信息融合技術在礦井通風系統安全評價中的應用初探

任晉輝

（山西省呂梁市交城縣安全生產監督管理局，山西 呂梁 030500）

礦井通風系統的原理，主要在于通過應用技術手段，使自然風能夠在礦井下流動，以降低井下有害氣體的濃度，提高生產人員的安全水平。為增強系統性能，將信息融合技術應用到系統中，并對其應用效果加以觀察。

1 礦井通風系統安全評價體系的建立

礦井通風系統安全評價體系，由一級指標及二級指標共兩項指標構成。其中，一級指標即通風指標，二級指標包括風力指標、設施指標、網絡指標及質量指標等多種。以通風指標為例，礦井內通風的風壓、通風設備運行的穩定性、礦井外部漏風的風險屬于影響風力指標的關鍵因素。根據礦井下開采人員的需求，嚴格控制風壓[1]。在此基礎上，確保通風機能夠穩定運行，是避免礦井通風系統出現故障、避免安全事故出現的主要途徑。通風網絡指標，主要以網絡復雜度、風流穩定性以及網路獨立回路數量等指標為主[2-3]。如各指標中某項指標出現了異常，則礦井的安全等級必然有所下降。

2 基于信息融合技術的礦井通風系統安全評價方案

2.1 計權算法

計權算法，即將不同指標，以不同權重表示的一種算法。影響礦井通風安全性的各二級指標中，各指標計權算法如下：（1）風力指標：由B1表示，計算公式為0.2569C11 + 0.4125C12 + 0.1629C13 +0.0749C14 + 0.0462C15。（2）網絡指標：由B2表示，計算公式為0.1325C21 + 0.2359C22 + 0.2165C23 +0.1547C24 + 0.1414C25。（3）設施指標：由B3表示，計算公式為0.1484C31 + 0.6295C32 + 0.1458C33 +0.0233C34 + 0.0517C35。（4）質量指標：由B4表示，計算公式為0.1091C41 + 0.1025C42 + 0.1146C43+ 0.1187C44 + 0.1190C45。

2.2 評價程序

根據信息融合技術的要求，應將各影響因素的有關信息均納入到安全評價過程中，提高評價結果的合理性：（1）分析礦區的生產流程，了解礦區的作業方法，提高影響因素分析的全面性；（2）辨別系統中存在的風險，從風險發生的原因、過程以及損失三方面出發，對風險進行評估；（3）采用定量化分析的方式，采用定量指標描述各類風險的嚴重程度，提高風險評估的可視化水平；（4）根據評估結果，制定應對策略。

2.3 結果計算

當得到各項因素的風險評估結果后，應對其進行計算，進而判斷是否需采取措施對其加以處理。可將各因素的安全等級設置為A級、B級、C級及D級共4個等級。其中，A級代表該因素較為安全，無需對其進行處理；B級代表該因素安全性良好，繼續保持現有狀態即可；C級代表該因素的安全性尚可，但需給予處理；D級代表極其危險，需立即給予處理。

2.4 方案選擇

礦區通風系統治理方案的選擇，應遵循以下原則：（1）方案的實施，必須能夠具有抵抗自然災害的功能。以確保事故發生時，能夠被及時消除，提高通風系統的安全性。（2）所選擇的方案，必須具有排除瓦斯的功能，以避免對生產人員的人身安全造成影響。（3）所選擇的方案，必須具有能夠提高通風系統穩定性的功能，以降低系統故障的發生幾率。

3 基于信息融合技術的礦井通風系統應用方式

3.1 礦區概況

交城錦輝煤礦位于晉中盆地西緣，開采方法以后退式開采為主。目前，該礦區的開采水平為+170m和-200m，其中+170m區域的開采價值已經基本消失，-200m部分主要包括兩大掘進面，共有1個綜放工作面以及2個開拓面。為提高開采的安全性，礦區決定對通風系統進行評價。

3.2 參數計算

3.2.1 動力計算

對礦井內通風動力參數進行計算發現，該礦井的風壓指標為2654Pa，通風孔的孔積為2.20m2。進一步計算發現，礦區生產過程中所應用的通風機，型號以BD-II-8-No24為主，無法有效滿足礦區的通風需求。該通風機投入使用的時間為1a，目前尚無故障。礦區礦井內，回風量數值為100.3m3/s，如開啟排風扇排風，風量可達104.0m3/s。

3.2.2 設施計算

對礦區內設施運行穩定性進行觀察發現，礦井內共包括4臺風扇，其中3臺運行良好，無發生故障的風險，另外1臺，由于投入運行時間較長，因此故障率較高，需給予更換。礦井內風窗數量共1個，數量雖較少，但能夠滿足通風需求。礦區共包括調節風門20個，可滿足礦井的通風需求，無需更換。具體計算結果見表1。

表1 設施計算結果

3.2.3 網絡計算

對礦井通風網絡進行觀察發現，礦井內，用于通風的節點共70個，礦井的每個工作面所配置的開拓面均為2個。進一步計算發現，礦區礦井的回路數量共30條，分支數量共7條。如上述節點性能均穩定，則能夠滿足礦井的通風需求，如部分節點存在異常，礦井的通風安全性將顯著降低，因此，有必要對各網絡節點的故障進行排查。

3.2.4 質量計算

對通風質量進行計算發現，該礦區的總進風量為9984m3/s，掘進工作面風量為12.00m3/s，開拓工作面風量為20.13m3/s。具體結果見表2。

表2 礦區通風質量計算結果

表2中的結果表明，礦區的通風質量能夠滿足礦井下工作人員的工作安全需求。但該礦井內用風點的溫度值相對較高，因此，粉塵的深度值同樣較高。

3.2.5 經濟指標

對礦區運行經濟參數進行計算發現，當礦井的進風量與有效風量穩定時，在全面考慮各因素影響的情況下，礦井的總有效通風率將達到88.96%，滿足國家要求。進一步計算安全評價經濟指標發現，本礦井的通風系統經濟性評分為56.6分，礦區的安全等級為D級，表明該礦區的通風系統有待進一步整改。

3.3 擬定方案

為改善通風系統運行的安全性，礦區應適當增加通風機的數量，進一步提高有效通風率。增加后的通風效果見表3。

表3 新增通風機及其通風效果

為在不增加風井的情況下改善通風效果，應建立一條并聯的回風巷，以將各回風井連接起來，在改善回風效果的同時降低經濟負擔。除此之外，采用支護將巷道斷面擴大，同樣能夠達到改善通風效果的目的。

3.4 結果分析

錦輝煤礦于2016年3月實施了上述通風方案，通過對實施效果的觀察發現，礦區本年度的經濟效益較往年平均值顯著提升。通風系統使用1年內，未見任何安全事故發生。上述通風措施的實施，可有效提高礦區生產的安全性，礦區所應用的通風設備，質量較高，性能較強。

4 結論

礦區采用信息融合技術，將動力、通風質量、通風設施等信息納入到了通風系統安全評價過程中，在提高系統安全性方面取得了顯著的成效。各礦區可根據自身的需求及目前的通風安全狀態，將該技術應用到通風系統安全分析評價過程中，通過增加通風節點數、維護通風設施等途徑，提高通風系統的穩定性，確保生產安全。