论文部分内容阅读
摘 要：矿井通风系统是矿井生产的重要组成部分，是矿井安全生产的保障系统。建立矿井通风系统的综合评价体系是一项具有重要现实意义的工作，矿井通风系统安全评价的中心工作就在于对矿井通风系统的安全性、稳定性和可靠性进行评价，对各指标分别评价的基础上辅以矿井通风系统的稳定性与可靠性分析，实现定性与定量相结合。该文运用模糊集合原理，建立了矿井通风系统安全可靠性评价指标体系及各指标评价分级隶属函数，并采用多因素综合评判方法，探讨了矿井通风系统安全可靠性的综合评价。
关键词：通风系统 安全可靠性 评价体系 综合评判方法
中图分类号：TD72 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（a）-0020-04
随着我国经济和社会的快速发展，我国煤炭生产的安全状况有了一定好转，但形势依然严峻。据统计，我国煤矿百万吨死亡率2004年为3.08，2015年为0.159，尽管这10年间我国煤矿百万吨死亡率有了大幅度下降，但和美国、澳大利亚等一些发达的产煤国家相比，还有很大的差距。尤其是瓦斯爆炸、煤尘爆炸和火灾等在煤矿事故中还占有相当大的比例，并造成了大量的人员伤亡，这些事故的发生多与矿井通风有着密切的关系。
矿井通风系统是由通风动力及其装置、通风井巷网络、风流监测与控制设施等组成，是矿井生产系统的重要组成部分。它向井下提供优质足量的新鲜空气，以保证井下作业人员的生存安全需要，在发生灾害时，能控制风向及风量，以防止灾害扩大。完成上述任务的可靠程度通常以矿井通风系统的安全可靠性来衡量。评价矿井通风系统安全可靠性的目的在于：及时发现矿井通风系统中存在的问题和安全隐患， 调整和改造系统；优化通风设计，准确编制事故预防与处理方案，同时，指导现场通风安全管理。矿井通风系统安全可靠性评价属于多因素综合评价范畴，因此，该文将采用多因素综合评判法，对矿井通风系统安全可靠性的评价方法做一探讨。
1 矿井通风系统多因素综合评判法
用于矿井通风系统多因素综合评判的方法有很多种，诸如总分法、加权平均法、多目标决策法、模糊综合评判法、灰色关联分析法、人工神经网络评价法等。这些评判方法过去通常是用来在新矿井通风设计或生产矿井通风系统改造时进行多方案的优选，目前也用于对生产矿井通风系统进行的多因素综合评判与评价工作之中。
矿井通风系统多因素综合评判的准则，主要以使矿井通风系统达到技术可行（各项技术指标必须可以实现，并符合规定）、安全可靠（井巷风流和风机运行稳定，矿井具备良好的抗灾能力）和经济合理（矿井通风费用最小）为目标，并针对使其量化达到可以分析对比的程度而提出；评判工作的关键是提出确切反映矿井通风系统状况的评价指标、隶属函数并确定其重要程度。
2 矿井通风系统安全可靠性评价体系建立
该文采用多因素综合评判法建立煤矿通风系统安全评价指标体系，包含了矿井通风系统技术可行性、通风系统安全可靠性、通风安全管理、经济合理性和瓦斯煤尘情况等5个一级指标，每一部分又包含数量不等的评价因素，总共有51个评价因素。煤矿通风系统安全评价指标体系见表1。
煤矿通风系统安全性综合评价值F为：
根据煤矿通风系统安全性综合评价值F值的大小按下表确定矿井通风系统评价结果，见表2。
有指标一票否决的，评价结果即为不合格。
3 矿井通风系统安全可靠性评价指标隶属度的确定
矿井通风系统安全可靠性评价体系中包括了5个评价指标，该文只对其中的技术可行性和安全可靠性主要指标进行隶属度确定。
3.1 矿井通风系统技术可行性评价指标
（1）通风系统结构合理性。
其评价原则为：以《煤矿安全规程》的规定为依据，要求矿井有完整独立的通风系统，矿井生产水平和采区分区通风，采掘工作面实现独立回风，无不合理的串连通风地点，有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的采煤工作面不得采用下行通风，主要大巷禁止布置在煤层中。采掘工作面有两个安全出口，进风和回风不得经过采空区或冒顶区。凡是符合这些原则的矿井认为其矿井通风系统合理，不符合的則一票否决，认定其矿井通风系统是不安全的。有违反《煤矿安全规程》规定的，一票否决。
