矿井通风系统安全可靠性评价（03）.doc

第三章 矿井通风系统安全可靠性评价 第一节 概述 矿井通风系统是由通风动力及其装置、通风井巷网络和控制设施组成。矿井通风系统随着矿井生产的进行而不断地发生变化，采掘工作面的推进与接替；采区的准备、投产与结束；矿井开拓延伸等工程的不断进展，使通风系统在网络结构上随时间发生变化，也使影响通风系统正常运行的自然条件发生变化，网络结构的变化通常是可以被预见和规划的。此外，由于采矿活动的影响，通风巷道和通风设施的动力学老化，如巷道受压变形、冒顶、片帮、底鼓、断面缩小，风阻增大，风门、密闭漏风量增大；各种通风动力设备矿井主要通风机和局部通风机也因磨损、锈蚀，性能逐渐降低，寿命缩短。从而使通风系统运行参数发生变化，而且各种参数的变化是随机的。因此矿井通风系统严格意义上说是一个动态的、随机的系统。 矿井通风是一个运用多种技术手段输送、调度空气在井下流动，维护矿井正常生产和劳动安全的动态过程。在生产时期其任务是利用通风动力，以最经济的方式，向井下各用风地点供给质优量足的新鲜空气，保证工作人员的呼吸，稀释并排除瓦斯、粉尘等各种有害物质，降低热害，给井下工人创造良好的劳动环境；在发生灾变时，能有效、及时地控制风向及风量，并与其它措施结合，防止灾害的扩大，抢险救灾、最大限度地减少事故损失。人们将矿井通风系统实现上述任务的综合能力称为矿井通风系统的可靠性。 从剖析历次煤矿重大灾害事故发生及扩大的原因来看，都无不与矿井通风系统有着密切的关系。因此，建立一个能满足日常生产需风，保证风向稳定、风质合格，并在灾害时期又能保持通风动力设备运行可靠、稳定、能快速实现风流控制的通风系统是至关重要的。 第二节 矿井通风系统安全可靠性评价指标体系 矿井通风系统的发展过程一般要经历规划设计、施工、投产运行、发展变化、直到衰退老化，报废终止。因此它的可靠性首先取决于原始设计数据与计算方法的可靠性；当系统投入运行后，实际井下风量与风质参数的变化可以反映出系统设计阶段预测结果的可靠性以及实际系统运行的稳定性；影响矿井通风系统稳定性的主要因素包括通风网络、通风设施和通风动力装置三大部分，通风网络结构及其通风阻力分布合理性，通风设施质量和布置合理性，通风动力装置包括主要通风机装置（辅助通风机）和局部通风机运行可靠性。 矿井通风防灾救灾系统指为防止矿井重大事故发生、减少事故范围的扩大、降低事故损失和人员伤亡程度所建立的安全保障体系。它是保证矿井通风系统安全可靠性的重要措施。 矿井通风安全监测是检查矿井通风效果的必不可少的手段。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，防止灾害的发生。矿井通风监测的内容包括两方面，一是通风设备和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监测。状态参量监测有主要通风机、辅助通风机和局部通风机的开停，风门开关等判断；数量参量监测有O2、CH4、CO2、CO和粉尘等浓度测量，风速、温度、湿度和压力等的测量。 根据矿井通风系统的内涵与所涉及的范围，可以从许多不同的侧面提出反映该系统可靠性的指标。本着“能够确切地反映系统可靠性特征；具有独立明确的物理意义；避免用多种指标反映一个特征；符合科学、可测、可比、简明和可操作”的原则，将通风系统可靠性评价指标体系分为三大类第一类日常矿井通风系统可靠性B1，包括前7大项29小项指标；第二类矿井通风防灾救灾系统可靠性B2，包括5小项指标；第三类矿井安全监测系统可靠性B3，包括2小项指标。为了衡量各指标好坏，将评价等级分为“合格A、基本合格B和待整改C ”三个级别，通过大量调研、统计分析、理论研究，并参考有关技术规范、法规和经验总结，确定出各指标评价分级的界定范围值。如表1-3-2-1所示。 表1-3-2-1 矿井通风系统安全可靠性指标评价分级界定值 指标名称 编码 单位 UA UB UC 涉及范围 矿井风网阻力测定误差 d1 5 7 10 各风井系统 主要通风机性能测定误差 d2 5 7 10 各主要通风机 矿井瓦斯涌出量预测误差 d3 10 15 20 全矿井 矿井气温预测误差 d4 ℃ 1.5 2.0 3.0 采掘面 矿井风网解算误差 d5 5 7 10 全矿井 用风地点风量供需比 d6 11.2 1.3/1.5 1.5/2 采掘面/其它地点 风流最高污染度CO d71 0.0024 0.005 易发火检测地点 风流最高污染度CH4 d72 0.5 1.0 采掘面瓦斯检测点 风流最高污染度CO2 d73 0.5 1.5 采掘面瓦斯检测点 风流最高污染度O2 d74 20 17 采掘面浮尘浓度最大超标率 d8 1 525 50 采掘面粉尘检测点 作业地点最高气温 d9 ℃ RA/2时，则最终评价等级应下调至B级，否则保持不变为A级。 ③ 如果基本评价等级为B级，当RARB/2RC时，则最终评价等级应上调至A级；当RARB/2RC时，则应下调至C级；否则保持不变为B级。 第六节 评价软件设计 矿井基本情况 评价对象设定 指标基础数据 目标基础数据 指标测算数据 指标分类整理 存入整理结果 显示整理结果 基础数据 指标测算 一级菜单 二级菜单 一级菜单 二级菜单 第C层目标评价 第B层目标评价 第A层目标评价 存入评价结果 显示评价结果 目标评价 指标实测综合报表 指标评价综合报表 目标评价综合报表 报表打印 图1-3-6-1 MVSE系统主要菜单 矿井通风系统安全可靠性评价（简称MVSE）软件采用了结构化设计方法。本软件采用下拉式菜单，主要架构如图1-3-6-1所示。 系统数据库采用规范化设计原则。首先将系统安全可靠性评价所涉及的有关信息，按其相互关系和本身的稳定性，分为两大类一是在某一段时间内相对稳定或固定信息，如矿井基本情况、评价指标、评价对象和评价目标基础数据；另一是随时间经常变化的变动信息，如指标测算数据。每个数据库均满足第二或第三范式的条件，从而为合理、简便地管理数据库提供了可能。 除此之外，MVSE软件对数据输入编辑界面采用多窗口屏幕控制技术，使得数据输入和编辑操作在相应的窗口中灵活方便地进行，本系统可全面适应键盘或鼠标操作。输入窗口与浏览窗口的相互转换只需将鼠标移至该窗口中，并点击鼠标左键或相应的按钮即可实现。 例如，对指标测算数据输入编辑实现了多窗口控制。首先在日期输入屏中添加指标采样时间，矿井名称取决于事先在评价对象设定中的选择。添加一个日期的方式有两种可供选择一种是当该矿井无任何时间的历史数据时，只能采取直接添加方式；另一是当该矿井已有历史数据时则采取复制最近一个时间的数据添加方式，这样处理可以大大节省重复输入的工作量，只需作少量的修改、添加或删除。为节省输入日期的繁琐，系统提供一个日期选择窗口以添加不同的日期。 当添加一个日期后，按编辑钮，激活指标测算输入窗口，即可输入编辑该矿井该日期的指标测算数据。该窗口具有存入、放弃、添加、删除、向后、向前和计算的操作功能，其中添加新评价指标和新评价对象采取选择弹出式菜单方式进行，减少了重复输入，并对已存在的“指标对象”组给予添加屏蔽，而只能进行编辑修改。 当执行存入命令时，系统将根据指标测值，按指标基础数据库中给定的公式代码，自动计算A、B、C三级评价值。 第七节 评价软件的应用实例 根据矿井通风系统安全可靠性评价的要求，对某煤矿进行了详细的矿井通风系统安全可靠性调查分析，考查时间取1999年9月份，考查的对象有全矿井、东一、东二和西风井系统、采掘工作面、硐室、独立通风的巷道、主要风门、挡风墙、风窗、风桥、密闭墙、隔爆设施、避灾路线、反风系统等。采集获取了各指标针对各考查对象的实测数据，输入指标测算数据表中，并按指标基础表中事先建立的指标分级隶属函数公式编码由软件自行计算其分级隶属度值见表1-3-7-1。 表1-3-7-1 某矿井通风系统安全可靠性评价指标多对象测评结果部分汇总表 指标编码 指 标 名 称 评价对象 指标测值 评价A级 评价B级 评价C级 AB01C01D01 矿井风网阻力测定误差 东一风井系统 6.29000 0.355000 0.645000 AB01C01D01 矿井风网阻力测定误差 东二风井系统 14.80000 1.000000 AB01C01D02 矿井主要通风机测定误差 东一风井系统 10.00000 1.000000 AB01C01D02 矿井主要通风机测定误差 东二风井系统 15.00000 1.000000 AB01C02D01 用风地点风量供需比 7354综采面 1.00700 1.000000 AB01C02D01 用风地点风量供需比 7507工作面 1.05000 1.000000 AB01C02D022 井下风流甲烷最高浓度 东六总回 0.00000 1.000000 