矿井通风技术（1）.doc

第一篇 矿井通风技术 第一章 概述 矿井通风是矿井安全生产的基本保障。矿井通风借助于机械或自然动力，向井下各用风点输送适量的新鲜空气，保障人员呼吸，稀释和排出各种有害气体和浮尘，降低环境温度，创造良好的气候和环境条件；并在发生灾变时能够根据撤人救灾的需要调节和控制风流流动路线，用于保障人员撤退和救护抢险的安全。 80年代以来，随着煤矿机械化水平的提高，采煤方法和巷道布置及支护的改革，电子和计算机技术的发展，我国矿井通风技术有了长足的进步。通风管理日益规范化、系列化、制度化，通风新技术和新装备愈来愈多地投入应用，以低耗、高效、安全为准则的通风系统优化改造在许多煤矿得以实施，使矿井通风更好地为高产、高效、安全的集约化生产提高安全保障。 第一节 矿井通风系统的优化改造 矿井通风系统是向矿井各用风点供给新鲜空气、排出污风的通风方式进\回风井的布置方式中央式、对角式、混合式，主要通风机的工作方法（抽出式、压入式、抽压混合式），通风网络（风流流动巷道的组合）和风流控制设施（局部通风机、风门、风桥、风障等）的总称。 近年来，为适应综合机械化采煤的要求，原煤炭工业部在总结建设经验、借鉴国外先进技术的基础上于1984颁发了关于改革矿井开拓部署的若干技术规定，作为新井建设、生产矿井技术改造和开拓延深的依据。为适应生产集中化，开采深度增加、瓦斯涌出量大的情况，以“针对现实、着眼长远、因地制宜、对症下药、综合治理、节能增风”为指导思想，对数百座国有煤矿进行通风系统优化改造，配合一批有条件的生产矿井通过合并井田、扩大开采范围、增加储量进行改扩建的任务。 这类通风系统优化改造主要表现在以下几个方面 一、通风方式的改造 根据矿井的特点和需要、把中央式通风演变为中央对角式混合通风系统。为适应综采集约化生产使工作面单产超过1Mt/a的要求。矿井采用分区域开拓，因此，形成区域式通风系统，每个区域均有一组进、回风井，各个区域相对独立的通风技术。具有通风线路短、风阻小、区域间干扰小、安全性好，便于选择主要通风机的特点，提高了矿井的通风能力和抗灾能力，适用于特大型矿井或因地质条件须把井田划为若干独立生产区域的矿井。总之，新建大型矿井通风系统以对角式、区域式为主，改扩建的生产矿井以混合式为主，表1-1-1-1表示我国各类通风系统分布状况。 表1-1-1-1 我国大型煤矿通风方式 项目 通风方式 矿井数（个） 所占百分比（） 备注 中央并列式 119 19．01 1994年统计 中央分列式 116 18．52 对角式 101 16．13 分区式（包括区域式） 31 4．95 混合式 137 21．90 其它 122 19．49 总计 626 100 二．主要通风机的经济运行 （一）为适应通风系统的变化和生产集约化的要求，80年代以来，相继出现2K60系列和GAF系列的轴流式风机和G40-73与K4-73系列的离心式风机；90年代，依托于国家“八五”科技攻关项目，研制出FD型的对旋式风机。该系列风机具有能耗低、效率高的特点。因而迅速在我国煤矿推广。在煤炭部九五攻关项目中，研制出无驼峰式轴流风机，增大了合理工作区域。 （二）研制出离心式风机的调速装置如可控硅调速，液力偶合器和变频调速装置。 （三）加强了通风机及其附属装置管理，减少风硐、风机内部和扩散塔的阻力损失和漏风，提高了通风机运行效率。在生产矿井进行老、旧风机的运行状态改造，主要查出通风机特性与通风网络风阻特性匹配差，主要通风机选型偏大，风机转速偏高，电机容量偏大，使风机长期处于低效区运行等问题，并进行改造，提出一整套风机经济运行的办法，对老、旧风机进行多种方法的技术改造，如采取更换机芯、改造叶轮和叶片等办法提高风机运行效率。 三．采区通风系统优化布置 改革采区和工作面的通风布置，能有效提高通风能力和排除瓦斯效果。随着集约化生产和矿井向深部发展，采区和采煤工作面的绝对瓦斯涌出量剧增，要求采区和采煤工作面的通风能力迅速增大。