矿井通风系统优化及可靠性评价

矿井通风系统优化及可靠性评价Optimization and Reliability Assessment of Mine Ventilation
System
2015年09月20日
September 20, 2015
作为煤矿生产中重要的一环，矿井通风系统会对煤矿的安全生产与经济效益造成直接的影响，因此需要对其运行可靠性进行评价，对其中存在的问题进行优化与整改，以期矿井通风系统达到最优的工作状态。

分析了可靠性评价的主耍内容包括可靠性评判指标与评判方法、确定可靠性评价指标权重与建立可靠性评价指标体系，望对相关工作实施有所借鉴。

关键词：矿井通风；可靠性评价；优化
Abstract
As an importa nt link in the producti on of coal mine, the mine ven tilati on system will have a direct impact on the safe of and econo mic ben efits of mine producti on ,so it is n eeded to evaluate the operati onal reliability of it,optimize and rectify the exist ing problems, in order to achieve the optimal worki ng con diti on of mi ne ven tilati on system. The mai n contents of the reliability assessme nt are an alyzes,i nclud ing reliability assessme nt in dex and assessme nt methods,determ in atio n of the reliability assessme nt in dex weight and con struct ion of reliability system, hop ing to provide refere nee for the impleme ntati on of related work.
Keywords Mine Ventilation ；Reliability Assessment Optimization
、矿井通风系统可靠性评价与优化 (1)
（一）矿井通风系统的可靠性评判指标与评判方法 (1)
1. ..................................................................................................... 矿井通风系统的可靠性评判指
标 (1)
2. ..................................................................................................... 矿井通风系统的可靠性评判方
法 (2)
二、确定可靠性评价指标权重 (2)
三、建立可靠性评价指标体系 (2)
四、矿井通风系统优化设计 (3)
（一）.................................................. 开展定性到定量的综合集成技术研究.. (3)
（二）....................... 拓展监测点的最优布局理论3
（三）........................................... 恰当核定矿井通风能力4（四）研究设计支持系统 . (4)
五、结论 (4)
参考文献 (5)
矿井通风系统是指向井下各作业地点供给新鲜空气井排出污浊空气的通风网路、通风动力和通风控制设施的总称。

它是矿井生产系统的重要组成部分。

由于矿井通风系统与井下各作业地点相联系，它对全矿井的通风安全状况具有全局性的影响，是搞好井下通风防尘工作的基础。

为了使煤炭行业健康有序地发展，首先要保证矿井的
通风安全，从而确保矿井安全生产。

矿井通风系统是利用通风动力向井下各用风地提供质优量足的新鲜空气，稀释并排出有毒有害气体，营造一个安全舒适的作业环境，其优劣与否直接影响工人的身体健康和生命安全。

一个好的矿井通风系统，应体现既安全可靠又经济合理。

但是，由于影响因素很多，衡量矿井通风系统忧劣的指标
也很多，因此，如何评价矿井通风系统的优劣，如何确定通风系统各个评价指标对通风系统影响力的大小，对矿山有的放矢地做好通风系统的改造、完善及维护，具有举足轻重的作用。

近些年来，我国社会主义经济市场与科技都有了飞速的发展，这为我国煤矿行业的的改革与发展奠定了坚实的基础。

与此同时，人们越来越关注煤矿的生产问题。

在煤矿生产过程中，矿井的通风是最基本的一大环节，它不仅是在建井方面，在生产的整个过程中都扮演着非常重要的角色，因此不断优化与改造煤矿通风系统有利于煤矿的生产［2］。

一、矿井通风系统可靠性评价与优化
煤矿井下通风是一个复杂的系统工程，具有动态性、随机性和模糊性的特点，对其进行设计与优化需要采用先进的理论与方法，结合时代发展需要的计算机技术，运用模糊数学、网络图论等理论和方法去设计与评价通风系统，以期达到最优化与最合理的矿井通风方式。

对矿井通风系统进行优化是整个矿井工作的重要内容之一，矿井通风系统的优化能够减少巷道风流阻力、提高通风效率及节省通风费用，因此对于矿井通风系统的优化是非常有必要的。

矿井通风系统优化应本着通风系统简单有效、安全可靠性高和经济费用合理3项基本原则迸行，优化的内容主要包含两方面丁作，即选择合理的通风系统和评价矿井所建通风系统的优劣、通风优化工作首先是要确定可靠性评判指标，通风系统评价指你应切合科学、可测、可比和简单的原则，真实地对矿井通风系统作出合理的评价。

