矿井通风系统评价

第六章矿井通风系统评价6.1 矿井通风系统评价的重要性和意义矿井是由多系统（提升运输系统、排水系统、通风系统等）密切配合而组成的复杂统一体，各系统之间相互制约，又相互关联。

矿井通风是其中的一个子系统，它既依附又制约于矿井生产主系统。

同时与开采煤层的地质赋存、自然条件、开拓开采方法等外部因素密切关联。

矿井通风系统是矿井通风动力及其装置、通风网络和通风控制设施的总称。

它反映了以各种技术手段输送、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；在矿井发生灾变时，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，进而消灭事故。

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。

此外，由于采矿活动的影响，通风巷道受压变形甚至冒顶、片帮、底鼓、断面缩小；通风设施受压变形，漏风量增大；各种通风动力设备（主、局部通风机）磨损、锈蚀性能逐渐衰退；矿井自然风压随时间的周期变化，矿车、人员的运行等等，从而使通风系统运行参数发生变化，而且各种参数变化具有随机性。

因此，从严格意义上说，矿井通风系统是一个动态的，随机的系统。

矿井通风系统具有一定的复杂性。

矿井通风系统的优劣，直接关系到矿井的安全生产和经济效益。

因此，需要对矿井通风系统的优劣做出正确合理的评价，在矿井通风系统的规划、设计施工和管理工作中都要予以充分的考虑。

设计好通风系统、施工好通风系统、管理好通风系统、改造好通风系统。

关于矿井通风系统的评价问题，人们已提出了许多种评价指标和方法，有单指标，也有综合指标，有打分法，也有层次分析法等。

由于我国煤矿众多，条件千差万别，目前的具体的各种指标和方法都有一定的欠缺之处，因此，如何正确地评价矿井通风系统仍是人们正在研究的一个重要课题。

6.2 矿井通风系统评价方法的研究发展与现状6.2.1单指标法90年代以前，人们一直沿用简单的单指标评价，常用的单指标有：（1）矿井等积孔A[1]计算式：A=1.19R hQ/19.1=（m 2） （6—1）式中：Q ——矿井总风量m3/sh ——矿井通风阻力Pa R ——矿井风阻N.S2/m8 对于单风机工作的矿井：A ＜1m 2（R ＞1.42NS2/m8）通风困难 A=1~2m 2（R=1.42~0.35）中等 A ＞2m 2（R ＜0.35＝通风容易此指标适应于单风机通风的矿井，目前还在沿用。

对于多风机工作矿井[2]： A=1.19()()i i i mQ h Q h Q ∑∑=2319.1总（m 2） （6—2）式中：Q 总=∑Qi 为各风井总风量之和m 3/s h m =iii Q Q h ∑∑，即各风机系统的通风阻力hi 和风量Qi 的乘积即通风功率，按风量的加权平均求出的阻力值（Pa ）。

多风机通风矿井的通风难易程度指标A 值，黄元平等人建议的评价界定值初步意见，见[1]表3—19。

存在问题：从式（6—2）可见，一个矿井采区越多，即分区通风风机台数越多，即Q 总越大，则A 值越大。

A=1.19i N III mi A A A A h Q ∑≈'++'+'=∑ 但实际情况是，对多风机矿井，A 值虽说较大，但不一定通风容易。

目前人们的观点是：对于多风机矿井，应按每台风机所单负的系统来分别计算各子系统的等积孔Ai ，来分别进行评价。

后来有人又提出了矿井有效等积孔Ae [3]： Ae=1.19⎪⎭⎫⎝⎛-1001e f l h Q （m 2） （6—3）式中：le ——矿井外部漏风率，%； （2）采煤工作面风量合格率Kq [3]：Kq=%100⨯nq G G （6—4）式中：Gq ——风量合格的采煤工作面数 Gn ——全矿井采煤工作面总数 （3）矿井线性风导C1[4]C1=AQ A h A h hA h Q 19.119.119.119.11⨯=== RQQ A 1706.02==（m3/S.Pa ） 认为：C1＞0.075时为大风导矿井（通风容易）C1=0.025~0.075中风导矿井（中等） C1＜0.025小风导矿井（通风困难） （4）风量供需比β： β=矿需Q Q f 要求：β=1~1.5 （6—6）（5）矿井有效风量率E ： E=fQ Q 有效×100% 要求：E ≥85% （6—7）（6）主要通风机装置的综合效率η[5]： η=ηf ·ηt ·ηe（6—8）式中：ηf ——风机效率：ηf=输入N Q h f 1000⋅ηt ——传动效率 ηe ——电机效率（7）矿井的吨煤风量D [6]： D=86400WiA Q ∑⋅（m 3/t ） 式中：Q i ——第i 风机排风量m 3/sA W ——矿井日产量，t（8）主要通风机吨煤电耗P B [6]：P B =Wii W A h Q A N ⋅⨯∑=⨯η7.4124输入 （KWh/t ） （6—10）（9）前苏联用结构法来评价矿井通风系统可靠性的指标γ[7]： γ=nm n 1+- （6-11）式中：n ——通风网络分支数m ——通风网络节点数认为：γ越小，网络联接形式越复杂6.2.2矿井通风系统的模糊综合评判法模糊论是美国著名的控制论专家，加州大学教授Zadeh 于1965年提出的。

