矿井通风系统危险源分析及评价研究

王鑫洧

（同煤集团煤峪口矿通风区，山西 大同 037003）

矿井通风系统对井下开采具有十分重要的意义，是关乎煤矿安全生产的最主要的部分之一。通风系统正常良好地运转，能有效地控制瓦斯、火灾和煤尘等煤矿隐患的发生几率。通常通过仿真实验、计算机模拟以及系统评价等方法对各类生产矿井的通风网络进行优化处理。同时，研究方向多侧重于风流流动规律和通风系统安全性、可靠性评价。

1 通风系统有害性分析

（1）通风系统状况。首先需用机械通风且要满足矿井风量设计要求，同时不同煤层的通风需要建立独立的通风系统；同时，通风机安装位置不合理，空气流动性不好，空气质量不良，有害气体不能正常排出。

（2）通风空气量供需、有效风量和通风阻力。通风空气量过大对通风机负载过大，同时温度也易升高；通风空气量过小不能满足设计要求，不能有效进行矿井通风，矿井环境不能达到标准，煤尘含量过高，氧气含量过低；通风阻力也反映出通风系统运行状况，风阻过大可能巷道漏风量过大，井巷和采区易发生煤炭自燃现象。

（3）空气分配模式。矿井应根据分区需要，通过调整各个通风构筑物调整各分区的通风阻力，调整各分区进风量，分区空气量分配不均匀，整体通风阻力增大，生产成本增加，整个矿井的通风系统负载过大。

（4）采面风量控制。采面供风量不足时，瓦斯易积聚于井巷的上隅角，出现隐患，即使采用局部通风机，局扇由于安装状况不良，运行故障，还是会引发瓦斯方面的隐患。

（5）反风系统。反风系统会在矿井灾变状况下，通过实现全矿井或区域性反风，减弱灾害和控制灾害蔓延方向。但设备存在故障或安装方式不当，在此基础上的反风操作反而会扩大灾害程度。

2 通风系统危险源辨识与评价模型

2.1 通风系统危险源辨识

通风系统危险源的辨识方法可分为经验法和系统分析法两大类。经验法通过对照和类比的方法进行辨识，需要有可参照的已知状况矿井；而系统安全分析法也就是通常的事件树、事故树以及典型故障类型分析为代表的分析方法。

通过系统分割法将煤矿矿井各部分的特征和属性分割成不同的子系统、子单元，分别针对各个子系统、子单元的特征进行故障类型分析，追寻和剖析各类故障的本质发生原因。对整个矿井通风系统进行故障类型辨识的过程主要有：（1）分辨整个矿井各部分间的组成和特征；（2）根据子系统的特征和属性划分分析的结构层次；（3）结合矿井的通风系统网络图进行分析；（4）分析各子系统的各类故障类型和危害程度；（5）将最底层的故障类型（危险源）汇总至整个分析模型中。

根据前面所述通风系统有害性分析，将通风系统中的危险源进行分类和辨识，从整体到局部，通风前段到通风回风段进行辨识：首先，研究整个通风系统状况，通风系统是否能够满足矿井生产需要；再次，研究矿井如何进行分区通风方式；研究系统中角联巷道等风路对系统的影响；整个矿井及各个分区反风系统是否能够正常运行；矿井中各个通风构筑物是否能够正常运作；采区的串联风路情况、巷道是否过度损坏失修、下行巷道通风面数；最后，需要考虑系统中回风段的阻力情况是否正常。最终根据上述分析将矿井通风系统危险源划分为11个指标，详图见图1。

图1 矿井通风系统危险源模型

2.2 通风系统危险源模型的评价

根据参考相关文献，通过模糊数值统计确定的危险度值见表1。

表1 矿井通风系统危险源指标的危险度值

根据上述建立的通风系统危险源模型，并根据相关理论选择层次分析法用于模型评价。通常，确定评价指标权重值有两种方法：（1）专家打分法，通过行业专家根据实践经验划分各个指标的评价值和评价区间，继而进行定量分析；（2）重要度比较，将上述评价指标进行重要度比较，构成比较矩阵，通过相关排序和计算得出评价指标权重值，并通过一致性验证建立的指标权重体系是否存在逻辑谬误，在一定程度消除和减少人为打分中存在的局限性和主观性。

根据上述指标评价模型构成判断矩阵，单个指标相互间进行重要度排序，然后通过数值性的标度表示这些重要度间的比较，构成矩阵形式，也就是判断矩阵。其中rij代表指标因素Ri相对指标因数Rj的相对重要度，根据层次分析法的判断矩阵取值特点，取值范围通常为1～9（1/9～1/1）间的数值。

相关专家根据模型的特点评定的重要度比较矩阵，所得出的矿井通风系统各危险源的指标权重为：0.177，0.184，0.070，0.125，0.155，0.035，0.035，0.045，0.028，0.048，0.088。

矿井的综合危险源综合评价值：

式中：

e-矿井通风系统危险性的评价值；

wi-第i个指标的权重；

ei-第i个指标的危险度值；

n-评价指标数，11。

2.3 综合评价模型危险度分级

将模型评价结果分为三个危险度等级，分别选取危险度值60、80时为区分危险度值的临界点划分三个区间。

将危险度大于80时，定义为I类危险源，其为高危害期间，这类情况下极易发生通风系统方面的安全事故，且后果十分严重，极易出现人员和设备损失，且经济方面的损失也较大。

当危险度为60～80之间时，定义为Ⅱ类危险源，该临界区间内可能发生两类事故状况，一类是易发生安全事故，但危害较小，人员和设备的损失较小，对整个系统的影响较小；另一类隐患情况为事故发生率较低，但发生后事故影响较大，易出现伤亡事故，且经济损失也较为严重。

当危险度小于60时，定义为Ⅲ类危险源，该状况通风系统较为稳定，不易发生安全事故，且事故危害程度也较轻，但需要单独对个别高危险值的危险源进行控制。

以同煤集团煤峪口矿为例，矿井具有独立的通风系统，有效风量为85%，矿井负压为3040Pa，分区通风良好，没有不稳定角联风路，通风设施整体情况良好，巷道失修率较低，无下行通风面，回风段阻力为总阻力的36%，对照表1进行危险源评价，可得危险度值向量为ei=（0，60，80， 0，0，60，40，60，60，0，75）。根据式1可得综合危险度为32，因此可判断通风系统较为稳定，危害程度较低。

3 结论

本文通过可能会对通风系统构成危害的危险源进行故障类别分析，将矿井通风系统危险源划分为11个分项子系统，可以便于日常分系统的危险源查找和排除，同时可以通过建立的矿井通风系统危险性模型对整个矿井的通风系统的现状可以做出正确的评估。为危险源的辨识和矿井整体通风系统危险性状况两个方面提供了方法的参考，通过对矿井通风系统危险源的研究对矿井的安全生产提供保障。