礦井通風系統危險源分析及評價研究

王鑫洧

（同煤集團煤峪口礦通風區，山西 大同 037003）

礦井通風系統對井下開采具有十分重要的意義，是關乎煤礦安全生產的最主要的部分之一。通風系統正常良好地運轉，能有效地控制瓦斯、火災和煤塵等煤礦隱患的發生幾率。通常通過仿真實驗、計算機模擬以及系統評價等方法對各類生產礦井的通風網絡進行優化處理。同時，研究方向多側重于風流流動規律和通風系統安全性、可靠性評價。

1 通風系統有害性分析

（1）通風系統狀況。首先需用機械通風且要滿足礦井風量設計要求，同時不同煤層的通風需要建立獨立的通風系統；同時，通風機安裝位置不合理，空氣流動性不好，空氣質量不良，有害氣體不能正常排出。

（2）通風空氣量供需、有效風量和通風阻力。通風空氣量過大對通風機負載過大，同時溫度也易升高；通風空氣量過小不能滿足設計要求，不能有效進行礦井通風，礦井環境不能達到標準，煤塵含量過高，氧氣含量過低；通風阻力也反映出通風系統運行狀況，風阻過大可能巷道漏風量過大，井巷和采區易發生煤炭自燃現象。

（3）空氣分配模式。礦井應根據分區需要，通過調整各個通風構筑物調整各分區的通風阻力，調整各分區進風量，分區空氣量分配不均勻，整體通風阻力增大，生產成本增加，整個礦井的通風系統負載過大。

（4）采面風量控制。采面供風量不足時，瓦斯易積聚于井巷的上隅角，出現隱患，即使采用局部通風機，局扇由于安裝狀況不良，運行故障，還是會引發瓦斯方面的隱患。

（5）反風系統。反風系統會在礦井災變狀況下，通過實現全礦井或區域性反風，減弱災害和控制災害蔓延方向。但設備存在故障或安裝方式不當，在此基礎上的反風操作反而會擴大災害程度。

2 通風系統危險源辨識與評價模型

2.1 通風系統危險源辨識

通風系統危險源的辨識方法可分為經驗法和系統分析法兩大類。經驗法通過對照和類比的方法進行辨識，需要有可參照的已知狀況礦井；而系統安全分析法也就是通常的事件樹、事故樹以及典型故障類型分析為代表的分析方法。

通過系統分割法將煤礦礦井各部分的特征和屬性分割成不同的子系統、子單元，分別針對各個子系統、子單元的特征進行故障類型分析，追尋和剖析各類故障的本質發生原因。對整個礦井通風系統進行故障類型辨識的過程主要有：（1）分辨整個礦井各部分間的組成和特征；（2）根據子系統的特征和屬性劃分分析的結構層次；（3）結合礦井的通風系統網絡圖進行分析；（4）分析各子系統的各類故障類型和危害程度；（5）將最底層的故障類型（危險源）匯總至整個分析模型中。

根據前面所述通風系統有害性分析，將通風系統中的危險源進行分類和辨識，從整體到局部，通風前段到通風回風段進行辨識：首先，研究整個通風系統狀況，通風系統是否能夠滿足礦井生產需要；再次，研究礦井如何進行分區通風方式；研究系統中角聯巷道等風路對系統的影響；整個礦井及各個分區反風系統是否能夠正常運行；礦井中各個通風構筑物是否能夠正常運作；采區的串聯風路情況、巷道是否過度損壞失修、下行巷道通風面數；最后，需要考慮系統中回風段的阻力情況是否正常。最終根據上述分析將礦井通風系統危險源劃分為11個指標，詳圖見圖1。

圖1 礦井通風系統危險源模型

2.2 通風系統危險源模型的評價

根據參考相關文獻，通過模糊數值統計確定的危險度值見表1。

表1 礦井通風系統危險源指標的危險度值

根據上述建立的通風系統危險源模型，并根據相關理論選擇層次分析法用于模型評價。通常，確定評價指標權重值有兩種方法：（1）專家打分法，通過行業專家根據實踐經驗劃分各個指標的評價值和評價區間，繼而進行定量分析；（2）重要度比較，將上述評價指標進行重要度比較，構成比較矩陣，通過相關排序和計算得出評價指標權重值，并通過一致性驗證建立的指標權重體系是否存在邏輯謬誤，在一定程度消除和減少人為打分中存在的局限性和主觀性。

根據上述指標評價模型構成判斷矩陣，單個指標相互間進行重要度排序，然后通過數值性的標度表示這些重要度間的比較，構成矩陣形式，也就是判斷矩陣。其中rij代表指標因素Ri相對指標因數Rj的相對重要度，根據層次分析法的判斷矩陣取值特點，取值范圍通常為1～9（1/9～1/1）間的數值。

相關專家根據模型的特點評定的重要度比較矩陣，所得出的礦井通風系統各危險源的指標權重為：0.177，0.184，0.070，0.125，0.155，0.035，0.035，0.045，0.028，0.048，0.088。

礦井的綜合危險源綜合評價值：

式中：

e-礦井通風系統危險性的評價值；

wi-第i個指標的權重；

ei-第i個指標的危險度值；

n-評價指標數，11。

2.3 綜合評價模型危險度分級

將模型評價結果分為三個危險度等級，分別選取危險度值60、80時為區分危險度值的臨界點劃分三個區間。

將危險度大于80時，定義為I類危險源，其為高危害期間，這類情況下極易發生通風系統方面的安全事故，且后果十分嚴重，極易出現人員和設備損失，且經濟方面的損失也較大。

當危險度為60～80之間時，定義為Ⅱ類危險源，該臨界區間內可能發生兩類事故狀況，一類是易發生安全事故，但危害較小，人員和設備的損失較小，對整個系統的影響較小；另一類隱患情況為事故發生率較低，但發生后事故影響較大，易出現傷亡事故，且經濟損失也較為嚴重。

當危險度小于60時，定義為Ⅲ類危險源，該狀況通風系統較為穩定，不易發生安全事故，且事故危害程度也較輕，但需要單獨對個別高危險值的危險源進行控制。

以同煤集團煤峪口礦為例，礦井具有獨立的通風系統，有效風量為85%，礦井負壓為3040Pa，分區通風良好，沒有不穩定角聯風路，通風設施整體情況良好，巷道失修率較低，無下行通風面，回風段阻力為總阻力的36%，對照表1進行危險源評價，可得危險度值向量為ei=（0，60，80， 0，0，60，40，60，60，0，75）。根據式1可得綜合危險度為32，因此可判斷通風系統較為穩定，危害程度較低。

3 結論

本文通過可能會對通風系統構成危害的危險源進行故障類別分析，將礦井通風系統危險源劃分為11個分項子系統，可以便于日常分系統的危險源查找和排除，同時可以通過建立的礦井通風系統危險性模型對整個礦井的通風系統的現狀可以做出正確的評估。為危險源的辨識和礦井整體通風系統危險性狀況兩個方面提供了方法的參考，通過對礦井通風系統危險源的研究對礦井的安全生產提供保障。