地下矿井通风系统可靠性分析

地下矿井通风系统可靠性分析摘要：地下矿山通风系统是保证向井下连续输送必要数量的新鲜空气、稀释并排除有毒有害气体和矿尘，并为矿工创造安全舒适工作环境的根本措施。文章针对矿山矿井通风系统存在的问题进行了分析。

关键词：地下矿井；通风系统；可靠性

随着我国对能源需求量的增加和开采强度的不断加大，矿井通风系统稳定性问题比以前显得更加突出。而矿山通风的目的是控制污染物的浓度和空气温度，使之达到安全卫生标准，以保障矿工的劳动安全和健康，提高劳动生产率。通过对许多事故的调查分析，发现绝大多数瓦斯爆炸的原因都涉及到矿井通风的问题，大多因为通风系统不合理或者通风设施不全、风量不足等原因导致瓦斯过多积聚，达到爆炸极限而爆炸。因此，做好金属地下矿山矿井通风系统对保障矿工的劳动安全和健康，提高劳动生产率有着重要的意义。1矿井通风系统

矿井通风系统是由向井下各作业地点供给新鲜空气、排除污浊空气的通风网络和通风动力及通风控制设施等构成的工程体系。一个完整的通风系统必须包括通风网络、通风动力和通风控制设施等。在矿井生产时期，其任务是利用各种动力，以最经济的方式，向井下各通风地点提供足够的新鲜空气，稀释并排出的炮烟等各种有害物质，降低地热危害，为井下员工创造符合法律法规规定的良好工

作环境；发生生产安全事故时，能有效地控制风流方向和大小，与其他措施相结合，防止生产安全事故灾害的扩大，进而达到消除事故灾害的目的。人们将其在一定条件下、一定时间内，实现上述任务的能力程度称为矿井通风的可靠性。

2矿井通风系统的可靠性及数学模型

根据安全人机工程学理论，人机系统是由人、机、环境等子系统组成。在矿井通风系统中，“人”是指参与矿井通风系统

的管理者、决策者和维护矿井通风系统正常运转的操作人员，以及由他们所引起的行为结果，如组织管理和各种规章制度等；“机”为矿井通风系统的各种硬件设施，包括矿井通风动力、矿井通风网络、矿井通风设施、局部通风系统、矿井通风监测系统等；“环境”是指矿井通风系统存在于矿井生产系统这个大环境中，是矿井生产这个大系统中的子系统。按照安全人机工程学理论，可将矿井通风“人－机－环境”系统可靠性定义为：由人、机、环境组成的工作系统，在规定的条件下，规定的时间内，无差错地完成规定任务的能力。而可靠性的一个重要的定量指标为可靠度。因此，“人－机－环境”系统的可靠度可定义为：由人、机、环境组成的工作系统，在规定的条件下，规定的时间内，无差错地完成规定任务的概率，表述为数学公式为：

rs＝n/n0×100%

式中，rs：系统的可靠度；

n0：系统执行任务的总次数；

n：系统无差错完成任务的次数。

矿井通风“人－机－环境”系统的可靠度是受人、机、环境3个因素的影响，即系统的可靠度是人、机、环境三大因素的函数，其通用表达式为：

rs＝f（rh，rm，re）

式中，rs：通风系统的可靠度；

rh：人的可靠度；

rm：机的可靠度；

re：环境的可靠度。

由于人的可靠度和机的可靠度都直接受到环境因素的影响，为了便于对系统进行定量评价，这里假定人的可靠度和机的可靠度都是环境的隐函数。这时矿井系统的可靠度可以简化为：

rs＝f（rh（e），rm（e））

式中，rs：系统的可靠度；

rh（e）：受环境因素影响的人的可靠度；

rm（e）：受环境因素影响的机的可靠度。

由上式可以看出，矿井通风“人－机－环境”系统的可靠度可以简化成由人的可靠度和机的可靠度两部分组成。

假定某矿井通风系统根据实测和统计分析其人的可靠度为rh（e）＝0.80，机的可靠度rm（e）＝0.90，则有：rs＝rh（e）×rm（e）＝0.80×90＝0.72。为了提高系统的可靠度，若单纯只对机器进行改进，并将其可靠度提高到rm＝0.999，则系统的可靠度为0.799。

由此可见，即使花费很大的投资来单纯提高机器的可靠度，而不去提高人的可靠度，那么系统的总体可靠性仍然得不到明显改善。

3金属矿山矿井通风系统存在的问题

金属矿山矿井的通风系统虽经多年建设与调整，取得了一些进展，但由于采矿作业不正规、通风设计不完善和通风技术管理水平不高等原因，仍存在不少问题。

（1）矿井生产为多中段同时作业，中段之间缺少回风巷道，各中段之间采场排列位置不规范，加上爆破后二次破碎作业频繁，因此，采场间风流串联，烟尘污染严重。

（2）由于中段和采取通风网路不健全，或由于风量调节设施不健全，对作业工作面不能实现按需分风，影响作业面的通风效果，并造成风流浪费。

（3）金属地下矿山开采方法多用空场采矿法，留下了大量的采空区没有充填或封闭，井下破碎硐室和集中放矿溜井等局部污染缺乏控制措施，容易造成入风系统风流污染。

（4）金属地下矿山多在山区，由于井口间有高差和气温变化，仍受自然风压影响，使井下部分巷道风流方向不稳定。一般来说，在主扇总风压作用较薄弱的地带，在没有辅助扇对风流进行控制，容易受自然风压影响，造成风流混乱。如抽出式通风系统中各通达地表的入风口和采空区、塌陷区之间，有可能风流反向，使入风道变为排风道。压入式通风系统中各通达地表的排风井、塌陷区和中立的提升井之间也可使排风井变为入风井，烟尘倒流。造成这种现

象的主要原因是通风系统不严密，漏风风路太多，主扇不能发挥应有的作用。另外，主扇过于集中，不能对全风路进行有效控制。（5）矿井漏风严重，有效风量率低。抽出式通风的矿井，通过地表塌陷区和采空区，直接漏入回风道的短路风流，有时可达主扇风量的40%～50%。造成这种漏风的原因，首先是由于开采上缺乏统一规划，过早地形成了地表塌陷区；在回风道上没有保留必要的隔离矿柱；对塌陷区和采空区未及时进行充填或隔离。压入式通风的矿井，通过井底车场的短路漏风量也很高。产生这种漏风的原因，主要是风门失效，无其他控制措施。有些矿山井下作业面分散，废旧坑道不能及时封闭。此外，井口密闭、反风装置、井下风门、枫桥、挡风墙等通风构筑物

不严密，也造成较大的漏风。

（6）主扇风硐、扩散塔以及井下枫桥等通风构筑物的空气动力性能差，局部通风阻力大，增大了通风能耗。

（7）通风管理水平不高，没有配备专门的通风技术人员和通风工，或虽配备了通风技术人员和通风工，但技术水平和操作水平低下，没有持证上岗，满足不了矿井通风需要。

4采取的安全技术措施

针对以上存在的问题，根据安全人机工程学理论，要想增加矿井通风系统的可靠度，需从人的因素、通风系统设施的因素和环境的因素综合考虑，采取相应的安全技术措施。