金属矿山通风系统安全性综合评价.pdf

第19卷第4期 2010年4月 中 国 矿 业 CHINA MININGMAGAZINE Vol119 , No14 April 2010 金属矿山通风系统安全性综合评价 张秀华,王李管,冯兴隆 中南大学资源与安全工程学院,湖南 长沙410083 摘 要针对金属矿山通风系统的特点,从安全的角度出发,选取金属矿山通风系统中的13个指标 构成金属矿山通风系统安全评价指标体系。采用模糊数学的方法,构造了各个指标的隶属函数,将矿山 通风系统中存在模糊性评价语,转化为数值的形式。将矿山通风系统的实测数据代入可以得到各个指标 的隶属度。给出了各个指标的权重值的计算方法。构造模糊综合评价模型,对其结果进行整理得出百分 制评价分值,并将评价得分分级给出各级的评价结论。判断矿井通风系统的安全程度,为管理者提供决 策依据。 关键词矿井通风系统;安全性;模糊综合评价 中图分类号 TD724 文献标识码 A 文章编号 1004 - 4051 2010 04 - 0093 - 04 Fuzzy integrated uation for safety of metal mine ventilation system ZHANG Xiu2hua , WANGLi2guan , FENG Xing2long School of Resources safety; fuzzy comprehension uation 收稿日期 2009 - 11 - 17 基金项目国家自然科学基金青年基金50908128 作者简介张秀华1984 - ,女,河北邢台人,硕士研究生,安 全工程专业,数字化矿山研究方向。 矿井通风系统的基本任务是利用通风动力向 井下各用风地点提供足量的新鲜空气,稀释并排 除各种有毒有害气体和粉尘,调节气候,确保工 作地点的空气质量,营造一个安全舒适的作业环 境[1]。完善的矿井通风系统可以及时排除有毒有害 气体,防止其对人体造成危害,并且可以改善井 下的温度、湿度等气候条件,在可能发生火灾等 事故的情况下防止事故的发生。在火灾情况下, 通过改变通风状态,为井下工人提供避灾路线, 减少人员伤亡。由此可见,矿井通风系统的完善 性直接影响着矿工的安全和健康,矿山的安全生 产。而近年来,由矿井通风系统不完善造成的矿 井灾害事故时有发生。所以应努力提高矿井通风 系统的安全性,以提高对事故的抵御能力。因此, 做好矿山通风系统的安全评价工作对矿山的安全 生产具有重要意义。 目前,矿井通风系统的安全评价方法有多种, 这些评价方法各有其优点,但针对矿山通风系统 评价语言的模糊性,模糊数学表现出其极大的适 应性,模糊综合评价方法实现了定性和定量的有 效结合,解决判断的模糊性和不确定性。使得评 价结果更加客观。 1 矿山通风系统评价指标体系及隶属度的建立 111 评价指标体系的建立 评价指标体系是评价的基础和关键,评价指 标体系的合理与否直接影响评价结果的准确性。 中 国 矿 业第19卷 评价指标体系应能够全面反映矿井通风系统的状 况,并且指标间应避免重复。为保证评价能够客 观、实际的反映矿井通风系统的安全状况,选取 评价指标时从安全的角度出发,对矿山通风系统 进行分析。在充分考虑通风系统的基本功能和防 救灾功能后,将矿井通风系统分为通风系统环境、 通风设备、通风安全管理、通风防救灾系统4个方 面,从中选取13个评价指标作为评价指标体系对 矿山通风系统进行评价[2 ,3]。以“金属矿山通风系 统安全性”作为目标层,“通风系统环境” 、 “通风 设备” 、 “通风安全管理” 、 “通风防救灾系统”作 为基准层,以下13个指标作为指标层,具体评价 指标体系如表1。 表1 矿山通风系统安全性评价指标体系 基准层评价指标 通风系统环境 矿井风压 风量供需比 矿井风量合格率 风速合格率 作业环境微气候达标率 通风设备 通风调节设施合理性 局部通风设施的合格率 主要通风机的运转稳定性 通风安全管理 矿井通风安全监察 通风仪表的配置 通风防救灾系统 通风方式的合理性 防救灾设施的完善度 反风系统的灵活的 112 隶属函数的构建 矿井通风系统是一个复杂的多因素系统,用于 表示通风系统状态的参数具有非线性和时变性,并 不能用一个确定的值给出。