在采区的通风系统布置方面，出现了3条上山的布置方式，采区内有了独立的进风和回风上山，有利于采区内采煤工作面和掘进工作面的独立通风，提高了采区的通风能力和风流的稳定性，为保证采区的局部反风和作业人员的安全脱险，提供了有利条件。在采煤工作面的通风布置方面，在常规的U型通风布置的基础上，提出了U十L型方式或称尾巷布置方式，改变了采空区的流场分布，较有效地防止了采煤工作面上隅角瓦斯积聚，加强了采空区瓦斯的排放。为了防止尾巷瓦斯超限问题，又提出和采用了Y型的通风布置方式，单独供应新鲜风流直接稀释采空区涌出的瓦斯。此外还应用W型和Z型等布置方式，在适当条件下均取得了较理想的通风效果，大大地改善了采煤工作面的通风条件，保证了安全回采。 四．通风设施 为适应矿井灾变时期，风流控制的需要，研制出能从地面利用矿井环境监控系统或远程控制系统操纵井下主要风门的自动风门，解决了灾变时期，在矿工和救护人员难以到达区域和烟流入侵区域按救灾要求开启风门的难题。 第二节 矿井通风装备和仪器仪表的改善 一、矿井环境监测系统 20世纪80年代以来，原煤炭工业部投入大量经费，在全国大中型矿井大范围地建立起矿井环境监测、监控系统。通过对重点区域的通风参数和有害气体浓度的连续监测，对于及时连续了解通风系统的变化，发现事故隐患，灾变预警和救灾工作有重要意义。在实践应用中，对提高矿井安全生产水平和抗灾能力发挥了重要作用。 二、掘进通风装备系列化 掘进巷道的通风受环境条件和生产影响大，其可靠性差，常由于局部通风机的停电停风和风筒的破损造成掘进巷道内无风或风量不足而引起瓦斯积聚，是瓦斯爆炸的多发地区。为了对掘进工作面进行有效地通风，保证局部通风机的连续运转，开发了新型局部通风机，包括高效节能的FD、FDⅡ、KDZ型对旋式局部通风机无摩擦火花型FSD系列，和安全摩擦火花型FDC系列局部通风机等。在低瓦斯矿井普遍实现了采煤工作面与掘进工作面分别供电、局部通风机实行风电闭锁；在高瓦斯矿井和突出矿井，实现了以局部通风机供电“三专两闭锁”为主的掘进安全技术装备系列化，确保了局部通风机的可靠运转和掘进巷道的稳定通风。从1988年开始系列化装备以来，到1993年的5年时间内，国有重点煤矿的瓦斯超限次数下降了33．2％，提高了掘进工作面的安全条件。 三、通风仪器、仪表 随着电子技术和计算机技术的发展，各种类型的环境监测、监控系统，新型的具有多参数检测功能和智能化的气体浓度通风参数检测仪器仪表已应用于日常通风监测工作。 第三节 矿井通风新技术 一、均压通风技术的发展 20世纪60年代以来，均压通风技术在控制采空区或火区漏风和自燃方面得到较广泛的应用，取得较显著的效果。其主要的优点是在不停产、不封闭的条件下，减少漏风和瓦斯涌出，抑制自燃、提高生产的安全性。但在一些应用实践中，因对均压对相关区域的影响，环境条件变化的影响分析不够。也出现一些问题，如均压效果不佳，部分采空区自燃控制效果不好，在有煤层群的矿井，自燃由自燃煤层向其它煤层转移，甚至引发瓦斯爆炸事故。均压通风的多年应用实践的经验和教训显示，均压通风技术的应用必须注意加强管理，注意分析均压措施对相关区域的影响。 近年来，主要研究各类均压通风方法对不同井下条件的适应性，并配合均压通风技术，开发配套的均压监测，漏风通道检查，新型阻漏材料、阻漏方法以及均压自动调节等方面技术，提高了均压通风在采空区和火区用于减少漏风，防止自燃的实践应用效果。 二．可控循环风 可控循环风技术在20世纪80年代引入我国。可控循环风即有计划地使生产区域部份回风返回该区域的进风流中，同时对通过该区空气的质和量进行监控，并采取相应的安全措施，以保证在正常和异常情况下，确保符合煤矿安全规程对风流质量的要求。 应当指出，循环风是事故重大隐患之一，煤矿安全规程明令禁止。可控循环风尽管采取相应的安全措施，对空气的质和量进行监控，在保证正常情况下的安全比较容易，要保证各类异常情况下（如突出，积聚瓦斯排放、瓦斯异常涌出等）的安全性难度很大，要求可靠的环境监控系统和严格、规范的安全措施，并得到认真落实。因此，可控循环风技术是一种严格控制使用的技术。即使不得不在矿井边远地区作为临时性措施，也必须慎用。 三．