AB01C02D022 井下风流甲烷最高浓度 7515溜子道 0.00000 1.000000 AB01C02D03 井下采掘面浮尘浓度最大超标率 7354综采面 0.65000 1.000000 AB01C02D03 井下采掘面浮尘浓度最大超标率 7507工作面 187.55200 1.000000 AB01C02D041 井下采掘面最高气温℃ 7354综采面 26.50000 0.875000 0.125000 AB01C02D041 井下采掘面最高气温℃ 7507工作面 2600000 1.000000 AB01C03D011 低瓦斯采掘面串联通风发生率 全矿井 13.33000 1.000000 AB01C03D02 用风区风流不稳定角联分支数 全矿井 0.00000 1.000000 AB01C03D03 矿井风网独立回路数 全矿井 111.00000 0.780000 0.220000 AB01C03D04 矿井风网角联分支数 全矿井 12.00000 1.000000 AB01C04D01 矿井通风系统等积孔m2 东一风井 2.100000 1.000000 AB01C04D01 矿井通风系统等积孔m2 东二风井 2.50000 1.000000 AB01C04D02 矿井回风段阻力百分比 东一风井 61.95000 1.000000 AB01C04D02 矿井回风段阻力百分比 东二风井 33.30000 1.000000 AB01C04D03 公共段阻力与最小系统阻力的百分比 全矿井 24.30000 0.5700000 0.430000 AB01C04D04 最大与最小风井系统阻力比 全矿井 1.45000 0.250000 0.7500010 AB01C05D01 通风设施质量合格率 永久风门 100.00000 1.000000 AB01C05D01 通风设施质量合格率 调节风门 100.00000 1.000000 AB01C05D02 矿井有效风量率 全矿井 88.60000 1.000000 AB01C05D03 矿井风网调节合理度 全矿井 0.90000 1.000000 AB01C05D04 千米巷道通风设施数道/km 全矿井 0.78000 1.000000 AB01C06D01 主要通风机喘振发生率次/月 东一风井 0.00000 1.000000 AB01C06D01 主要通风机喘振发生率次/月 东二风井 0.00000 1.000000 AB01C06D021 矿井外部漏风率 东一风井 4.67590 1.000000 AB01C06D021 矿井外部漏风率 东二风井 4.80530 1.000000 AB01C06D03 主要通风机能力备用系数 东一风井 1.06645 0.332250 0.667750 AB01C06D03 主要通风机能力备用系数 东二风井 1.05634 0.281700 0.718300 AB01C06D04 主要通风机拖动电机负荷率 东一风井 90.90000 1.000000 AB01C06D04 主要通风机拖动电机负荷率 东二风井 73.00000 1.000000 AB01C06D05 主要通风机装置运行效率 东一风井 54.20000 1.000000 AB01C06D05 主要通风机装置运行效率 东二风井 41.60000 1.000000 AB01C07D01 局部通风机无计划停电停风故障率 全矿井 0.00000 1.000000 AB01C07D02 掘进面局部通风机安全装备达标率 7003溜子道 1.000000 1.00000 AB01C08D01 防灾设施质量合格率 防火门 100.00000 1.00000 AB01C08D01 防灾设施质量合格率 永久密闭 100.00000 1.00000 AB01C08D01 防灾设施质量合格率 防爆门 100.00000 1.00000 AB01C08D02 避灾路线通行时间min 7354工作面 25.00000 1.00000 AB01C08D02 避灾路线通行时间min 7507工作面 25.00000 1.00000 AB01C08D04 反风系统反风合格度 东一风井 1.00000 1.00000 AB01C08D04 反风系统反风合格度 东二风井 1.00000 1.00000 AB01C09D01 井下通风安全状况漏检率 全矿井 0.00000 1.00000 AB01C09D02 矿井安全监测系统故障率次/月 全矿井 0.00000 1.000000 根据上述每个单指标的多对象测评结果及各评价对象的权重分配，分别按加权平均型和突出主因素型两种算法进行单指标的多对象综合计算，得出该矿单指标的综合评价结果，然后再按上述两种综合评价算法，分三个层次进行综合评价，最后获得该矿综合评价结果见表1-3-7-2。 