它的发展十分迅速。

近年来，它的应用已推广扩展到许多领域，而且越来越受到重视。

模糊综合评价是模糊数学的重要内容之一，它的指导思想是，尽可能全面地考虑影响因素，同时也考虑这些因素所起作用的大小（即权重），通过模糊合成关系得出较为明确的结论。

假定已知所讨论的有限论域为：U （所有的影响因素），V （评价的等级划分），其中U={U1，U2，…Um}，V={V 1，V 2，…V n }则可获得一个从U 到V 的模糊关系R ，R ∈F （U×V ），若R ∈F （U×V ）一经给定（由专家打分），且存在一个模糊向量A ∈F （U ）（各因素的权重），则可唯一确定一个从U 到V 的模糊变换，即：B=AR （B ∈F （V ）） （6—12） 式中：A=（a1，a2，…，am ），称为评价因素的权重向量。

R ——模糊关系，R=（γij ）mxn其中：O ≤γij ≤1，（i=1，2，…，m ；j=1，2，…，n ） 且γij=R （ui ，Vj ），其中ui ∈U ，vj ∈VB ——模糊各成向量，其运算可根据模糊关系合成运算法则进行，即：B=A ·R=（a1，a2，…，am ）·⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡mn m m n n γγγγλγλγγ 212222111211=（b1，b2，b3，…，bn ）（6—13）在上式中，B 的合成采用普通矩阵乘法进行，即： bj=∑=mi 1a i ，γij （6—14）A 要求归一化，即：∑=mi 1a i =1 （6—15）6.2.2.1一级（单层次）模糊综合评判（一级模型）：（1）首先分析确定评判对象的影响因素U例，对某局一矿矿井通风系统进行模糊评判确立的评价因素集合U 为：[8] U={u 1，u 2，…，u 6} 其中：u 1——井下气候条件u 2——风流合格率 u 3——风流稳定性 u 4——抗灾能力 u 5——通风电耗 u 6——矿井等积孔 （2）给出评判集（评价等级）V V={v 1，v 2，…，v 5}={A 、B 、C 、D 、E} 式中：v 1——A 级，通风系统很好v 2——B 级，通风系统较好 v 3——C 级，通风系统一般 v 4——D 级，通风系统较差 v 5——E 级，通风系统很差假定在有100人参加的评比中，对一矿的井下系统条件的评价为A 、B 、C 、D 、E 级的人数有50，30，10，5，5人则：Ru 1=⎪⎭⎫⎝⎛1005,1005,10010,10030,10050=（0.5，0.3，0.1，0.05，0.005） （作归一化处理）=（γ11，γ12，γ13，γ14，γ15）同样，对其他5个因素的评价结果归一化为 Ru 2=（0.7，0.2，0.1，0，0） Ru 3=（0.4，0.3，0.2，0.08，0.02） Ru 4=（0.1，0.3，0.35，0.15，0.1） Ru 5=（0，0.3，0.4，0.3，0.1） Ru 6=（0，0.4，0.4，0.2，0） 我们称模糊矩阵R ：R=6543215432102.04.04.0003.04.03.001.015.035.03.01.002.008.02.03.04.0001.02.07.005.005.01.03.05.0u u u u u u v v v v v ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡为单因素评判矩阵 （3）权重集A 的确定在因素集中，按其重要程度不同给予相应的权数分配，其权重的确定方法有[9]：如我们对一矿通风系统各因素的权重，进行专家评议，并归一化处理后的权重为： A=（a 1，a 2，…，a 6）=（0.05，0.1，0.3，0.25，0.1，0.2） （4）综合评价及结果B=A ·R=（0.05，0.1，0.3，0.25，0.1，0.2）·⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡02.04.04.0003.04.03.001.015.035.03.01.002.008.02.03.04.0001.02.07.005.005.01.03.05.0=（0.24，0.31，0.28，0.14，0.03，） （∵bj=ij mi i va ∑=1=0.05×0.5+0.1×0.7+0.3×0.4+0.25×0.1+0.1×0+0.2×0=0.24）应用B=A ·R 模型评判矿井通风系统，B 应是评判结果，根据最大隶属度（接近度）原则，评定一矿的通风系统等级为：较好级B 。

（最大值0.31对应于B 级）对B 作归一化处理：∑=51i jb=0.24+0.3+0.28+0.14+0.03=1.0当∑=nj j b 1≠1.0时，取bj ′=jj b b ∑即归一化。

统计实验法 分析推理法 专家评议法 两两对比法等这一评判结果，相当于表明24%的人认为该矿通风系统“很好”，31%的人认为为较好，28%的人认为一般，14%的人认为较差，3%的人认为很差。

6.2.2.2多级（多层次）模糊综合评判（多级模型）对多级模糊综合评判，通常方法是，从最低一级评价因素开始，用一级评价模型，一级一级往上评，一真评到第一次划分的最高一级评价因素为止。