淺談煤礦通風可靠性策略分析

楊玉輝

摘 要：礦井通風系統是礦井生產系統的重要輔助系統，為生產系統的安全運行提供保證。礦井通風系統由通風動力及其裝置、通風井巷網絡、風流檢測及控制系統組成。在生產時期其任務是利用各種動力，以最經濟的方式，向井下各用風地點提供足夠的新鮮空氣，保證工作人員的呼吸，稀釋并排除瓦斯等各種有害物質，降低熱害，給井下工人創造良好的工作環境；發生事故時，有效地控制風流方向和大小，與其他措施相結合，防止災害的擴大，進而達到消滅事故的目的。通風系統實現上述功能的難易程度稱為礦井通風的可靠性。可靠性是衡量礦井通風系統優劣的重要指標。礦井通風系統可靠性高低對礦井生產和安全管理有著直接的影響。直接關系到礦井能否安全生產及防止事故的發生。

關鍵詞：通風；可靠性；通風系統

1 可靠性基本概念

可靠性數學起源于20實際30年代，最早被引用于機器維修問題，知道第二次世界大戰，可靠性問題才被重視，原因就是軍事上需要可靠性理論知識來提高軍事設備的性能。

礦井通風系統中主要應用到的數學模型主要是概率模型，該模型是從系統的結構和單元的壽命分布，以及修理時間分布等信息出發，來推斷系統的壽命或各種可靠性指標，為系統的最優化設計以及維修方法提高數據及方法支持。

產品喪失了規定的功能，我們稱為失效或故障"通常對于不可修產品，我們稱之為失效，對可修產品我們稱之為故障，在討論問題時，由于概念的相似性，一般不具體區分，所以從廣義上認為“故障”與“失效”含義相同。

產品的壽命與許多因素息息相關，比如產品本身的質量、產品所處的環境、以及人為規定使用時間的長短等等。所以產品的壽命可認為是一個隨機變量，我們常用X表表示，分布函數規定為：

壽命分布函數意義表征了產品壽命不超過t的概率。

同理，我們定義：

R（t）=P（X>t）

上述函數表征了產品壽命大于t的概率，也就是產品在（0，t]內都保持正常工作、不失效的概率。產品在規定的條件下，在規定的時間內，完成規定功能的概率。可靠度函數R（t）與失效分布函數F（t）以及失效密度函數f（t）之間的關系如圖所示：

失效密度函數分布

在公式中，產品的壽命用隨機變量X表示，規定的時間就是（0，t]，上式就是可靠度的數學表達式。

2 研究方法

前蘇聯在礦井通風系統可靠性方面的研究比較早也比較深入，他們將礦井通風失效分為3個等級，一級失效是整個礦井通風系統失效，也即通風系統癱瘓；二級失效是指礦井通風系統的子系統失效，也可認為是區域失效；三級失效是指礦井的個別采區的通風系統失效，通過進行可靠性分析，他們得出保證可靠性的參數，維持這些參數，即可確保通風穩定，其主要評價方法可分為結構法、模擬模型法和統計評價法等

2.1 結構法

該方法是以巷道單位長度的相對工作系數為基礎，可靠性指標值與礦井通風系統可工作系數成正比，表達式為

w——風網中的巷道數目；

n——風網中的節點數目；

Li——巷道i的長度；

l——單位巷道的長度；

巷道i單位長度的絕對可工作系數；

基準巷道單位長度的絕對可工作系數；

巷道i單位長度的相對可工作系數；

巷道i內通風設施s的絕對工作系數；

巷道i內通風設施s的相對工作系數；

S—— 巷道i內的通風設施的數目；

對通風系統進行可靠性指標的計算，然后進行比較，即可遴選出最優方案，這種方法雖然比較簡單，缺點也比較明顯，就是需要的參數比較多，必須具備風網的拓撲結構、巷道長度、構筑物數目等等。

2.2 模擬法

該方法以網絡解算為基礎，通過礦井通風的參數密度來模擬礦井通風過程中的各種狀態，將通風過程的時間進行離散化，求解各種可靠性指標，比如各個單元的平均故障間隔時間！平均維修時間“在模擬過程中，可靠性的計算精度決定了運算的次數，且計算過程要進行風網解算和統計一記錄失效情況，將模擬情況進行匯總，可得總的系統可靠性指標，該方法由于計算方便！模擬情況基本符合實際狀態，所以是一種具有深度挖掘的方法”。

2.3 統計評價法

該方法認為，礦井實際運行的風流應以風網解算的結果為基礎，不能超過其固定的范圍，如果風量超過其范圍，就可以視為通風系統發生了故障"一般風量發生變化是由于開采過程的進行導致巷道發生變化，同時通風構筑物的的狀態也在發生變化，而且這種情況取決于礦山的地質和采礦工藝條件"通過分析可以得到評價礦井通風系統的各個評價指標，根據評價指標對礦井通風系統的可靠性進行評價。

3 總結分析

礦井通風系統可靠性評價是一門交叉學科，涉及礦井通風、統計分析、安全評價、可靠性工程等多學科領域，包含深刻的科學問題和巨大的理論和實踐創新空間。在未來的發展階段，以下問題將是礦井通風系統可靠性評價研究的重點：

（1）礦井通風系統可靠性評價指標體系的動態性。

（2）礦井通風系統可靠性評價方法的科學性。

（3）礦井通風系統可靠性評價的決策支持系統與礦井其他系統的耦合。

總之，由于礦井通風系統可靠性評價的軟科學性，對應用現代應用數學、計算機科學、人工神經網絡、非線性科學、復雜性科學、可靠性工程等對礦井通風系統評價將是今后的發展方向。

總之，隨著現代科學技術的不斷發展，礦井通風系統可靠性評價工作也將不但的進步，將會與現代應用數學、統計學、可靠性工程等多個學科的有效整合，促進礦井通風系統可靠性評價工作的持續的發展。

參考文獻

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