表1-3-7-2 某矿井通风系统安全可靠性综合评价结果汇总表 目标名称 目标权值 评价A级 评价B级 评价C级 加权平均 主因素突出 加权平均 主因素突出 加权平均 主因素突出 矿井通风系统安全可靠性 1.000000 0.519222 0.333333 0.231886 0.333333 0.248893 0.333333 日常矿井通风系统可靠性 0.785391 0.665793 0.333333 0.151895 0.333333 0.182312 0.333333 原始数据与计算方法可靠性 0.087950 0.276158 0.285358 0.131357 0.329721 0.592484 0.384920 风量与风质合格性 0.184110 0.779515 0.333333 0.156723 0.333333 0.063762 0.333333 通风网络结构合理性 0.141409 0.549737 0.446609 0.426518 0.420739 0.023745 0.132653 通风网络阻力分布合理性 0.184110 0.346407 0.344028 0.277956 0.311944 0.375637 0.344028 通风设施质量与分布合理性 0.148035 1.000000 1.000000 主要通风机装置运行合理性 0.159615 0.712134 0.582762 0.287866 0.417238 局部通风机运行可靠性 0.094772 1.000000 1.000000 矿井通风防灾救灾系统可靠性 0.148815 0.945004 0.500000 0.054996 0.500000 矿井通风防灾救灾系统可靠性 1.000000 0.945004 0.500000 0.054996 0.500000 矿井安全监测系统可靠性 0.065794 1.000000 1.000000 矿井安全监测系统可靠性 1.000000 1.000000 1.000000 由上述评价结果可以看出，按加权平均型算法评价，该矿最终评价结果的A级隶属度约为0.52，而“BC”级的隶属度已超过了A级的一半，故应下调一级为B级。按突出主因素算法，该矿最终评价结果三个评价等级均为0.333333，属基本合格B级。由此可见，两种评价计算方法的结果基本一致。根据该评价结果，应对矿井通风系统及时进行整改，从表1-3-7-1和表1-3-7-2中反映出的问题如下 （1）矿井通风网路阻力分布不太合理，待整改C级隶属度为34.4。其主要原因是东一风井回风路线长，阻力大，回风段阻力百分比为61.95。此外，从通风系统等积孔指标可以看出，东一风井通风难易程度为中等。 （2）主要通风机装置运行欠合理，隶属待整改C级占41.72。其主要原因是通风机装置效率偏低，东一风井54.2；东二风井41.6；其次是通风机能力备用系数较小，东一风井为1.066，东二风井为1.056，说明这两风井风机已接近满负荷运转，无备用能力而言，给矿井生产规模的扩大带来困难。 （3）矿井通风网络结构欠合理，合格程度约为44.67，基本合格和待整改共占55.33。其主要原因是矿井通风网络复杂，独立回路数有111个，角联分支有12条，造成矿井风网某些作业地点的风量调节困难。 （4）风量与风质欠合理，三级评价隶属度值均为33.33，其主要原因是有些掘进工作面风量过剩，而有些采煤工作面风量欠足。 （5）矿井通风防灾救灾系统可靠性不高，其主要原因是井下隔爆设施质量合格率不高。 本章小结 采用模糊数学和层次分析法原理，对矿井通风系统安全可靠性进行模糊综合评价，使过去一直凭经验和手算的评价变成了综合定量化的计算机评价。评价计算操作简单易行，可以实现动态定期和不定期评价。从而能够及时发现问题，提出针对性的安全整改措施。以便确保矿井通风