矿井通风系统安全评价与优化研究

乔万义

（鄂尔多斯市东胜区煤炭安全生产监管综合执法局，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

矿井通风系统设计是否满足矿井安全生产需求直接关系到矿井的生产安全和生产效益。矿井采掘前期的通风系统结构简单，具有较好的稳定性、可靠性，但随着矿井采掘的逐渐深入，矿井内部结构布局越来越复杂，通风系统的结构也将越来越复杂，相应的矿井通风系统安全管理难度也越来越大，就容易出现运行效率低、通风效果不理想等问题，从而影响到矿井生产安全和生产效益[1]。鉴于此，应该重视对矿井通风系统的安全评价，在此基础上进行优化，以提高矿井通风系统的运行安全性和稳定性，进而有效保证矿井安全生产。

1 矿井通风系统安全评价指标选取

1.1 一级评价指标

和煤矿安全检查评比不同，矿井通风系统安全评价不仅仅关注矿井通风管理，而是综合考虑矿井通风系统各个方面，全面反映出矿井通风系统结构的安全状况。因此，必须建立完整的安全评价指标体系，系统评估矿井通风系统结构的整体安全性以及各个部分的安全性。矿井通风系统具有一定的内在规律[2]。因此，我们可以从安全性、可行性、经济性三个方面入手，将矿井通风系统的整体安全性细分为以下七个方面的一级指标进行评价，即通风动力，通风网络，通风设施，通风质量，防灾减灾，科学管理，通风成本。

1.2 二级评价指标

在一级评价指标的基础上进一步细化，得到更多的二级指标（如图1所示），并针对每一个二级指标找到相应的量化评价标准，构建隶属函数。矿井采掘作业环节较多，流程复杂，同时具有时变性和非线性的特征，很难对其进行自动化控制[3]。因此，应该遵循可以准确反映系统安全状况、具有确切物理意义，避免多项指标反映同一个特征的原则，分别建立各项指标的物理意义以及隶属函数，得出相应的评价指标数值。

图1 矿井通风系统二级综合评价指标体系

建立各个指标的隶属函数是运用模糊数学理论对矿井通风系统安全相关因素模糊性的关键，因此，需要采用以下模糊隶属函数构造法建立函数。矿井生产过程中包含了很多模糊性因素，具有很强的模糊概念，这样一来，传统的数学方法难以发挥作用，而模糊数学恰好可以用于解决这类模糊问题[4]。我们将通风系统中的一项指标的论域x限定在实属域内，一个正规简单模糊集A应该有且仅有一点x0使μA（x0）=1，x0作为模糊集A的核心，根据经验可知x0左右分别存在一点x1，x2使μA（x1）=0，μA（x2）=0，当x1＜x0时，x1，x2给出模糊集合。自然会想到运用线性插值法来获得其他点的隶属函数，可以假设μA（x）具有以下形式：

上述式子中，f1(x)，f2(x)属于线性函数，且f1(x1)=0，f2(x2)=0，f1(x0)=1，f2(x0)=1。根据上述模糊集构造方法，结合本次研究选用的矿井通风系统安全评价指标，可以构建各指标对应的分级隶属函数，用于定量分析矿井通风系统安全影响因素，进而评价煤矿通风系统的安全状况。

2 矿井通风系统安全评价

如上所述，矿井通风系统的安全状况受多种因素的影响，这些因素之间存在相互制约、相互影响的复杂关系。可见，矿井通风系统的安全评价属于综合评价问题。在对结构比较复杂的矿井通风系统进行安全评价时，需要结合多项指标来表示系统安全特征。本次研究选取了五项一级指标作为因素指标，这五项指标又可以分别细化为多个二级指标，这些二级指标之间的关系表现为模糊性、连续性、离散性。首先需要确定各项二级评价指标Ci数值，再算出一级评价Bi指标。结合列出的各项指标的多对象评测结果以及权重分配，对单一指标的多对象进行加权平均计算，矿井通风系统的单一指标评价结果，再根据上述算法，进行分层评价，最终对矿井通风系统进行整体评价。本次研究选取了五项指标作为矿井通风系统的一级评价指标，但这些指标都存在信息不完整的情况或不明确的关系，如矿井的风压和通风系统的关系并不明确。邀请专家对指标进行打分，将每一指标的平均值作为该指标权值，具体赋值如表1所示[5]。

表1 某矿井通风系统安全评价指标体系赋值表

从上述矿井通风系统评价结果可以看出，矿井内风流稳定性得分只有0.595，说明矿井通风稳定性差，需要重点提高通风系统的稳定性，以提高整个矿井通风系统的安全性。

3 矿井通风系统安全优化

3.1 通风模式优化

矿井通风系统的通风模式根据风机的设置方式不同可以分为压入式、抽出式、抽压混合式三种。在实际应用中，应该根据矿井的实际开采深度、瓦斯涌出量等因素合理选用通风模式。现阶段，我国大部分井工开采煤矿均使用抽出式通风模式。如某矿井因为当前通风系统无法提供足够的风量，且进风巷道、回风巷道断面较小，导致井巷阻力较大。因此，需要对该煤矿通风模式进行优化，选用抽压混合式通风模式以满足风量需求。

3.2 调节通风量

通过优化矿井各个区域的风量，有效确保矿井生产过程中各个区域，各个时间的用风需求。随着矿井深度和开采量的持续增加，风阻也会持续增大，如果现有通风系统无法提供足量的风，就应该及时优化矿井通风系统，设立必要的辅助通风设备，确保矿井下的通风需求。

3.3 降低通风阻力

矿井的通风阻力与通风距离、风量以及矿井巷道结构有关，因此，我们应该对这些参数进行分析，找到降低通风阻力的方法，以确保通风系统运行良好。如某个矿井中，风硐、副斜井长280.5m，通风阻力为621.14Pa，占矿井整体通风阻力的为33．4%，为了降低通风阻力，可以因此设置新的回风立井，缩短通风距离，从而有效降低风阻[6,7]。

3.4 合理配置通风设施

在构建矿井通风系统的过程中，合理选择并设置通风设施非常重要，决定了系统的整体运行效能。矿井通风系统常用的通风设施包括风门、风桥、风窗、风挡等。在系统运行时，应该定期检查，确保通风设施运转正常，保证矿井通风系统处于良好运行状态，从而有效避免安全事故的发生。例如，某矿井通风系统选用的时离心式风机，已无法满足矿井生产时的通风需求，因此，可以考虑选用防爆对旋轴流式风机，增加风量，满足通风需求。

4 结语

综上所述，在矿井生产过程中，通风系统起到保证生产安全、节约生产成本的重要作用，而矿井生产获得的变化会影响到通风系统的稳定性，对矿井生产安全带来不利影响。因此，通风系统的安全评价与优化是矿井生产安全管理工作的重要组成部分。近些年来，我国矿井通风系统安全评价与优化获得较大进展，但还是没有完全解决矿井通风系统的安全问题。因此，在矿井工程设计或开采阶段都必须重视通风系统的安全评价与优化，全面准确地评估通风系统的安全状况，并对通风系统进行持续优化调节，选用科学合理的通风系统方案，确保通风系统的运行状态始终良好，满足矿井生产通风需求和安全标准，为煤矿安全稳定生产提供有效保障。