其次，应该根据矿井实际情况确定合理的评判方法。

（一）矿井通风系统的可靠性评判指标与评判方法
1. 矿井通风系统的可靠性评判指标
确定矿井通风系统的可靠性评判指标之后应求各评价指标权值，建立适宜的评价指标体系，全面、系统地反映矿井通风系统。

矿井通风系统虽然复杂但具有一定的内在规律，掌握通风系统的内在规律，确定独立的物理评价指标，煤矿常用的矿井通
风评价指标主要包含3个一级指标，即计术可行、经济合理及安全可靠。

3个一级指标下各自对应有数量不等的二级指标，根据矿井通风系统需求确定子指标的内容与数量，一般技术可行-级指标下包含6个二级指标（矿井风量、矿井风压、矿井风量供需比、单位
产量供电量、矿井通风等积孔与矿井通风方式）；经济合理一级指标下包含4项二级指标（主要通风机功率、主要通风机效率、单位产量主扇风机电费及单位产量通风机电费）；安全可靠一级指标下包含3项二级指标（风机运转稳定性、需风地点风流稳定性和矿井抗灾能力）。

2. 矿井通风系统的可靠性评判方法
受通风系统特点的影响很难确定1套通用、科学的评价方法，现行的评价方法（如单指标法、多指标法及综合指标法等）大多存在一定的局限性，所考虑的因素相对单一、针对性太强，难以客观、全面地作出通风系统的优劣胜评价，因此不能普遍应用于矿井通风系统的可靠性评价。

就目前而言，通风系统评价方法主要有单指标法、模糊综合评判法及层次分析法3种，各评判方法都存在一定的弊端，近年随技术的不断发现，尝试将距离判别分析理论（DDA）判别法评价矿井通风系统安全可靠性取得了良好的效果，这也为今后的矿井通风系统的安全可靠性评价开创一条新思路⑶。

二、确定可靠性评价指标权重
矿井通风系统可靠性评价呈一个多因素综合评价问题，涉及方面较多，系统评价应以层次体系模型为基础，将原有复杂的系统因素进行划分，通常为三级3个层次进行综合评价。

第一级指标为C,即分量化评价；第二级为B,即综合化评价，所含子目标集较多；第三级就是对整个矿井通风系统总的系统评价。

在深入细致分析的基础上对通风系统进行模糊综合评价，列出所有参数指标，并将所有的参数指标进行加权平均，兼顾影响通风系统运行状态的所有物理量，系统全面地对其可靠性做出评价，并制定出优化方案。

因各评价指标对矿井通风系统安全可靠性影响程度各不相同，所以需要通过一定
的方式确定各评价指标之问的关联及对通风系统的影响程度，定量地反映各指标的重
要性情况，即确定评价指标的权重，又称为“权系数” 。

权重系数的确定事关整个通风系统可靠性评价与优化的成败。

因各指标参数的数值是微小的，系数的不同会造成结果有很大的差异，进而会影响评价结果的准确性，因此评价指标权重具有十分重要的作用。

现行应用较多的评价指标权重确定方法为层次分析法，文章结合层次分析法定性、定量地将通风系统可靠性评价指标进行重要性排序，确定出相应的权重系数。

三、建立可靠性评价指标体系
在整个生命周期内，矿井通风系统的可靠性都受设计时的参数设计与计算方法的影响，系统投入使用之后矿井的实际风量与风值参数会发生变化，这些参数的变化都会在整个通风系统中的参数中得到反映，实际运行中的参数波动应在系统稳定性运行的允许范
围内和设计阶段预测参数波动结果相一致。

矿井通风系统稳定性的影响因素有很多方面，总结来说主要包含三大部分，即通风网络、设施与动力装置，三大部分的良好工作状态是通风系统运行可靠性的保障。

一旦出现灾害事故，为防止事故灾害的进一步扩大，需要矿井通风防灾救灾系统及时地凋节风量、风向，控制风流将灾害事故造成的影响减小到最低程度，因此为保障通风系统运行的可靠性，建立相应的安全保障体系是非常有必要的。

而为了解矿井通风系统的运行状态，需要实时地进行矿井通风安全监测，便于问题的早日发现与治理，通风安全监测工作主要是监测通风设施和设备的状态参量与通风参数、气体质量等的数据参数。