工作面下行风技术应用 下行通风的主要优点是降低工作面温度，进风流避开采区运输机巷，避免运输机巷机电设备散热增加进风流温度，从而降低工作面温度；缺点是回风风流流经运输机巷，机电设备管理难度加大，其安全性降低。 因此，下行风一般在瓦斯涌出量低，而地温高，机电设备多的矿井有所应用，但必须加强通风、瓦斯和机电设备防爆管理，用以保证下行风应用的安全性。根据2001年版的煤矿安全规程的规定，有煤（岩）和瓦斯（二氧化碳）突出危险的采煤工作面不得采用下行通风。 四．灾变通风技术 矿井发生火灾、爆炸事故时，为了保证撤人救灾安全，常常需要控制风流流向，避免灾变生成的有毒有害气体入侵人员撤退和救灾的线路，减少灾害影响范围和损失。 风流流向的控制往往是使某些巷道风流反向。根据灾变发生的位置和矿井系统的结构，选择局部反风或全矿反风的方式，要保证通风措施的顺利实施，近年来控风技术有下列改进，用以提高安全性和可靠性。 （1）控风方案的优化。应用矿井风流稳态和非稳态模拟技术，了解灾变 时期，风流流动状态的时空变化，并根据撤人救灾的需要，应用经验和定性分析方法，确定几种控风方案，再应用风流状态模拟技术，分析这几种控风方案的实施效果，选择可靠性强，控风措施少且便于实施的方案。这就是定性和定量分析结合的综合控风方法。这种方法既可以用于实时救灾决策，也可以预先进行，以便制定行之有效的灾变预防处理计划。 （2）提高控风措施实施的可靠性。研制出分别由地面监控系统、井下遥控系统控制的自动风门。用于在无人工作区域，或烟流威胁区域的主要控风点。 （3）尽可能减少因反风造成的负面影响。灾变时期，风流反向，在保证井下大部分人员安全撤退及救灾的同时，风流可能对原位于进风区的少数人员造成威胁。因此，正确的控风方案是既保证人员的安全撤退及救灾，又要尽可能保证因风流反向受到烟流威胁区域的人员的安全撤退，其中包括安全技术教育，控风设施的维护，正确的反风程序及各区域人员撤退程序的规定，信息、信号系统保障等措施的制定和实施。 五．矿井热害治理 矿井热害随开采深度增加，井下机电设备的增加而日趋严重。矿井热害的处理一般采取降温技术，分为机械降温和通风降温。“六五”、“七五”期间我国在风温预测及通风降温方法研究取得重要进展。在新汶孙村矿和平顶山八矿等热害严重矿井建立了井下和地面集中制冷系统，。近年来主要是通过风流与巷道围岩的热交换计算技术的改进，使风流降温的热负载计算更加准确，从而优选制冷系统设备或通风降温方案。 第二章 矿井通风系统优化设计及可靠性评价 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 通风系统优化设计原则 矿井通风设计是矿井设计和建设的一个重要组成部分。通风设计的好坏关系到矿井在整个服务年限内的生产、效率及安全状况。对于新建矿井，在进行开拓、开采设计的同时，必须进行通风设计；生产矿井在扩建和水平延深时也要进行通风设计，以适应开拓和开采的需要，满足整个开采年限内各个时期的通风要求，保证各个时期的合理通风。 一．矿井通风系统设计原则和基本要求 矿井通风系统总的设计原则是系统简单，安全可靠和经济合理。具体应符合如下的一些基本要求 1每个矿井必须有完整的独立通风系统，禁止2个矿井间有联络通道；对现有矿井已有的联络通道应建2道永久性挡风墙予以隔绝，挡风墙的间距应不小于50m。 2矿井进风井口的位置必须布置在不受粉尘、灰土、有害和高温气体浸入的地方。一些地点如化工厂、矸石山、炉灰场，与进风口距离不得小于80m，而且不得设在进风井主导风向的上侧。装有主要通风机的井筒必须远离办公楼和居民住宅区100m以外，并位于主导风向的下侧。 3进、回风井之间和主要进、回风道之间的每个联络巷中，必须砌筑永久性挡风墙。需要使用的联络巷道，必须安设2道正向风门和2道反向风门，以防止反风时风流短路。 4每个生产水平和每个采区都必须布置单独的回风道，实行分区通风，将其回风流直接引入到总回风道或主要回风道中。 5矿井主要通风机的工作方式一般应采用抽出式通风。在地面有小窑塌陷区或山区回风井分散时，可采用压入式通风。