（2）矿井总风量Q隶属度（见表3）。
（3）矿井总阻力H隶属度（见表4）。
（4）矿井总风阻R或矿井等积孔A隶属度（见表5）。
（5）矿井通风最大阻力路线的进、用、和回风区的阻力比隶属度（见表6）。
（6）矿井最大通风路线长度（见表7）。
（7）矿井风量供需比隶属度（见表8）。
（8）矿井有效风量率隶属度（见表9）。
3.2 矿井通风系统安全可靠性指标
（1）主要通风机安装合格度隶属度（见表10）。
（2）风机运转稳定性隶属度（见表11）。
（3）用风地点风流稳定性及风流质量隶属度（见表12）。
4 矿井通风系统安全可靠性的多因素综合评价
根据上述确定的各指标的隶属度，通风系统结构合理性指标采用的是一票否决制，凡是违反《煤矿安全规程》规定的，一票否决。通风系统结构不合理的矿井可认定该矿井通风系统不安全。通风系统结构合理的矿井，矿井通风系统安全可靠性的综合得分按进行计算：式中，Fi为一级评价指标的权重；Fij为评价因素指標的隶属度；Kij为评价因素指标权重。在实际评价中，可根据综合得分将矿井通风系统的安全可靠性划分为优、良、中等、合格、不合格5个等级（见表2）。当评价等级为良时，只需对其中得分较低的薄弱环节进行改进；当评价等级为中等时，应对影响结果的重大因素进行全面的调查改进；当评价等级合格时，应对矿井通风系统进行全面的调查改进；当评价等级为不合格时，不能满足安全生产的要求，应立即停产整改。 5 实际应用
唐山礦业分公司（下称唐山矿）隶属于开滦（集团）有限责任公司。唐山矿生产能力为410万t/a，井田走向长14.55 km，傾斜长3.5 km，属立井、多水平、石门大巷开拓方式，进回风巷布置在同一水平。矿井通风方式为单翼对角式通风，通风方法为抽出式。矿井为高瓦斯矿井；各煤层煤尘均有爆炸危险性，煤尘爆炸指数为31.09%～38.64%；各煤层均有自然发火倾向性，自然发火期为10～12个月，为自然发火矿井。
应用上述评价体系对该煤矿矿井通风系统进行安全可靠性评价，综合得分为0.88，安全可靠性评价结果为良好。唐山矿通风线路长、进风段阻力过大、采区间有大角联、不能反风、岳胥区无安全出口等问题是唐山矿通风系统存在的主要问题，为唐山矿通风系统改造指明了方向。
6 结论
（1）论述了矿井通风系统多因素综合评判法以及评判准则，分析了多因素综合评判方法、因素集合和评判集合的建立、模糊评价指标隶属度的确定、评价指标权重的获取和评价模型建立的方法。
（2）采用矿井通风系统多因素综合评判法，建立了矿井通风系统评价指标体系。该评价体系包括了矿井通风系统技术可行性评价指标、安全可靠性指标、通风系统安全管理指标、经济合理性指标和瓦斯、煤尘指标等5个一级评价指标，包含51个评价因素，给出了每项一级指标的权重及各评价因素的权重。
（3）以唐山矿为例，运用建立的矿井通风系统安全可靠性评价指标体系，对唐山矿通风系统进行了评价，评价结果为良好。认真分析并指出了唐山矿通风系统存在的问题。
参考文献
[1] 陈开岩，傅清国，刘祥来，等.矿井通风系统安全可靠性评价软件设计及应用[J].中国矿业大学学报，2003（7）：393-398.
[2] 李燕.矿井通风系统安全可靠性的模糊综合评价方法[J].现代矿业，2009，12（12）：16-18.
[3] 韩婷婷.矿井通风系统现状评价指标体系及方法的研究与应用[J].太原：太原理工大学，2014.
[4] 张海亮.基于模糊层次分析法的煤矿通风系统安全评价研究[J].内蒙：内蒙古科技大学，2014.
[5] 张甫仁，景国勋，顾志凡.矿井通风系统安全可靠性的灰色多层次综合评判[J].煤炭技术，2001，20（6）：41-45.
[6] 陆刚，韩可琦，肖桂彬.矿井通风系统可靠性的模糊综合评价[J].采矿与安全工程学报，2008，25（2）：244-247.
[7] 吴立云，杨玉中，张强.矿井通风系统评价的TOPSIS方法[J].煤炭学报，2007，32（4）：408-411.
