基于層次分析法的煤礦通風安全穩(wěn)定性評價研究

李 強

（山西焦煤霍州煤電集團霍寶干河煤礦有限公司，山西 洪洞 041602）

習近平總書記就全國安全生產工作多次強調，“要始終把人民生命安全放在首位，發(fā)展決不能以犧牲安全為代價”。通風安全是保證煤礦企業(yè)安全生產的關鍵，是煤礦企業(yè)采煤、運輸、機電等安全生產大系統(tǒng)的生存命脈，同樣也是煤礦企業(yè)安全事故的高發(fā)領域。對煤礦企業(yè)通風系統(tǒng)安全穩(wěn)定性評價體系進行研究，有助于全面了解煤礦通風安全事故影響因素，并對影響因素進行科學分析、合理管控，從而減少和避免煤礦通風類安全事故發(fā)生。

層次分析法是一種集定量分析與定性分析相結合，通過建立有序的遞階層次模型結構，從目標層（最高層）到方案層（最底層）逐層系統(tǒng)分析的系統(tǒng)決策方法。它具有系統(tǒng)性、實用性和簡潔性等優(yōu)點，計算簡單方便，結果明確，能處理傳統(tǒng)的優(yōu)化方法所不能解決的問題，便于決策者直接了解和掌握。

1 影響煤礦通風系統(tǒng)安全穩(wěn)定性因素

煤礦通風系統(tǒng)是一個復雜的、非穩(wěn)定性動態(tài)系統(tǒng)，由主要通風機、井下巷道風網及其風流、通風構筑物及井下設施設備等多因素構成。隨著礦井開采年限的增長和開采區(qū)域的延伸，井下通風設施、巷道空間、礦井阻力分布、風流風量等都會隨之發(fā)生變化，礦井整個通風系統(tǒng)也會越來越復雜，給煤礦企業(yè)通風管理和安全生產帶來諸多困難和隱患。根據(jù)影響通風系統(tǒng)安全穩(wěn)定性因素發(fā)生的概率大小和造成破壞的嚴重程度，采用層次分析法，對各影響因素進行分類管理，加強安全管理監(jiān)控，能夠有效避免煤礦通風安全事故的發(fā)生，提高整個通風系統(tǒng)安全管理的穩(wěn)定性。

1.1 礦井通風環(huán)境狀況影響

礦井通風環(huán)境狀況主要涉及有井下通風質量狀況、通風方式方法、礦井內部漏風程度、通風網絡復雜程度等因素，另外礦井自然風壓變化也會影響到礦井通風系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。不同季節(jié)煤礦井下巷道內的相對濕度差別和溫度差別，以及進回風井筒的高度差都會導致自然風壓發(fā)生變化。

不同通風巷道的阻力分布也會對通風系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性造成不同程度影響。煤礦井下開采工作是動態(tài)的、持續(xù)變化的，礦井阻力分布也會隨著發(fā)生變化。受到地表壓力、積水存污、阻塞、設備支架老化變形等影響，巷道時常會發(fā)生粗糙度增加、斷面面積減少、斷面形狀改變等變化，都會影響到通風巷道的阻力分布，進而影響整個礦井通風系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

1.2 礦井通風設施狀況

礦井通風設施狀況主要涉及礦井通風機、通風構筑物、通風監(jiān)測設施、巷道開采情況等因素。礦井通風機的運轉穩(wěn)定性是煤礦正常生產工作的前提，但其長時間持續(xù)性工作，機械間磨損、損耗、發(fā)生喘振等故障，外界空氣環(huán)境的侵蝕老化等都會對通風機正常運轉造成一定影響。另外通風機的結構設計和制造質量好壞也是影響煤礦通風系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的一個重要因素，因此通風機設備的安裝質量、安裝精度、日常維護與管理等對于煤礦生產也尤為重要。

井下通風構筑物合理性影響。通過在礦井適當?shù)奈恢冒苍O控制風流的設施和裝置如擋風墻、井口密閉、風簾和風門等，對礦井巷道實施一定增阻，會達到引導、控制和調節(jié)風量的目的，從而實現(xiàn)井下風量按需分配，有助于提高通風系統(tǒng)安全管理的穩(wěn)定性。

礦井巷道間的聯(lián)接形式也對通風系統(tǒng)安全穩(wěn)定性造成一定影響。一般礦井井下各巷道間分串聯(lián)、并聯(lián)和角聯(lián)三種聯(lián)接形式，而不同的聯(lián)接形式具有不同的通風特性和安全效果。