主要通风机装置应装有2套同等能力的通风机和电机设备，一套工作、一套备用，并都应有完善的反风设施。 6根据矿井开拓系统选择合理的通风系统。要保证两翼和各采区间均衡生产，尽量避免单翼生产，以充分发挥各个系统的通风能力；通风网络结构要简单，尽量减少角联风道的布置，以保证风流的稳定。 二．通风设计内容与步骤 一个完整的通风设计应包括以下内容 1根据矿井的开拓布置，提出矿井通风系统布置方案，进行技术经济比较，选择最佳的通风系统。 2计算矿井的供风量。按煤矿安全规程和煤炭工业设计规范规定的供风标准和计算方法，按达产时期采煤、掘进、硐室和其它用风地点的用风要求，计算出各采区、各分区（或翼）和全矿的总风量。 3计算矿井通风总阻力。矿井各个通风系统的总阻力是选择矿井主要通风机设备的主要依据，也是衡量矿井通风能力大小的标准。对于服务年限不长（约10～20年）的小型矿井，应分别计算出达到设计产量时的通风容易和困难2个时期的最小和最大通风阻力；对于服务年限较长的大、中型矿井，应计算达到设计产量时在主要通风机服务期限内的容易和困难2个时期的最小和最大通风阻力。 4根据矿井容易和困难时期的总风量和总阻力选择矿井主要通风机设备。选择的风机应在高效稳定区工作，其最低效率不低于60％，最高风压点应不大于驼峰点风压的90％。 5计算矿井通风费用，包括通风设备、器材、仪表和设施的年折旧费和维修费，通风作业人员的年工资，以及通风机运转的年电费，计算出总的通风费用后再计算出吨煤通风费用。 6编制矿井通风设计说明书。说明书应包括矿井地质与瓦斯资料，确定的矿井和各水平的通风系统、通风方式以及后期的通风系统和通风方式，并绘制出投产时期和达产时期的通风系统图、网络图和立体图。 三．矿井通风系统优化 矿井通风的优化问题主要是通风系统的优化。选择好矿井通风系统是关系到整个矿井的安全条件和正常生产的重要问题。主要内容是如何合理选择通风系统及评判通风系统的优劣。 一旦某一通风系统确定，应该对该通风系统的优劣进行适当的评判，根据评判结果对通风系统进行优化选择。评价内容包括评价指标、各评价指标权值和评价方法的确定。 1、矿井通风系统的评判指标。对通风系统优化评定，其指标可归纳为三个方面，再细分若干子指标（如图1-2-2-1）。其中子指标可根据对通风系统分析的要求不同进行添减。 2、矿井通风系统评判指标的权值及其确定。所有评判指标包括定量和定性指标，各自对通风系统影响的重要程度也不相同。为了能确切反映出各评判指标对矿井通风系统影响的重要程度，可对评判指标赋予一定的数量值，表示其对通风系统的重要性程度，这个数量值即为“重要性系数”或“权值”。 矿井通风系统指标 安全可靠 经济合理 技术可行 矿井风量 矿井风压 矿井风量 供需比 吨煤供电量 矿井等积孔 矿井通风方式 主要通风机功率 主要通风机效率 吨煤主要通风机 电耗 吨煤通风电费 风机运转稳定性 用风地点风流稳定 矿井抗灾能力 图1-2-2-1 矿井通风系统评判指标层次图 确定指标“权值”有两种方法 1）均值法，即由一批有经验的专家，对每个指标的权值评分，并计算出各位专家对每个指标评分的平均值作为每个指标的权值。根据此法变化而来的还有统计值法、改进型专家调查法。这一方法的优点是权值确定直接简单；其缺点是，当评价指数较多时，专家难以把握各指标间的细微差别，而较难准确地对指标给出正确的权值。 2）按相对重要性序列的矩阵法，即通过对评价对象的所有指标比较分析，对评价指标进行排序，然后作定量转化，最后求出评价指标权值。 目前通风系统众多的评价法中，正如图l-2-3-1所示，为了要从整体上反应通风系统的本质，引入了众多的指标，这些指标的“权值”是不变的。而对于某一具体的通风系统，当其中某一至二个指标的“权值”因特殊情况变得非常重要时，对评价对象的评价结果可能出现偏差，其原因是因为评价指标太多，使处于特殊情况下的少数指标的重要度被中和，失去了评价的公正性，所以“权值”应根据时空的改变而变化，在不同条件下取不同的“权值”。