人们关注的问题往往使 一些模糊性概念。基于此选取的指标值得“好”于 “坏”之间并没有严格的界限,它们之间存在一个过 渡状态。模糊数学恰为处理这类模糊问题提供了合 适的数学手段,用模糊数学中的隶属函数来刻画指 标值这一过渡状态,进而确定指标值对某个集合的 隶属程度,达到准确表达通风系统状态的目的。正 确确定隶属函数是利用模糊集合恰如其分的定量表 现模糊概念的基础。因此,在矿井通风系统评价指 标隶属函数构造时,应充分考虑各因素对矿井通风 系统的影响和其对井下作业的影响,根据安全规程 和经验确定各指标的隶属函数。 1矿井风压。矿井风压反映矿井风量和风 压合理匹配的程度,矿井风压越大,井下风量越 大,漏风率也越大,矿井通风管理越困难,矿井 通风阻力不合理是也会使矿井通风压力增大,其 隶属函数为 f11 1 H ≤h0 1- H - h0 H h0 式中h0为通风压力的阈值, Pa ,根据现场经验 用类比的方法获得h0 174195Qf 0142 ; Qf为通风机 的风量, m3/ s ,H为矿井实际通风压力, Pa[4]。 2矿井风量供需比。反映矿井风量的供需 关系,一般风量供需比在[1 , 112 ]间时较为合 理。最大不超过115 ,其隶属函数如下 f12 11≤k1≤112 5- 10 3 k1112 k1≤115 0k1115 式中k1为风量供需比k1Q/ Q0; Q为主扇实际 供风量m3/ s ,Q0为计算需风量m3/ s。 3矿井风量合格率。反映矿井各用风点的 风量状况。为使矿尘、有毒有害气体浓度、作业 点温度达到规程要求,用风点的风量要足够。 其隶属函数为f13 n1 N1 ,其中,n1为用风地点风量 满足要求的个数,N1为用风地点总数。 4风速合格率。一切用风点和有风流通过 的井巷中,风速必须符合安全规程的规定。 f14 0k2018 k2-018 0195-018 018≤k20195 1k2≥0195 式中k2n2/ N2, n2为风速满足要求的个数,N2 为用风点和风流巷道的总数。 5作业环境微气候达标率。作业点的空气 温度,粉尘浓度,有毒有害气体的含量应满足安 全规程的规定,其隶属函数为f15 n3 N3 , n3为作业 环境微气候合格的工作地点个数,N3为总的工作 地点个数。 6主要通风机的运转稳定性。主要通风机 承担整个矿井或是一翼的通风任务,其运转稳定 性对整个矿井通风系统的安全具有决定性影响。 f21 0 k 3≥019或k3≤012 k3-012 013 012≤k3≤015 1015≤k3≤019 式中k3为风机运转稳定性系数,k3H/ Hmax, H为矿井实际通风压力, Pa ;Hmax为主要通风机 最大通风压力, Pa。 7调节设施的合理性。用于调节风量的风 49 第4期张秀华等金属矿山通风系统安全性综合评价 门、风窗越多,通风系统的稳定性就越差,因此 调节设施的安装应合理并且应尽量减少通风系统 中调节设施的数量。其计算可用经验公式f22 1 - 013a1 012a2 011a3 b 。式中a1为总回风巷中 调节风窗数; a2为采区回风巷中调节风窗数; a3为 回采工作面的调节风窗数;b为回采工作面个数。 8局部通风设施的合格率。局扇及辅助通 风设施应处于良好的工作状态,其计算公式f23 n4 N4 , n4为局部通风设施处于良好工作状态且设置合 格的个数;N4为矿井中总的局部通风设施的个数。 9通风系统安全监测。通风安全监测包括 两方面内容,一是通风设备设施的状态参量监测, 另一是主要通风参数和气体浓度等数据参量的监 测。通过监测可以掌握矿井通风的状况,及时发 现存在的问题,以便采取措施,防治灾害的发生。 