[8] 崔岗，陈开岩.矿井通风系统安全可靠性综合评价方法探讨[J].煤炭科学技术，1999（12）：40-43.
[9] 陈开岩.矿井通风安全理论与技术[J].徐州：中国矿业大学出版社，1999.
关键词：通风系统 安全可靠性 评价体系 综合评判方法
中图分类号：TD72 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（a）-0020-04
随着我国经济和社会的快速发展，我国煤炭生产的安全状况有了一定好转，但形势依然严峻。据统计，我国煤矿百万吨死亡率2004年为3.08，2015年为0.159，尽管这10年间我国煤矿百万吨死亡率有了大幅度下降，但和美国、澳大利亚等一些发达的产煤国家相比，还有很大的差距。尤其是瓦斯爆炸、煤尘爆炸和火灾等在煤矿事故中还占有相当大的比例，并造成了大量的人员伤亡，这些事故的发生多与矿井通风有着密切的关系。
矿井通风系统是由通风动力及其装置、通风井巷网络、风流监测与控制设施等组成，是矿井生产系统的重要组成部分。它向井下提供优质足量的新鲜空气，以保证井下作业人员的生存安全需要，在发生灾害时，能控制风向及风量，以防止灾害扩大。完成上述任务的可靠程度通常以矿井通风系统的安全可靠性来衡量。评价矿井通风系统安全可靠性的目的在于：及时发现矿井通风系统中存在的问题和安全隐患， 调整和改造系统；优化通风设计，准确编制事故预防与处理方案，同时，指导现场通风安全管理。矿井通风系统安全可靠性评价属于多因素综合评价范畴，因此，该文将采用多因素综合评判法，对矿井通风系统安全可靠性的评价方法做一探讨。
1 矿井通风系统多因素综合评判法
用于矿井通风系统多因素综合评判的方法有很多种，诸如总分法、加权平均法、多目标决策法、模糊综合评判法、灰色关联分析法、人工神经网络评价法等。这些评判方法过去通常是用来在新矿井通风设计或生产矿井通风系统改造时进行多方案的优选，目前也用于对生产矿井通风系统进行的多因素综合评判与评价工作之中。
矿井通风系统多因素综合评判的准则，主要以使矿井通风系统达到技术可行（各项技术指标必须可以实现，并符合规定）、安全可靠（井巷风流和风机运行稳定，矿井具备良好的抗灾能力）和经济合理（矿井通风费用最小）为目标，并针对使其量化达到可以分析对比的程度而提出；评判工作的关键是提出确切反映矿井通风系统状况的评价指标、隶属函数并确定其重要程度。
2 矿井通风系统安全可靠性评价体系建立
该文采用多因素综合评判法建立煤矿通风系统安全评价指标体系，包含了矿井通风系统技术可行性、通风系统安全可靠性、通风安全管理、经济合理性和瓦斯煤尘情况等5个一级指标，每一部分又包含数量不等的评价因素，总共有51个评价因素。煤矿通风系统安全评价指标体系见表1。
煤矿通风系统安全性综合评价值F为：
根据煤矿通风系统安全性综合评价值F值的大小按下表确定矿井通风系统评价结果，见表2。
有指标一票否决的，评价结果即为不合格。
3 矿井通风系统安全可靠性评价指标隶属度的确定
矿井通风系统安全可靠性评价体系中包括了5个评价指标，该文只对其中的技术可行性和安全可靠性主要指标进行隶属度确定。
3.1 矿井通风系统技术可行性评价指标
（1）通风系统结构合理性。
其评价原则为：以《煤矿安全规程》的规定为依据，要求矿井有完整独立的通风系统，矿井生产水平和采区分区通风，采掘工作面实现独立回风，无不合理的串连通风地点，有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的采煤工作面不得采用下行通风，主要大巷禁止布置在煤层中。采掘工作面有两个安全出口，进风和回风不得经过采空区或冒顶区。凡是符合这些原则的矿井认为其矿井通风系统合理，不符合的則一票否决，认定其矿井通风系统是不安全的。有违反《煤矿安全规程》规定的，一票否决。
（2）矿井总风量Q隶属度（见表3）。
（3）矿井总阻力H隶属度（见表4）。
（4）矿井总风阻R或矿井等积孔A隶属度（见表5）。