变权反映了指标的本质属性，解决了因指标过多而引起的不合理现象。 3、优化通风系统的评判方法。对于用评判指标及其权值评判通风优化方案，常用的有3种评判方法，即多目标决策法、模糊综合评判法和层次分析法 1）多目标决策法。即利用专家的集体智慧和综合分析能力，以“权值”和“评价值”的形式，对各个通风系统方案的各类指标进行直观判断与分析，计算出每个方案中各个指标的评价值Ei和其权值Wi，计算出各个指标的积分值EiWi，最后求和计算出每个方案的总积分值Mj，选取Mj值最高者为最优通风方案。 2）模糊综合评判法。由于不同的专家对一些指标的权值的认定，存在一定的模糊性、随即性，而且还涉及心理因素，精确表述较为困难，不同专家给出的权值可能存在较大差异，仅给出一个大致的范围和评价模糊语，这样就可应用模糊数学理论进行综合评定，先确定各个评判指标的权值，然后计算出每个评判指标在各个方案中的隶属度即rij，并建立每个指标的评判矩阵，最后按隶属度大小确定最优方案。 3）层次分析评判法。即把各个通风方案分解为有序的递阶层次结构，通过对每一层次的比率标度，构成判断矩阵，并计算出其矩阵的最大特征根和相应的特征向量，再计算出每一层次指标对上一层次指标的相对重要性权值和排序，最后根据计算出的层次总排序，确定最优方案。 通风系统优化，最重要的是选择能确切反映优化方案的评判指标、合理确定每个指标在优化方案中的重要度。 第三节 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1-2-3-1所示。 表1-2-3-1 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 0 525 50 采掘面粉尘检测点 作业地点最高气温 d9 ℃ 26/30 26/30 30/34 采掘面/机电硐室 采掘面瓦斯超限频率 d10 次/日 0 13 4 采掘工作面串联通风发生率 d11 次/面 0 1 2 用风区风流不稳定的角联分支数 d12 条 0 1 矿井通风网络独立回路数 d13 个 50 100 150 矿井通风网络角联分支数 d14 条 20 30 35 矿井通风等积孔 d15 m2 Amax Amin 各风井系统 矿井回风段阻力百分比 d16 35 40 45 各风井系统 公共段阻力与最小系统阻力百分比 d17 20 30 35 全矿井通风系统 最大与最小风井系统阻力比 d18 1.3 1.5 2 全矿井通风系统 通风设施质量合格度 d19 95 90 80 全矿井通风设施 矿井有效风量率 d20 85 80 75 全矿井 矿井风网调节合理度 d21 1 1.25 1.5 同上 千米巷道通风设施数 d22 道/km 3 7 10 同上 主要通风机喘振发生率 d23 次/年 0 1 各主要通风机 矿井外部漏风率 d24 5/10 10/15 20/25 无提升/有提升 拖动电机负荷率 d25 70 60 50 各主要通风机 主要通风机装置效率 d26 70 65 60 同上 主要通风机能力备用系数 d27 1.2 1 同上 局部通风机无计划停电停风故障率 d28 次/月 0 1 全矿局部通风机 局部通风机安全装备达标率 d29 1 1 同上 防灾设施质量合格度 d30 分 99 95 90 所有防灾设施 避灾路线通行时间 d31 min 30 40 50 作业地点避灾路线 避难硐室装备达标率 d32 95 90 80 所有避难硐室 反风系统反风合格度 d33 1 0 所有反风系统 均压系统合格度 d34 分 1 0.5 0 所有均压系统 井下通风安全状况漏检率 d35 0 1 5 井下安全监测系统 矿井通风安全监测系统故障率 d36 次 0 1 3 同上 表1-2-3-1中的矿井通风系统等积孔d15与矿井风量和阻力相关，是衡量矿井通风难易程度的指标。由于矿井风量与矿井产量、瓦斯涌出量和气候条件等因素有关，当矿井通风网络拓扑结构和巷道风阻特性确定后，矿井通风阻力就取决于矿井风量的分配。 矿井通风系统安全可靠性评价的指标体系，按属性可分为定性指标与定量指标两大类。