信息融合技術(shù)在礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價(jià)中的應(yīng)用初探

任晉輝

（山西省呂梁市交城縣安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，山西 呂梁 030500）

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的原理，主要在于通過應(yīng)用技術(shù)手段，使自然風(fēng)能夠在礦井下流動(dòng)，以降低井下有害氣體的濃度，提高生產(chǎn)人員的安全水平。為增強(qiáng)系統(tǒng)性能，將信息融合技術(shù)應(yīng)用到系統(tǒng)中，并對其應(yīng)用效果加以觀察。

1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價(jià)體系的建立

礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價(jià)體系，由一級指標(biāo)及二級指標(biāo)共兩項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成。其中，一級指標(biāo)即通風(fēng)指標(biāo)，二級指標(biāo)包括風(fēng)力指標(biāo)、設(shè)施指標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)及質(zhì)量指標(biāo)等多種。以通風(fēng)指標(biāo)為例，礦井內(nèi)通風(fēng)的風(fēng)壓、通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性、礦井外部漏風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)屬于影響風(fēng)力指標(biāo)的關(guān)鍵因素。根據(jù)礦井下開采人員的需求，嚴(yán)格控制風(fēng)壓[1]。在此基礎(chǔ)上，確保通風(fēng)機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，是避免礦井通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障、避免安全事故出現(xiàn)的主要途徑。通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)，主要以網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度、風(fēng)流穩(wěn)定性以及網(wǎng)路獨(dú)立回路數(shù)量等指標(biāo)為主[2-3]。如各指標(biāo)中某項(xiàng)指標(biāo)出現(xiàn)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(shù)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價(jià)方案

2.1 計(jì)權(quán)算法

計(jì)權(quán)算法，即將不同指標(biāo)，以不同權(quán)重表示的一種算法。影響礦井通風(fēng)安全性的各二級指標(biāo)中，各指標(biāo)計(jì)權(quán)算法如下：（1）風(fēng)力指標(biāo)：由B1表示，計(jì)算公式為0.2569C11 + 0.4125C12 + 0.1629C13 +0.0749C14 + 0.0462C15。（2）網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)：由B2表示，計(jì)算公式為0.1325C21 + 0.2359C22 + 0.2165C23 +0.1547C24 + 0.1414C25。（3）設(shè)施指標(biāo)：由B3表示，計(jì)算公式為0.1484C31 + 0.6295C32 + 0.1458C33 +0.0233C34 + 0.0517C35。（4）質(zhì)量指標(biāo)：由B4表示，計(jì)算公式為0.1091C41 + 0.1025C42 + 0.1146C43+ 0.1187C44 + 0.1190C45。

2.2 評價(jià)程序

根據(jù)信息融合技術(shù)的要求，應(yīng)將各影響因素的有關(guān)信息均納入到安全評價(jià)過程中，提高評價(jià)結(jié)果的合理性：（1）分析礦區(qū)的生產(chǎn)流程，了解礦區(qū)的作業(yè)方法，提高影響因素分析的全面性；（2）辨別系統(tǒng)中存在的風(fēng)險(xiǎn)，從風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的原因、過程以及損失三方面出發(fā)，對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估；（3）采用定量化分析的方式，采用定量指標(biāo)描述各類風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重程度，提高風(fēng)險(xiǎn)評估的可視化水平；（4）根據(jù)評估結(jié)果，制定應(yīng)對策略。

2.3 結(jié)果計(jì)算

當(dāng)?shù)玫礁黜?xiàng)因素的風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果后，應(yīng)對其進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)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(shè)置為A級、B級、C級及D級共4個(gè)等級。其中，A級代表該因素較為安全，無需對其進(jìn)行處理；B級代表該因素安全性良好，繼續(xù)保持現(xiàn)有狀態(tài)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(xiǎn)，需立即給予處理。

2.4 方案選擇

礦區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)治理方案的選擇，應(yīng)遵循以下原則：（1）方案的實(shí)施，必須能夠具有抵抗自然災(zāi)害的功能。以確保事故發(fā)生時(shí)，能夠被及時(shí)消除，提高通風(fēng)系統(tǒng)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(chǎn)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(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的功能，以降低系統(tǒng)故障的發(fā)生幾率。

3 基于信息融合技術(shù)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)用方式

3.1 礦區(qū)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(qū)的開采水平為+170m和-200m，其中+170m區(qū)域的開采價(jià)值已經(jīng)基本消失，-200m部分主要包括兩大掘進(jìn)面，共有1個(gè)綜放工作面以及2個(gè)開拓面。為提高開采的安全性，礦區(qū)決定對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)。

