事故樹在某金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用

肖利民

(長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南長(zhǎng)沙 410012)

1 礦山概況

某金屬地下礦山采用斜坡道+盲斜井開拓，生產(chǎn)規(guī)模為3000 t/d。采用的采礦方法為大直徑深孔階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ê头侄舞弾r階段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ā＞碌V巖利用無軌汽車經(jīng)斜坡道運(yùn)輸至地表。共段劃分有 550，500，450，400，350，300 m 共 6 個(gè)中段。

礦井采用雙翼對(duì)角抽出式通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)路線為:新風(fēng)分別從500 m平硐、斜坡道硐口進(jìn)入井下，再經(jīng)盲斜井和斜坡道進(jìn)入到各中段運(yùn)輸巷道，然后由盤區(qū)平巷、裝礦進(jìn)路進(jìn)入采場(chǎng)，清洗工作面后，污風(fēng)分別匯至南回風(fēng)天井、北回風(fēng)天井、西回風(fēng)天井，最終匯集到南回風(fēng)平硐、北回風(fēng)斜井，再由設(shè)在南回風(fēng)平硐口和北回風(fēng)斜井口的主扇將污風(fēng)抽至地表。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

一般在礦山正常生產(chǎn)期間，其通風(fēng)系統(tǒng)在一定的條件下處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。即通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的風(fēng)流自然分配情況受風(fēng)流運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律所支配而處于某種動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)［1］。但是，隨著礦山生產(chǎn)條件的變化(如開采深度的增加、作業(yè)地點(diǎn)的改變、工作面的推移、巷道的貫通與堵塞等)，其通風(fēng)線路、通風(fēng)設(shè)備和設(shè)施、通風(fēng)阻力和風(fēng)量都會(huì)隨之而改變，進(jìn)而造成某些通風(fēng)井巷的風(fēng)量發(fā)生較大的變化［2］。一旦這些通風(fēng)井巷的風(fēng)量變化幅度超過一定范圍后就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，主要需風(fēng)工作面得不到足夠的新鮮風(fēng)流，炮煙、柴油設(shè)備尾氣積聚，威脅到井下生產(chǎn)安全。因此，必須對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，找出影響通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要因素，以便提前采取預(yù)防措施，盡量減少和防止通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)的發(fā)生。

2.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法選擇

目前，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析大多采用數(shù)學(xué)分析法［3－7］。本文結(jié)合礦井通風(fēng)系統(tǒng)特點(diǎn)，采用事故樹分析對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析和研究。

事故樹分析(Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA)是由美國(guó)貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的維森(H.A.Watson)提出的，目前已廣泛用于各領(lǐng)域［8］。

事故樹分析是一種表示導(dǎo)致災(zāi)害事故的各種因素之間的因果及邏輯關(guān)系圖。該方法是從分析的頂上事件開始，逐層分析事件發(fā)生原因，直至找出事故的基本原因，即基本事件為止。根據(jù)分析出的基本事件可提出相應(yīng)的預(yù)防措施，從而提高系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。

礦井通風(fēng)系統(tǒng)與礦井的開拓、提升運(yùn)輸、自然氣候等因素的關(guān)系十分密切，受眾多不確定因素的影響，礦井通風(fēng)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的隨機(jī)性。為了解和掌握影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的各因素，利用事故樹對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，從而找出礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響因素，針對(duì)各因素提出有效的預(yù)防措施。

2.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定事故樹分析

影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素很多，而在礦井發(fā)生災(zāi)變時(shí)，如發(fā)生火災(zāi)、透水、采空區(qū)大面積垮塌等災(zāi)害事故時(shí)，將導(dǎo)致礦井通風(fēng)系統(tǒng)無法正常工作，嚴(yán)重的造成通風(fēng)系統(tǒng)癱瘓。可見礦井災(zāi)變時(shí)期的通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性研究更為復(fù)雜，本次研究主要對(duì)礦山正常生產(chǎn)時(shí)期的通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定情況進(jìn)行分析和研究。

為建造事故樹，在熟悉礦井通風(fēng)系統(tǒng)后，首先需要確定頂上事件。本次研究將礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定看作是成功樹的頂上事件，那么，它的補(bǔ)事件即礦井通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定即可作為事故樹的頂上事件。再對(duì)其逐層次深入分析，分析出各因素的相互聯(lián)系與制約的關(guān)系，即輸入與輸出的邏輯關(guān)系，然后用事故樹符號(hào)表示出來。建造的某金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定事故樹見圖1。

圖1 某金屬礦山通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定事故樹

圖1所示的事故樹各因果事件基本采用或門連接，說明每個(gè)基本事件的發(fā)生都將影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在不考慮災(zāi)變時(shí)期通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定情況下，該金屬礦山正常生產(chǎn)時(shí)期通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定事故樹的最小割集有 {X1}，{X2}，{X3}，……，{X17}，{X18}，{X19}，共19個(gè)。該金屬礦山正常生產(chǎn)時(shí)期通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定事故樹的最小徑集僅有1個(gè)，最小徑集為 P={X1，X2，X3，……，X17，X18，X19}。該事故樹的割集多，說明影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素很多;徑集只有1個(gè)，且該徑集包含的基本事件很多，說明要控制和維持礦井通風(fēng)系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定是非常復(fù)雜和困難的。很難通過控制個(gè)別事件來維持通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須從各方面著手，加強(qiáng)對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的管理和維護(hù)。

根據(jù)對(duì)圖1的分析，可將影響通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的因素大致分類，有些因素是來自外部，有些是因礦井本身生產(chǎn)活動(dòng)引起的。針對(duì)不同的影響因素，須采取對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施。礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性影響因素分類及預(yù)防措施見表1、表2。除了外部因素、內(nèi)部因素外，還有礦井災(zāi)變時(shí)期影響因素。礦井災(zāi)變時(shí)期影響因素主要有火災(zāi)、透水、空區(qū)大面積垮塌及其它災(zāi)害等。針對(duì)災(zāi)害事故，礦山企業(yè)在生產(chǎn)中須不斷加強(qiáng)礦山安全生產(chǎn)管理工作，嚴(yán)防各類災(zāi)害事故的發(fā)生。

表1 通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定外部影響因素及預(yù)防措施

3 結(jié)論

通過采用事故樹分析法對(duì)該礦山正常生產(chǎn)時(shí)期通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定影響因素進(jìn)行分析，掌握了影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定的各相關(guān)因素，針對(duì)各基本事件提出了有效的預(yù)防措施，減少了不必要的通風(fēng)投入。

表2 通風(fēng)系統(tǒng)不穩(wěn)定內(nèi)部影響因素及預(yù)防措施

［1］徐瑞龍.通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)理論［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1993.

［2］宋澤陽(yáng)，李學(xué)創(chuàng)，齊文宇，等.礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性定量判定方法研究［J］.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，21(9):119-124.

［3］吳向前.礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究［D］.青島:山東科技大學(xué)，2002.

［4］賈進(jìn)章，馬恒.基于靈敏度的通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2002，21(4):428-429.

［5］朱政宏.多風(fēng)井礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析研究［D］.淮南:安徽理工大學(xué)，2012.

［6］裴紹宇.礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析［D］.西安:西安科技大學(xué)，2011.

［7］王從陸.非災(zāi)變時(shí)期金屬礦復(fù)雜礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性及數(shù)值模擬研究［D］.長(zhǎng)沙:中南大學(xué)，2007.

［8］汪元輝.安全系統(tǒng)工程［M］.天津:天津大學(xué)出版社，1999.