（5）矿井通风最大阻力路线的进、用、和回风区的阻力比隶属度（见表6）。
（6）矿井最大通风路线长度（见表7）。
（7）矿井风量供需比隶属度（见表8）。
（8）矿井有效风量率隶属度（见表9）。
3.2 矿井通风系统安全可靠性指标
（1）主要通风机安装合格度隶属度（见表10）。
（2）风机运转稳定性隶属度（见表11）。
（3）用风地点风流稳定性及风流质量隶属度（见表12）。
4 矿井通风系统安全可靠性的多因素综合评价
根据上述确定的各指标的隶属度，通风系统结构合理性指标采用的是一票否决制，凡是违反《煤矿安全规程》规定的，一票否决。通风系统结构不合理的矿井可认定该矿井通风系统不安全。通风系统结构合理的矿井，矿井通风系统安全可靠性的综合得分按进行计算：式中，Fi为一级评价指标的权重；Fij为评价因素指標的隶属度；Kij为评价因素指标权重。在实际评价中，可根据综合得分将矿井通风系统的安全可靠性划分为优、良、中等、合格、不合格5个等级（见表2）。当评价等级为良时，只需对其中得分较低的薄弱环节进行改进；当评价等级为中等时，应对影响结果的重大因素进行全面的调查改进；当评价等级合格时，应对矿井通风系统进行全面的调查改进；当评价等级为不合格时，不能满足安全生产的要求，应立即停产整改。 5 实际应用
唐山礦业分公司（下称唐山矿）隶属于开滦（集团）有限责任公司。唐山矿生产能力为410万t/a，井田走向长14.55 km，傾斜长3.5 km，属立井、多水平、石门大巷开拓方式，进回风巷布置在同一水平。矿井通风方式为单翼对角式通风，通风方法为抽出式。矿井为高瓦斯矿井；各煤层煤尘均有爆炸危险性，煤尘爆炸指数为31.09%～38.64%；各煤层均有自然发火倾向性，自然发火期为10～12个月，为自然发火矿井。
应用上述评价体系对该煤矿矿井通风系统进行安全可靠性评价，综合得分为0.88，安全可靠性评价结果为良好。唐山矿通风线路长、进风段阻力过大、采区间有大角联、不能反风、岳胥区无安全出口等问题是唐山矿通风系统存在的主要问题，为唐山矿通风系统改造指明了方向。
6 结论
（1）论述了矿井通风系统多因素综合评判法以及评判准则，分析了多因素综合评判方法、因素集合和评判集合的建立、模糊评价指标隶属度的确定、评价指标权重的获取和评价模型建立的方法。
（2）采用矿井通风系统多因素综合评判法，建立了矿井通风系统评价指标体系。该评价体系包括了矿井通风系统技术可行性评价指标、安全可靠性指标、通风系统安全管理指标、经济合理性指标和瓦斯、煤尘指标等5个一级评价指标，包含51个评价因素，给出了每项一级指标的权重及各评价因素的权重。
（3）以唐山矿为例，运用建立的矿井通风系统安全可靠性评价指标体系，对唐山矿通风系统进行了评价，评价结果为良好。认真分析并指出了唐山矿通风系统存在的问题。
参考文献
[1] 陈开岩，傅清国，刘祥来，等.矿井通风系统安全可靠性评价软件设计及应用[J].中国矿业大学学报，2003（7）：393-398.
[2] 李燕.矿井通风系统安全可靠性的模糊综合评价方法[J].现代矿业，2009，12（12）：16-18.
[3] 韩婷婷.矿井通风系统现状评价指标体系及方法的研究与应用[J].太原：太原理工大学，2014.
[4] 张海亮.基于模糊层次分析法的煤矿通风系统安全评价研究[J].内蒙：内蒙古科技大学，2014.
[5] 张甫仁，景国勋，顾志凡.矿井通风系统安全可靠性的灰色多层次综合评判[J].煤炭技术，2001，20（6）：41-45.
[6] 陆刚，韩可琦，肖桂彬.矿井通风系统可靠性的模糊综合评价[J].采矿与安全工程学报，2008，25（2）：244-247.
[7] 吴立云，杨玉中，张强.矿井通风系统评价的TOPSIS方法[J].煤炭学报，2007，32（4）：408-411.
[8] 崔岗，陈开岩.矿井通风系统安全可靠性综合评价方法探讨[J].煤炭科学技术，1999（12）：40-43.
[9] 陈开岩.矿井通风安全理论与技术[J].徐州：中国矿业大学出版社，1999.