3.2 參數(shù)計(jì)算

3.2.1 動(dòng)力計(jì)算

對礦井內(nèi)通風(fēng)動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，該礦井的風(fēng)壓指標(biāo)為2654Pa，通風(fēng)孔的孔積為2.20m2。進(jìn)一步計(jì)算發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)生產(chǎn)過程中所應(yīng)用的通風(fēng)機(jī)，型號以BD-II-8-No24為主，無法有效滿足礦區(qū)的通風(fēng)需求。該通風(fēng)機(jī)投入使用的時(shí)間為1a，目前尚無故障。礦區(qū)礦井內(nèi)，回風(fēng)量數(shù)值為100.3m3/s，如開啟排風(fēng)扇排風(fēng)，風(fēng)量可達(dá)104.0m3/s。

3.2.2 設(shè)施計(jì)算

對礦區(qū)內(nèi)設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定性進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，礦井內(nèi)共包括4臺(tái)風(fēng)扇，其中3臺(tái)運(yùn)行良好，無發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)，另外1臺(tái)，由于投入運(yùn)行時(shí)間較長，因此故障率較高，需給予更換。礦井內(nèi)風(fēng)窗數(shù)量共1個(gè)，數(shù)量雖較少，但能夠滿足通風(fēng)需求。礦區(qū)共包括調(diào)節(jié)風(fēng)門20個(gè)，可滿足礦井的通風(fēng)需求，無需更換。具體計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 設(shè)施計(jì)算結(jié)果

3.2.3 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算

對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，礦井內(nèi)，用于通風(fēng)的節(jié)點(diǎn)共70個(gè)，礦井的每個(gè)工作面所配置的開拓面均為2個(gè)。進(jìn)一步計(jì)算發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)礦井的回路數(shù)量共30條，分支數(shù)量共7條。如上述節(jié)點(diǎn)性能均穩(wěn)定，則能夠滿足礦井的通風(fēng)需求，如部分節(jié)點(diǎn)存在異常，礦井的通風(fēng)安全性將顯著降低，因此，有必要對各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的故障進(jìn)行排查。

3.2.4 質(zhì)量計(jì)算

對通風(fēng)質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，該礦區(qū)的總進(jìn)風(fēng)量為9984m3/s，掘進(jìn)工作面風(fēng)量為12.00m3/s，開拓工作面風(fēng)量為20.13m3/s。具體結(jié)果見表2。

表2 礦區(qū)通風(fēng)質(zhì)量計(jì)算結(jié)果

表2中的結(jié)果表明，礦區(qū)的通風(fēng)質(zhì)量能夠滿足礦井下工作人員的工作安全需求。但該礦井內(nèi)用風(fēng)點(diǎn)的溫度值相對較高，因此，粉塵的深度值同樣較高。

3.2.5 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

對礦區(qū)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)V井的進(jìn)風(fēng)量與有效風(fēng)量穩(wěn)定時(shí)，在全面考慮各因素影響的情況下，礦井的總有效通風(fēng)率將達(dá)到88.96%，滿足國家要求。進(jìn)一步計(jì)算安全評價(jià)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，本礦井的通風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評分為56.6分，礦區(qū)的安全等級為D級，表明該礦區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)有待進(jìn)一步整改。

3.3 擬定方案

為改善通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，礦區(qū)應(yīng)適當(dāng)增加通風(fēng)機(jī)的數(shù)量，進(jìn)一步提高有效通風(fēng)率。增加后的通風(fēng)效果見表3。

表3 新增通風(fēng)機(jī)及其通風(fēng)效果

為在不增加風(fēng)井的情況下改善通風(fēng)效果，應(yīng)建立一條并聯(lián)的回風(fēng)巷，以將各回風(fēng)井連接起來，在改善回風(fēng)效果的同時(shí)降低經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。除此之外，采用支護(hù)將巷道斷面擴(kuò)大，同樣能夠達(dá)到改善通風(fēng)效果的目的。

3.4 結(jié)果分析

錦輝煤礦于2016年3月實(shí)施了上述通風(fēng)方案，通過對實(shí)施效果的觀察發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)本年度的經(jīng)濟(jì)效益較往年平均值顯著提升。通風(fēng)系統(tǒng)使用1年內(nèi)，未見任何安全事故發(fā)生。上述通風(fēng)措施的實(shí)施，可有效提高礦區(qū)生產(chǎn)的安全性，礦區(qū)所應(yīng)用的通風(fēng)設(shè)備，質(zhì)量較高，性能較強(qiáng)。

4 結(jié)論

礦區(qū)采用信息融合技術(shù)，將動(dòng)力、通風(fēng)質(zhì)量、通風(fēng)設(shè)施等信息納入到了通風(fēng)系統(tǒng)安全評價(jià)過程中，在提高系統(tǒng)安全性方面取得了顯著的成效。各礦區(qū)可根據(jù)自身的需求及目前的通風(fēng)安全狀態(tài)，將該技術(shù)應(yīng)用到通風(fēng)系統(tǒng)安全分析評價(jià)過程中，通過增加通風(fēng)節(jié)點(diǎn)數(shù)、維護(hù)通風(fēng)設(shè)施等途徑，提高通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，確保生產(chǎn)安全。