒng)較為穩(wěn)定，危害程度較低。

3 結(jié)論

本文通過可能會對通風系統(tǒng)構(gòu)成危害的危險源進行故障類別分析，將礦井通風系統(tǒng)危險源劃分為11個分項子系統(tǒng)，可以便于日常分系統(tǒng)的危險源查找和排除，同時可以通過建立的礦井通風系統(tǒng)危險性模型對整個礦井的通風系統(tǒng)的現(xiàn)狀可以做出正確的評估。為危險源的辨識和礦井整體通風系統(tǒng)危險性狀況兩個方面提供了方法的參考，通過對礦井通風系統(tǒng)危險源的研究對礦井的安全生產(chǎn)提供保障。