从需求出发建立可靠性指标体系，因此可靠性评价指标体系的建立可以有不同的形式，涵盖的通风系统的内容与范围也不相同。

本着可靠件评价指标建立的基本原则，煤矿常用的指标评价体系有3种：a）日常系统运行可靠性指标体系BI，涵盖的指标参数主要有O2,CO2,CO,CH4等气体，权重系数的确定以各气体含量浓度的最大值作为什算依据；b）特殊时期通风系统的运行可靠性指标休系B2 ；C）矿井安全监测系统可靠性的参数指标体系B3,系统评价结果为3个等级A、B、C分别对应合格、基本合格与待整改，通风系统等级评判的标准参考相关规定与以往的工作经验[4]。

四、矿井通风系统优化设计
（一）开展定性到定量的综合集成技术研究
定性到定量的综合集成技术是指采取人网结合、人机结合的方式，加强以人为主的知识、信息和智慧的综合集成。

合理的矿井通风研究方法应该是通过借鉴人脑思维的部分优点，通过联想记忆、逻辑推理和数值计算之间的结合在确定性分析和不确定分析的基础上将人的数据计算、工程经验、现场检测验证等与计算机技术广泛结合。

由此建立一个智能化的矿井通风集成网络系统，并通过自适应和自学习机制完善通风系统⑸0
（二）拓展监测点的最优布局理论
近年来随着矿井开采规模的不断扩大，使得矿井通风系统的复杂性和规模也在不断升高。

监测点的最优布局理论就是针对多级机站通风系统的工作模式，将一定数量的监测点安置在系统旁边适当的位置以提供大量的数据检测信息，从而检测系统的运行状态是否正常，提高矿井系统管理工作的效率。

在通风系统的优化中开展并实行通风测量的监测点最优布局理论的研究对于矿井作业的安全生产具有重要意义。

（三）恰当核定矿井通风能力
目前，随着采煤技术和采煤方法的多种应用和发展，部分煤矿在其矿井设计能力不足的状态下仍大力进行煤矿开采，在增加煤矿产量的同时也在不断加重了煤矿生产的安全隐患。

矿井通风系统是矿井安全生产工作中的核心内容，所以能否进行恰当的核定矿井通风能力将直接关系到煤矿生产是否安全和矿井生产组织是否科学合理。

因此，要实现矿井工作的科学通风管理，就必须在改善和设计通风系统的过程中加强通风网络设计、风网和风机选型的优化，提高通风系统的运行能力的同时定期恰当评定矿井的通风能力，确保矿井通风系统运行正常。

另外国内也设计出一套合理评价矿井通风系统的规定方案，以检测各煤矿通风系统运行能力和状况。

（四）研究设计支持系统
如果矿井通风系统优化设计、规划和调节的计算能够实现计算机化的综合处理，并同优化方法能够从线性向非线性不断转化，将会使优化结果更加有效合理。

矿井通风系统全面优化设计方法和理论的完成都需要以计算机作为主要工具，然而国内计算机软硬件水平较低，很难建立自动设计系统，所以应以决策支持系统为主要支撑建立一套矿井通风系统适用软件，同时设计和研发附带的安全系统以保证矿井通风系统控制的规范化。

五、结论
矿井通风系统的运行可靠性影响到整个煤矿的通风质量与安全状况，是煤矿生产效率的有效保障，因此对通风系统的优化与可靠性评价具有重要的意义。

矿井通风系统的优化与评价应以煤矿实际情况为基础，毕竟矿井通风系统是一个动态的、复杂的系统工程，如不以矿井通风系统实时的动态数据作为理论计算基础，进行指标参数的确定与权重系数的计算，矿井通风系统的可靠件评价与优化将不具有实用的意义⑹。

参考文献
[1] 马红伟，陆刚，丁兆国•矿井通风系统评价模型研究[J].煤炭技术，2008,(12): 32-38.
[2] 李海波.矿井通风系统优化设计及可靠性评价[J].煤炭技术，2008, (05): 23-25.
[3] 陈鹏.矿井通风系统可靠性评价研究[D].合肥:安徽理工大学，2003.
[4] 王洪德，马云东.矿井通风系统可靠性理论与应用研究[M].北京:煤炭工业出版社，2004.
[5] 吴永波，张水平，徐明生.某矿井通风系统优化设计改造研究[J].江西有色金属，2010, 05(35):
57-58.
⑹谭允祯，范明训.矿井通风系统的评判指标及权值[J].山东矿业学院学报，1991, (08):50-53.。