通风系统监测情况可用监察结果资料的完整情况 考察。其隶属函数可用表2表示。 表2 通风系统安全监测隶属度 指标值完善不完善 隶属度f3110 10通风仪表的配备。通风仪器仪表的配备 的完善和完好是完成通风状况监测的必要条件。 依据通风仪表数量和完好度确定隶属度,数量满 足要求且完好度在95 以上认定该指标优秀赋 值1 ,数量严重不足或完好度低于80 认定该指 标不合格赋值0 ,其余类推赋值。 11通风方式的合理性。矿井的通风方式关 系着整个通风系统是否有利于冲淡、排除有毒有 害气体,是否有利于防灭火,对于高温矿井来说 是否有利于降低空气温度[2]。该项指标属于定性指 标,评分标准如表3所示。 表3 通风方式评分表 评价得分k4 矿井类型 一般矿井突出矿井自然矿井高温矿井 通 风 方 式 中央并联式7331 中央对角式7753 对角式9975 分角式9997 混合式9999 通风方式的隶属函数为 f41 1k59 017k57 015k55 0k5n,首先计算判断矩阵的偏离一致性指标CI , CIλ max-n n- 1 。根据判断矩阵的阶数查表得到随机 一致性指标RI ,计算随机一致性比率CR ,CR CI RI 。若CR 0110 ,表5判断矩阵具有满意的一致 性,否则应对判断矩阵进行调整,并使之具有满 意的一致性[6]。判断矩阵的一致性通过后,得到各 指标的权重w {w1, w2,⋯, wn}。 表5 判断矩阵的平均随机一致性指标 阶数1234567891011 RI000152 0189 1112 1126 1136 1141 1146 11491152 由表4得到的判断矩阵和上述公式计算得特征 向量w {0119 ,0125 , 0131 , 0119 , 0106} ,λmax 5100076 , CI 5100076 - 5/ 5 - 1 0100019 , 通过查表计算可得CR 010016 011 ,判断矩阵 具有满意的一致性。同理可得其它因素的权重, 如下所示 矿井通风设施的权重 w {01625 , 0125 , 01125} 通风管理的权重 w {015 , 015} 防救灾系统的权重 w {0108 , 0123 , 0169} 基准层权重 w {0127 , 0136 , 0109 , 0127} 3 模糊综合评价 通过调查获得矿井通风系统的实际资料,将 数据代入隶属函数得到该指标的隶属度,再通过 计算得到各项指标的权值,然后对矿井的安全度 进行综合评价。矿井安全度计算公式F′ ∑ 4 i 1 Ni ∑ n i 1 fijwij,将评价结果换算成百分制F int F ′ 100 015。上述各项矿井通风安全性指标 均为1时,矿井通风系统的安全度为100 ,表示该 通风系统处于最佳安全状态。按照安全度的分值 大小,可将通风系统安全性分为4个等级,在实际 生产中针对不同等级采取不同措施[4],见表6。 表6 安全等级及评价结论 项目 安全等级 ABCD 评价得分F 10080 F≤10060 F≤80F 60 评价结论 整个矿井通 风系统安全 状况良好 较安全,存 在个别薄弱 环节需及时 整改排除 安全度中等, 存在较大安 全隐患,需 要采取防范 措施 危险,需进 行整改 4 结论 矿井通风系统评价指标值得合格与不合格之 间也没有明显的界限,通风系统的安全与不安全 之间并没有明显的界限,即在合格与不合格,安 全与不安全之间存在一个过渡状态。如何表达这 一过度状态,模糊综合评价方法引入“隶属度” 的概念,以数值的形式表达这一状态,使评价结 果量化、精确。对评价结果进行分级,针对不同 等级给出不同的评价结论。给管理者提供决策 依据。 综上所述,模糊综合评价对矿山通风系统安 全性的评价是非常适用的。 参考文献 [ 1 ] 采矿手册编委会.采矿手册,第六卷[ M].北京冶金工 业出版社, 1999. 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