礦井通風系統可靠性評價方法及其發展趨勢

吉瑞雪

摘 要：礦井通風系統可靠性評價是及時正確反映其通風系能可靠性程度的重要途徑，礦井管理者能夠依據可靠性評價信息對通風系統進行調整，以及時解決其存在的安全隱患。本文通過對評價通風系統可靠性的技術方法進行比較分析來探討其評價方法及其發展趨勢。

關鍵詞：礦井通風系統；可靠性；評價方法

煤炭挖掘生產工作環境復雜，火災、水災、瓦斯、頂板及煤塵等災害一直威脅著煤炭生產，致使煤炭生產事故不斷發生。當前，我國采取多種措施來抑止煤炭事故的發生，且效果顯著。但我國煤炭事故死亡人數和事故總量均遠遠高于其他產煤國[ 1 ]。在煤炭生產安全中，礦井通風系統起著重要作用，其能夠有效排除和稀釋礦井粉塵和瓦斯，為煤礦工作提供了較為安全的工作環境，合理有效的通風對煤炭自然及火災發展的抑制作用非常明顯[ 2 ]。可見，對礦井通風系統安全性進行可靠評價能夠及時發現礦井安全隱患和存在的問題，依據評價數據及時調整通風系統、準確編制應急預案和優化通風系統設計，以確保礦井通風系統的安全可靠，避免煤礦生產事故的發生。

1 礦井通風系統評估方法

礦井通風系統常用評價方法為專家打分和安全檢查表法兩種。其中安全檢查表為定性評價，不能確定整個系統的安全性，專家打分法為定量評價方法，但其評價權重難以確定，可操作性不強，且具有一定的主觀性，評價結果頁難以統一，缺少說服力。隨著礦業發展，礦井通風系統安全評價方法也取得較大發展，具體如下。

1.1 可靠性評價的萌芽期

上世紀初期，礦井開采技術及規模取得發展，人們對礦井安全的呼聲也日益強烈，一些經驗性的安全評價方法應運而生，礦井通風系統可靠性評估進入萌芽期。

1.2 可靠性評估的量化期

經驗評價方法的應用條件非常廣泛，但其只是憑借經驗對通風系統進行粗略分析，加上通風系統設計者理解力及經驗的局限，難以提出較為全面的方案，更不易發現最優方案，也會忽略時間等動態因素的影響。19世紀M繆爾格提出了礦井等積孔A的概念，公式表達為：A=■，其中礦井通風等積孔表示為A，總風阻表示為Rm。

礦井等積孔大小能夠反映通風系統安全可靠性程度，將其作為評價通風系統的技術指標為管理通風系統提供了技術支持。通常認為A超過2m2表示礦井通風容易，而實踐中發現等積孔>3m2時仍顯示為通風困難級別。為此，相關專家對等積孔公式進行了改進，美國將礦井等積孔分為：低瓦斯A=2.3-3.7m2；高瓦斯 A=3.7-8.4m2；該劃分沿用了通風評價原先定義，通過改進等積孔公式來評價通風難以程度，進而滿足了現代礦井通風評價需要。與此同時，有效風量率、用風點風量供需比、反風系統合格度等新的指標相繼被提出。這些指標的提出為礦井通風管理提供了特定方面的信息需要，其反映的只是通風系統某方面的狀況，而不能對通風系可靠性統進行全面、動態的評價。

1.3 工程理論應用期

利用單一指標評價礦井通風系統可靠性，雖然操作簡單、計算容易、明確，但其結果反映的僅是通風系統的單個層面，缺乏全面型和系統性的評價。隨著煤炭開采的規模及深度的加大，煤巖、瓦斯及地熱高溫等現象更加嚴重，礦井沖擊礦壓也更加頻繁，加上大型采掘機械的應用等，都影響著通風系統的可靠性。因此，對其進行系統全面的可靠性評價顯得較為重要。上世紀中期，前蘇聯從系統工程視角、方法和計算機技術等方面來研究通風系統可靠性評價。當前，對通風系統可靠性的評價已經具有一定的廣度和深度。前蘇聯研究認為通風系統可靠性同設計時的計算方法、原始資料同實際的吻合度，通風系統網絡功能及扇風機裝置等可靠性，其可靠性公式表示為：R=Rn？莓Rm？莓Rc？莓Re，其中可靠性表示為R，原始資料可靠性表示為Rn，計算方法可靠性表示為Rm，通風網絡可靠性表示為Rc，扇風機可靠性表示為Re。我國對礦井通風系統可靠性評價研究顯示有36項指標影響其可靠性。通過層次分析原理對其可靠性總目標進行分解，將其分解成3個子目標，首項為通風系統的日常可靠性評價B1，該項的影響因素眾多，分成7個子項目，含指標29項。第二項為其救護防災的可靠性B2，其含有指標5項，第三項是B3，安全檢測的可靠性，其含有指標2項。并將指標分成合格、基本合格和待整改三種級別，分別以A、B、C表示，在充分調研、理論研究、規范技術、統計分析及總結經驗等基礎上界定各種指標范圍，明確其重要程度和隸屬函數，經模糊綜合評價來處理指標，進而計算出通風系統安全可靠性的等級，以指導其管理工作。

2 通風系統安全可靠性評價現狀

盡管礦井通風系統可靠性評價研究取得進展，但其效果卻不理想，現有可靠性評價方法未能發揮有效作用，這既有客觀因素存在，也有主觀因素影響，其具體體現在以下幾方面。

2.1 經驗及知識層面的分析

礦井通風系統決策、設計均是在經驗的基礎上進行，隨著應用數學和運籌學的發展應用，可靠性評價研究多停留在理論層面，實踐應用較少。在實際評價中，礦井通風系統評價決策過程較為復雜，緊靠決策者的經驗及知識水平是不可靠的。唯有將其經驗同工程系統相結合，方能確保其評價的有效性、適用性及操作性[ 3 ]。

2.2 可操作性及不確定性分析

對于礦井通風系統可靠性評價的研究中，大多是對其進行理論研究，相關專家提出的評價方法也較多，但可操作性卻不強。對于通風系統可靠性評價操作者而言，根本操作不了這些評價方法。因為礦井系統十分復雜多變，其可靠性評價方法也應以動態性和連續性來呈現，只有制定科學的評價方案和降低人員參與數才能實現其評價的有效性，才能得出相對有效的評價效果。

不確定性主要指通風系統相關信息的不確定性，這種不確定性既有主觀認識造成的不確定性，也有事物變化的隨機性，還有人類認識的客觀模糊性，在此類因素的影響下是很難得到較為明確的信息的。

2.3 發展趨勢

通風系統可靠性評價涉及到安全評估、統計學、礦井通風等多學科知識，具有較強的交叉性，含有豐富的實踐敬仰和理論科學。在信息技術的推動下，通風系統可靠性評價也將不斷發展，不久的將來，可靠性評價指標將實現動態性，評價方法將更加科學，其決策支持系統同其他系統間的耦合研究也將取得一定進展。

總之，科技的發展推動通風系統可靠性評價不斷進步，其同工程學、統計學和應用數學等學科的有機結合也將為可靠性評價的發展提供重要理論及方法支持。

參考文獻：

[1] 王慧.試論煤礦井下通風安全管理[J].能源與節能，2016，08：58-59.

[2] 汪義鵬，張樹江，闞哲.礦井主要通風機遠程安全監測方案[J].煤礦安全，2016，08：101-102+106.