1.3 礦井通風安全管理狀況

礦井通風安全管理狀況主要涉及礦井通風機的日常管理、礦井防災減災能力、礦井巷道測風管理、礦井通風阻力測定、員工綜合素質能力等因素。礦井需要有完善的通風機管理、監(jiān)測等一系列制度措施，配有安全通風員值班負責，做到日常監(jiān)管記錄齊全、操作得當。

由于煤礦井下巷道空間有限，礦車運行、罐籠提升等運行設備會占據(jù)部分井巷一定空間，尤其是當?shù)V車運行、罐籠提升時都會造成井巷斷面的動態(tài)變化，從而導致各巷道間局部阻力發(fā)生變化，因此要隨時進行井下定點測風，建立完善的測風制度，加強巷道測風及阻力測定管理。

員工綜合素質能力也是影響通風系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的一個重要因素，提高通風安全管理人員的素質和能力，加強日常教育和培訓，減少人為性事故隱患是提升礦井通風系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的重要途徑。

1.4 礦井通風經濟效益狀況

礦井通風經濟效益狀況反映的是礦井通風系統(tǒng)的實際能耗和經濟效益，包括煤礦通風機綜合利用效率、礦井通風電耗比、礦井有效風量率、礦井通風能力比等因素。通風機綜合效率是指通風機系統(tǒng)工作中的輸入功率與輸出功率百分比，主要反映通風機的性能及工作狀況程度。礦井通風電耗比則反映的是通風系統(tǒng)總的消耗費用與礦井實際開采產量間的比例程度。

2 煤礦通風安全穩(wěn)定性評價體系的建立

2.1 建立遞階層次結構

建立煤礦通風系統(tǒng)安全穩(wěn)定性評價體系，需要根據(jù)現(xiàn)代化礦井實際特點，結合影響通風系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的各項因素，明確各類指標，再運用層次分析法進行系統(tǒng)分析。首先要根據(jù)影響因素間相互關系，將影響因素分成三個組別，每一組作為一個層次，建立層次結構模型。即根據(jù)通風系統(tǒng)安全穩(wěn)定性評價指標建立1個總目標層(即礦井通風系統(tǒng)安全監(jiān)管穩(wěn)定性)，4個一級指標層（包括礦井通風環(huán)境狀況、礦井通風安全管理狀況、礦井通風設施狀況及經濟效率狀況），18個二級指標層（包括通風機運轉質量、通風網絡復雜程度、井下通風構筑物、自然風壓變化等），評價因素指標體系如圖1。

圖1 煤礦通風安全穩(wěn)定性評價指標體系圖

2.2 指標體系分級標準

在煤礦通風安全穩(wěn)定性評價體系中，用分級標準量化法把煤礦通風安全穩(wěn)定性各項定性指標轉換為定量指標。將每個指標都劃分為“安全穩(wěn)定、比較安全穩(wěn)定、一般、不安全穩(wěn)定、非常不安全穩(wěn)定”五個級別，再給每一級別都明確具體數(shù)值和取值標準，從而確定各項評價指標的等級，為提高礦井通風安全穩(wěn)定性能提供依據(jù)。

2.3 建立判斷矩陣

在計算各項指標相對權重過程中，應采用矩陣方式將每一層次各因素的相對重要性表示出來。假定煤礦通風系統(tǒng)安全穩(wěn)定性評價指標的第一層中A因素與下一層次中因素a1，a2，a3……an有聯(lián)系，那么構造的判斷矩陣如表1所示。

表1 判斷矩陣統(tǒng)計表

對于總目標A而言，amn中要素m與要素n重要性比較結果，其中a12表示a1比a2的相對重要程度。

2.4 計算各指標相對權重

計算各指標相對權重最常用的就是幾何平均法（根法），就是先計算出判斷矩陣A中a1，a2，a3……an的乘積，得到一個n行一列的矩陣B；再計算矩陣每個元素的n次方根得到矩陣C；對矩陣C進行歸一化處理后，就會得到相關指標的相對重要性權值。

再通過計算檢驗矩陣的一致性指標，判斷其是否符合一致性。

當 (λmax-n)值越大，CR值越小，說明判斷矩陣的一致性指標越好；反之越差。如果CR＜0.1，就表示該判斷矩陣通過一致性檢驗，否則就不具有滿意一致性。

3 小結

煤礦通風安全穩(wěn)定性評價體系建設是一個多因素綜合的復雜過程。采用層次分析法，建立有序的遞階層次模型，通過判斷矩陣，計算出各項指標的權重并分析其重要性，按照分解、比較、判斷、綜合的思維方式進行決策，就可以對煤礦通風安全穩(wěn)定性進行綜合性評價。煤礦企業(yè)可以根據(jù)評價結果，為提升礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定性、優(yōu)化安全管理改造升級、制定相應對策提供科學的參考和依據(jù)。