其中定性指标如均压系统合格度等。定量指标包含了连续型和离散型两种。连续型指标如测量数据误差、用风地点风量供需比、回风段阻力百分比、通风等积孔、有效风量率、风机效率、电机负荷率、外部漏风率等。离散型指标如风机喘振发生率、局部通风机无计划停电停风故障发生率、瓦斯超限频率、角联分支数、独立回路数等。按指标值趋向的好坏，可分为越大越好、越小越好和越趋于某一范围值越好的三类指标，取值越大越好的指标有合格率指标、通风等积孔、有效风量率、风机效率、电机负荷率、装备达标率等。越小越好的指标有测定误差、有毒有害气体与粉尘污染度、最高气温、瓦斯超限频率、串联通风发生率、角联分支数、独立回路数、回风段阻力比、公共段阻力与最小系统阻力百分比、外部漏风率、主要通风机喘振发生率等。越趋于某一范围值越好的指标有用风地点风量供需比和主要通风机能力备用系数。 第四节 矿井通风系统安全可靠性评价指标重要性程度分析 矿井通风系统安全可靠性评价是一个由其相互关联和相互制约的一系列定量与定性因素所构成的复杂系统的决策问题。因此可以采用层次分析法The Analytic Hierarchy Process，以下简称AHP，把一个复杂问题表示为有序的递阶层次模型结构，如图1-3-4-1所示。 通过人们的比较判断，对各个因素指标的重要性进行排序，从而确定出相对权重系数。 在排序计算中，每一层次的因素相对上一层次某一因素的单排序问题又可简化为一系列成为对因素的判断比较。为了将比较判断定量化，层次分析法引入1-9比率标度法（见表1-2-4-1），并写成矩阵形式，即构成所谓的判断矩阵。形成判断矩阵后，即可通过计算判断矩阵的最大特征根及其对应的特征向量，计算出某一层元素相对于上一层某一元素的相对重要性权值。这样，依次由上而下计算出最底层因素相对于最高层的相对重要性权值或相对优劣次序的排序值。 表1-2-4-1 1-9比率标度及其含义 标 度 含 义 1 表示两个因素相比，具有同样的重要性 3 表示两个因素相比，一个因素比另一个因素稍微重要 5 表示两个因素相比，一个因素比另一个因素明显重要 7 表示两个因素相比，一个因素比另一个因素强烈重要 9 表示两个因素相比，一个因素比另一个因素极端重要 2，4，6，8 表示上述两相邻判断的中值 求解判断矩阵的最大特征根及其特征向量采用幂法。其计算步骤如下 1 任取与判断矩阵R同阶的正规化初值向量B0 ； 2 计算； 3 进行归一化处理，令，计算 4 对于预先给定的精度，当 则为所求的特征向量，转入5；否则返回2。 5 计算判断矩阵最大特阵根 按照上述算法，编制层次分析法计算机软件，计算出各分层权重分配值，如图1-2-4-1中数值所示。 矿井通风系统等积孔d15 0.391677 矿井回风段阻力百分比d16 0.367617 公共段阻与最小系统阻力百分比d17 0.10354 最大与最小系统阻力百分比d18 0.137167 通风设施质量合格率d19 0.398217 矿井有效风量率d20 0.351574 矿井风网调节合理度d21 0.132883 千米巷道通风设施数d22 0.117326 主要通风机喘振发生率d23 0.402311 矿井外部漏风率d24 0.060589 拖动电机负荷率d25 0.094985 主要通风机装置运行效率d26 0.155074 主要通风机能力备用系数d27 0.287041 局部通风机无计划停电停风故障率d28 0.5 井下局部通风机安全装备达标率d29 0.5 防灾设施质量合格率d30 0.310791 避灾路线通行时间d31 0.221349 避难硐室装备达标率d32 0.156968 反风系统反风合格度d33 0.221349 均压系统均压合格度d34 0.089542 井下通风安全状况漏检率d35 0.666667 矿井通风安全监测系统故障率d36 0.333333 图1-2-4-1 矿井通风系统安全可靠性指标层次结构模型及其权重分配 矿井风网阻力测定误差d1 0.205095 