矿井通风系统安全可靠性与预警机制及其动力学研究

褚夫浩

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。

关键词 矿井通风系统;安全可靠性;预警机制;动力学

引言

矿井通风系统安全可靠性是满足矿井通风目的的可靠程度，即系统在规定时间内保持正常运转功能，使矿井生产得以正常进行;矿井灾变时，有足够的抗灾能力。但随着矿井开采深度的不断延伸，通风系统服务年限延长，设备设施老化，使通风系统及其单元发生故障的可能性增大，导致安全生产事故的发生，产生严重的社会影响和巨大经济损失。为保障矿井生产安全有序进行，降低各类事故的发生，减少生命财产的损失，迫切需要完善通风系统安全可靠性评价。

1矿井通风系统安全可靠性评级体系建立的原则

①建立原则。为了保证系统的安全，第一步先要构建一个完整的、科学的、合理的评价标准，这是实行评价方法的一个重要的基础，可以直接影响到最终评价的准确性。系统的建立是对它稳定性的可靠衡量，具有很高的科学基础[1]。②科学性原则。在建立该安全评价体系的过程中，首先要遵循原则为科学性原则。要建立在国家规定的标准评价方式基础之上，结合自身的矿井环境特点，建立好符合自身的安全评价方式，以便全力保障该系统能够可靠实施。③可行性原则。可行性是建立安全评价体系的重要部分。无论从理论上讲，评价体系建设的安全性是多么的完善，如果在运用中特别麻烦或可行性不乐观，那么建立这个系统都是毫无意义的。所以，在建立系统的过程中，对最大程度上把相关程序进行简化，注意工作的效率，减少不必要的工作流程，不仅要让评价过程变得简单、方便、高效，更要有资格进行最终评价标准。④普遍性原则。在评价指标的制定过程中，应该对相同的原因进行探讨。对待问题，要细致入微，这样可以把矿井内部的情况挖掘并分析出来，结合实际情况解决问题。

2矿井常用通风技术

矿井常用的通风技术有局扇通风技术、均压通风技术、B型通风模式等几种常用通风技术。局扇通风技术是采用矿用轴流式局部通风设备（简称“局扇”）进行矿井通风，采用该技术要求必须采用功率大、效率高、风压高、坚固性好、防爆级别高的局扇，保证矿井具有良好的风压和风量，达到迅速稀释有害气体和粉尘的目的。均压通风技术指合理控制通风区两端压差，利用压强，确保风机与风窗之间处于均压、稳定状态，控制井下矿井的通风，将作业现场瓦斯气体和粉尘排出或者稀释到安全濃度以下。B型通风模式指在井下采掘作业面的进回风系统中设置一条通风联络巷，使通风联络巷和采掘作业面形成一条并联的通风网络。通过在回风巷增大阻力、在联络巷调压的方法，阻止瓦斯溢出，可有效防瓦斯、防火和防尘。随着科学技术的发展，矿井通风技术向多种技术联合应用方向发展，如采取分区通风系统、多风机多级机站通风系统、多风机多级机站通风系统、统一主扇通风系统等[2]。

3煤矿通风体系预警的机制研究

煤矿通风体系的安全受到非自然的因素和自然的因素影响。煤矿通风体系具有实时变化的特点，也就是随时间变化而出现一定波动，这是小幅波动，其波动大小可反映出煤矿通风体系安全性能。所以，本文研制了高效煤矿通风体系预警的机制，这个机制推出以后，能够发挥的作用也是巨大的，对企业本身来说，有着很强的推动作用，能够有效促使企业进行自我改革，意义重大。另外，一套有效、合理、科学预警的机制，能够减轻灾害造成的损失及破坏。煤矿通风体系预警的体系使用了支持粗集的集成，理论上的粗集包含着重要内容就是对现有知识进行有效简化，它能够对所有知识进行有效分类和分析，对于其中无关的知识能够自动过滤。它对选取指标具有重要意义。要想达到风险结构最小化的目的，向量机技术就具有非常大的优势：很强非线性的建模能力;够达到设计的全盘最优;可操作最强，具有简单的结构;具有巨大的普适性。通过前文阐述，对其中的优点进行重点阐述，而且通过一定几十年的发展，对于模型构建有着重要意义，其中的核心：使用简约知识算法作为前端的处理，使用本算法进行优化通风体系的指标;因为向量机具有很强非线性的建模能力，因此，使用向量机进行处理问题，构建模型预警。本文研制的模型预警原理为：前端的处理器是粗糙集设置，它对系统有关的数据采取耦合性的处理，以及进行相关数据的交换，并将模块向量机与模块粗糙集进行结合，最终达到了提取特征、处理信息目的[3]。

4煤矿通风体系动力学的研究

（1）通风体系动力学的建模总原则。使用动力学建模，主要是由于通风体系相对复杂，致使建模的过程也相对复杂，所以建模的过程中要坚持的原则：坚持稳定性、相对性、连续性的原则;坚持结构体系确定行为的原则;坚持结合、分解、综合的原则。

（2）动力学进行建模的步骤。动力学进行建模总体步骤必须遵循从部分逐步到整体、从浅到深、从简单的到复杂的原则。其具体的步骤为：①确立建模的目的。主要研究体系内部之间的影响、相互的作用与制约、相互的矛盾等诸多问题，从而寻找出解决途径。②确立体系边界。体系边界要制定出那部分可以入模，那部分不可以入模。③采用因果分析。采用回路的分析法进行局部、整体因果分析。④组建模型流图。通风体系动力学引入信息流、变量流率、变量、流位各因素，组建描述体系的流图。⑤方程建立。建立体系各变量关系函数。⑥改进、调试、仿真模型。建模工作不是一次能够完成的，它需要不断进行修改、调试，直到达到建模的要求。⑦模型的有效性验证。组建的模型不可能和实际一样，所以，必须对模型进行有效性的验证。

5结束语

总的来说，科学技术的发展促进了通风系统的可靠性评估进展，在工程学，统计和应用数学等学科的结合也会对可靠性评估理论的展起着重要作用。

参考文献

[1] 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[D].太原：太原理工大学，2018.

[2] 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[D].呼和浩特：内蒙古科技大学，2019.

[3] 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，2019，20（6）：41-45.