礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)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(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(fēng)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(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也將越來越復(fù)雜，相應(yīng)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全管理難度也越來越大，就容易出現(xiàn)運(yùn)行效率低、通風(fēng)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(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，以提高礦井通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，進(jìn)而有效保證礦井安全生產(chǎn)。

1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

1.1 一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)

和煤礦安全檢查評(píng)比不同，礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)不僅僅關(guān)注礦井通風(fēng)管理，而是綜合考慮礦井通風(fēng)系統(tǒng)各個(gè)方面，全面反映出礦井通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的安全狀況。因此，必須建立完整的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，系統(tǒng)評(píng)估礦井通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的整體安全性以及各個(gè)部分的安全性。礦井通風(fēng)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(jì)性三個(gè)方面入手，將礦井通風(fēng)系統(tǒng)的整體安全性細(xì)分為以下七個(gè)方面的一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，即通風(fēng)動(dòng)力，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，通風(fēng)設(shè)施，通風(fēng)質(zhì)量，防災(zāi)減災(zāi)，科學(xué)管理，通風(fēng)成本。

1.2 二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)

在一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化，得到更多的二級(jí)指標(biāo)（如圖1所示），并針對(duì)每一個(gè)二級(jí)指標(biāo)找到相應(yīng)的量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)具有時(shí)變性和非線性的特征，很難對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化控制[3]。因此，應(yīng)該遵循可以準(zhǔn)確反映系統(tǒng)安全狀況、具有確切物理意義，避免多項(xiàng)指標(biāo)反映同一個(gè)特征的原則，分別建立各項(xiàng)指標(biāo)的物理意義以及隸屬函數(shù)，得出相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值。

圖1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)二級(jí)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

建立各個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)是運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論對(duì)礦井通風(fēng)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(qiáng)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(fēng)系統(tǒng)中的一項(xiàng)指標(biāo)的論域x限定在實(shí)屬域內(nèi)，一個(gè)正規(guī)簡單模糊集A應(yīng)該有且僅有一點(diǎn)x0使μA（x0）=1，x0作為模糊集A的核心，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知x0左右分別存在一點(diǎn)x1，x2使μA（x1）=0，μA（x2）=0，當(dāng)x1＜x0時(shí)，x1，x2給出模糊集合。自然會(huì)想到運(yùn)用線性插值法來獲得其他點(diǎn)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(fēng)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以構(gòu)建各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的分級(jí)隸屬函數(shù)，用于定量分析礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全影響因素，進(jìn)而評(píng)價(jià)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的安全狀況。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)

如上所述，礦井通風(fēng)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?？梢姡V井通風(fēng)系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)屬于綜合評(píng)價(jià)問題。在對(duì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)時(shí)，需要結(jié)合多項(xiàng)指標(biāo)來表示系統(tǒng)安全特征。本次研究選取了五項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)作為因素指標(biāo)，這五項(xiàng)指標(biāo)又可以分別細(xì)化為多個(gè)二級(jí)指標(biāo)，這些二級(jí)指標(biāo)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(xiàng)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)Ci數(shù)值，再算出一級(jí)評(píng)價(jià)Bi指標(biāo)。結(jié)合列出的各項(xiàng)指標(biāo)的多對(duì)象評(píng)測結(jié)果以及權(quán)重分配，對(duì)單一指標(biāo)的多對(duì)象進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算，礦井通風(fēng)系統(tǒng)的單一指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果，再根據(jù)上述算法，進(jìn)行分層評(píng)價(jià)，最終對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行整體評(píng)價(jià)。本次研究選取了五項(xiàng)指標(biāo)作為礦井通風(fēng)系統(tǒng)的一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，但這些指標(biāo)都存在信息不完整的情況或不明確的關(guān)系，如礦井的風(fēng)壓和通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)系并不明確。邀請(qǐng)專家對(duì)指標(biāo)進(jìn)行打分，將每一指標(biāo)的平均值作為該指標(biāo)權(quán)值，具體賦值如表1所示[5]。

表1 某礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系賦值表

從上述礦井通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，礦井內(nèi)風(fēng)流穩(wěn)定性得分只有0.595，說明礦井通風(fēng)穩(wěn)定性差，需要重點(diǎn)提高通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以提高整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全性。

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全優(yōu)化

3.1 通風(fēng)模式優(yōu)化

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)模式根據(jù)風(fēng)機(jī)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(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該根據(jù)礦井的實(shí)際開采深度、瓦斯涌出量等因素合理選用通風(fēng)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(fēng)模式。如某礦井因?yàn)楫?dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)無法提供足夠的風(fēng)量，且進(jìn)風(fēng)巷道、回風(fēng)巷道斷面較小，導(dǎo)致井巷阻力較大。因此，需要對(duì)該煤礦通風(fēng)模式進(jìn)行優(yōu)化，選用抽壓混合式通風(fēng)模式以滿足風(fēng)量需求。

3.2 調(diào)節(jié)通風(fēng)量

通過優(yōu)化礦井各個(gè)區(qū)域的風(fēng)量，有效確保礦井生產(chǎn)過程中各個(gè)區(qū)域，各個(gè)時(shí)間的用風(fēng)需求。隨著礦井深度和開采量的持續(xù)增加，風(fēng)阻也會(huì)持續(xù)增大，如果現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)無法提供足量的風(fēng)，就應(yīng)該及時(shí)優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)立必要的輔助通風(fēng)設(shè)備，確保礦井下的通風(fēng)需求。

3.3 降低通風(fēng)阻力

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

3.4 合理配置通風(fēng)設(shè)施

在構(gòu)建礦井通風(fēng)系統(tǒng)的過程中，合理選擇并設(shè)置通風(fēng)設(shè)施非常重要，決定了系統(tǒng)的整體運(yùn)行效能。礦井通風(fēng)系統(tǒng)常用的通風(fēng)設(shè)施包括風(fēng)門、風(fēng)橋、風(fēng)窗、風(fēng)擋等。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)該定期檢查，確保通風(fēng)設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)正常，保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)處于良好運(yùn)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(fēng)系統(tǒng)選用的時(shí)離心式風(fēng)機(jī)，已無法滿足礦井生產(chǎn)時(shí)的通風(fēng)需求，因此，可以考慮選用防爆對(duì)旋軸流式風(fēng)機(jī)，增加風(fēng)量，滿足通風(fēng)需求。

4 結(jié)語

綜上所述，在礦井生產(chǎn)過程中，通風(fēng)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(huì)影響到通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)礦井生產(chǎn)安全帶來不利影響。因此，通風(fēng)系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)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(fēng)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)與優(yōu)化獲得較大進(jìn)展，但還是沒有完全解決礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全問題。因此，在礦井工程設(shè)計(jì)或開采階段都必須重視通風(fēng)系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)與優(yōu)化，全面準(zhǔn)確地評(píng)估通風(fēng)系統(tǒng)的安全狀況，并對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化調(diào)節(jié)，選用科學(xué)合理的通風(fēng)系統(tǒng)方案，確保通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)始終良好，滿足礦井生產(chǎn)通風(fēng)需求和安全標(biāo)準(zhǔn)，為煤礦安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供有效保障。