主要通风机性能测定误差d2 0.023943 矿井瓦斯涌出量预测误差d3 0.365113 矿井气温预测误差d4 0.072457 矿井风网解算误差d5 0.117904 用风地点风量供需比d6 0.370346 井下风流最高污染度d7 0.162220 采掘面浮尘最大超标率d8 0.076755 井下作业地点最高气温d9 0.039154 采掘面瓦斯超限频率d10 0.351525 采掘面串联通风发生率d11 0.342331 用风区风流不稳定角联分支数d12 0.36338 矿井风网独立回路数d13 0.107932 矿井风网角联分支数d14 0.186356 原始数据与计算方法可靠性C1 风量与风质合格度C2 通风网络结构合理性C3 通风网络阻力分布合理性C4 通风设施质量与分布合理性C5 主要通风机装置运行合理性C6 局部通风机运行可靠性C7 矿井通风防灾救灾系统可靠性B2 C8 矿井安全监测系统可靠性B3 C9 日常矿井通风系统可靠性B1 矿井通风系统安全可靠性A 0.08795 0.18411 0.141409 0.18411 0.148035 0.159615 0.094772 1 1 0.148815 0.065794 0.785391 1 总目 子目标 子目标层C 指标层D 标层A 层B 第五节 矿井通风系统安全可靠性综合评价 矿井通风系统是一个复杂、动态的系统，受到众多、复杂的内外因素影响，其安全可靠性评价属于多因素综合评价问题。传统的评价方法有总分法和加权平均法，这些方法是针对能够给予明确判断、精确描述的经典问题提出的，其特点是评价分级界限分明，评价结果单一绝对化，容易掩盖一些重要的信息。因此，宜采用模糊隶属函数来定量地描述评价指标的分级界限，并采用多层次模糊综合评价法，来对矿井通风系统安全可靠性进行综合评价。 一、 模糊综合评价模型及其计算方法 根据矿井通风系统可靠性层次结构模型，以及单指标多对象的特点，将其分成四级进行综合评价。第一级为D层指标对各自所含评价对象的综合评价；第二级为C层9个子目标集对各自所含指标的综合评价、第三级为B层3个子目标集对各自所含子目标的综合评价，第四级为总目标层A对所含3个子目标的综合评价。 （一）单指标多对象综合评价的计算方法 由于各指标所含的评价对象一般有多个，而不同的评价对象其重要性程度大小不同，因此，根据指标的意义和其所涉及的评价对象，建立相应的评价对象权重系数，如表1-2-5-1所示。 表1-2-5-1 评价对象权重系数表 评价对象名称 权重系数 评价对象名称 权重系数 全矿井 1 永久通风设施 0.7 某一风井系统 1 临时通风设施 0.3 采掘工作面 0.35 永久密闭 0.2 备用工作面 0.25 临时密闭 0.1 炸药库 0.2 防火通道风门 0.2 机电硐室 0.15 防爆门 0.1 其它巷道 0.05 隔爆设施 0.1 反风设施 0.15 均压设施 0.15 假设某指标所包含的评价对象有n个，其评价对象的权矩阵为W（w1，w2，，wn），按该指标的隶属函数式，针对不同对象的指标测值，分别计算三个级别的隶属度值，然后再进行同级求和 并对其进行归一化处理，从而形成一个评判向量 获得单指标多对象的综合评价结果后，就可进行下面的第二、第三和第四层的综合评价。 二 把指标因素集D按上述层次结构分为9个子集，记为 D { C1,C2,,C9 } Ci { di1,di2,,di k i } i1,2,,9 式中Ci 含有ki个指标因素，D中共含有36个指标因素。即 三 根据可能做出的评判结果，建立评价集，记为 四 对每个Ci中的ki个指标因素进行综合评价，设Ci的指标因素权重矩阵为WC i ，Ci的模糊评判矩阵为Ri，经模糊合成运算和归一化处理后，可得C层次综合评价结果 五 把C1,C2,,C9的综合评价结果作为9个单因素评判矩阵，设Bi含kj个子目标，其权重矩阵为，模糊评判矩阵为，经模糊合成运算和归一化处理后，可得B层次综合评价结果 六 把B1，B2，B3的综合评价结果再作为3个单因素评判矩阵