王鑫洧
(同煤集團(tuán)煤峪口礦通風(fēng)區(qū),山西 大同 037003)
礦井通風(fēng)系統(tǒng)對井下開采具有十分重要的意義,是關(guān)乎煤礦安全生產(chǎn)的最主要的部分之一。通風(fēng)系統(tǒng)正常良好地運(yùn)轉(zhuǎn),能有效地控制瓦斯、火災(zāi)和煤塵等煤礦隱患的發(fā)生幾率。通常通過仿真實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬以及系統(tǒng)評價(jià)等方法對各類生產(chǎn)礦井的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化處理。同時(shí),研究方向多側(cè)重于風(fēng)流流動規(guī)律和通風(fēng)系統(tǒng)安全性、可靠性評價(jià)。
(1)通風(fēng)系統(tǒng)狀況。首先需用機(jī)械通風(fēng)且要滿足礦井風(fēng)量設(shè)計(jì)要求,同時(shí)不同煤層的通風(fēng)需要建立獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng);同時(shí),通風(fēng)機(jī)安裝位置不合理,空氣流動性不好,空氣質(zhì)量不良,有害氣體不能正常排出。
(2)通風(fēng)空氣量供需、有效風(fēng)量和通風(fēng)阻力。通風(fēng)空氣量過大對通風(fēng)機(jī)負(fù)載過大,同時(shí)溫度也易升高;通風(fēng)空氣量過小不能滿足設(shè)計(jì)要求,不能有效進(jìn)行礦井通風(fēng),礦井環(huán)境不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),煤塵含量過高,氧氣含量過低;通風(fēng)阻力也反映出通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況,風(fēng)阻過大可能巷道漏風(fēng)量過大,井巷和采區(qū)易發(fā)生煤炭自燃現(xiàn)象。
(3)空氣分配模式。礦井應(yīng)根據(jù)分區(qū)需要,通過調(diào)整各個(gè)通風(fēng)構(gòu)筑物調(diào)整各分區(qū)的通風(fēng)阻力,調(diào)整各分區(qū)進(jìn)風(fēng)量,分區(qū)空氣量分配不均勻,整體通風(fēng)阻力增大,生產(chǎn)成本增加,整個(gè)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)負(fù)載過大。
(4)采面風(fēng)量控制。采面供風(fēng)量不足時(shí),瓦斯易積聚于井巷的上隅角,出現(xiàn)隱患,即使采用局部通風(fēng)機(jī),局扇由于安裝狀況不良,運(yùn)行故障,還是會引發(fā)瓦斯方面的隱患。
(5)反風(fēng)系統(tǒng)。反風(fēng)系統(tǒng)會在礦井災(zāi)變狀況下,通過實(shí)現(xiàn)全礦井或區(qū)域性反風(fēng),減弱災(zāi)害和控制災(zāi)害蔓延方向。但設(shè)備存在故障或安裝方式不當(dāng),在此基礎(chǔ)上的反風(fēng)操作反而會擴(kuò)大災(zāi)害程度。
通風(fēng)系統(tǒng)危險(xiǎn)源的辨識方法可分為經(jīng)驗(yàn)法和系統(tǒng)分析法兩大類。經(jīng)驗(yàn)法通過對照和類比的方法進(jìn)行辨識,需要有可參照的已知狀況礦井;而系統(tǒng)安全分析法也就是通常的事件樹、事故樹以及典型故障類型分析為代表的分析方法。
通過系統(tǒng)分割法將煤礦礦井各部分的特征和屬性分割成不同的子系統(tǒng)、子單元,分別針對各個(gè)子系統(tǒng)、子單元的特征進(jìn)行故障類型分析,追尋和剖析各類故障的本質(zhì)發(fā)生原因。對整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行故障類型辨識的過程主要有:(1)分辨整個(gè)礦井各部分間的組成和特征;(2)根據(jù)子系統(tǒng)的特征和屬性劃分分析的結(jié)構(gòu)層次;(3)結(jié)合礦井的通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行分析;(4)分析各子系統(tǒng)的各類故障類型和危害程度;(5)將最底層的故障類型(危險(xiǎn)源)匯總至整個(gè)分析模型中。
根據(jù)前面所述通風(fēng)系統(tǒng)有害性分析,將通風(fēng)系統(tǒng)中的危險(xiǎn)源進(jìn)行分類和辨識,從整體到局部,通風(fēng)前段到通風(fēng)回風(fēng)段進(jìn)行辨識:首先,研究整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)狀況,通風(fēng)系統(tǒng)是否能夠滿足礦井生產(chǎn)需要;再次,研究礦井如何進(jìn)行分區(qū)通風(fēng)方式;研究系統(tǒng)中角聯(lián)巷道等風(fēng)路對系統(tǒng)的影響;整個(gè)礦井及各個(gè)分區(qū)反風(fēng)系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行;礦井中各個(gè)通風(fēng)構(gòu)筑物是否能夠正常運(yùn)作;采區(qū)的串聯(lián)風(fēng)路情況、巷道是否過度損壞失修、下行巷道通風(fēng)面數(shù);最后,需要考慮系統(tǒng)中回風(fēng)段的阻力情況是否正常。最終根據(jù)上述分析將礦井通風(fēng)系統(tǒng)危險(xiǎn)源劃分為11個(gè)指標(biāo),詳圖見圖1。
圖1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)危險(xiǎn)源模型
根據(jù)參考相關(guān)文獻(xiàn),通過模糊數(shù)值統(tǒng)計(jì)確定的危險(xiǎn)度值見表1。
表1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)危險(xiǎn)源指標(biāo)的危險(xiǎn)度值
根據(jù)上述建立的通風(fēng)系統(tǒng)危險(xiǎn)源模型,并根據(jù)相關(guān)理論選擇層次分析法用于模型評價(jià)。通常,確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重值有兩種方法:(1)專家打分法,通過行業(yè)專家根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)劃分各個(gè)指標(biāo)的評價(jià)值和評價(jià)區(qū)間,繼而進(jìn)行定量分析;(2)重要度比較,將上述評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行重要度比較,構(gòu)成比較矩陣,通過相關(guān)排序和計(jì)算得出評價(jià)指標(biāo)權(quán)重值,并通過一致性驗(yàn)證建立的指標(biāo)權(quán)重體系是否存在邏輯謬誤,在一定程度消除和減少人為打分中存在的局限性和主觀性。
根據(jù)上述指標(biāo)評價(jià)模型構(gòu)成判斷矩陣,單個(gè)指標(biāo)相互間進(jìn)行重要度排序,然后通過數(shù)值性的標(biāo)度表示這些重要度間的比較,構(gòu)成矩陣形式,也就是判斷矩陣。其中rij代表指標(biāo)因素Ri相對指標(biāo)因數(shù)Rj的相對重要度,根據(jù)層次分析法的判斷矩陣取值特點(diǎn),取值范圍通常為1~9(1/9~1/1)間的數(shù)值。
相關(guān)專家根據(jù)模型的特點(diǎn)評定的重要度比較矩陣,所得出的礦井通風(fēng)系統(tǒng)各危險(xiǎn)源的指標(biāo)權(quán)重為:0.177,0.184,0.070,0.125,0.155,0.035,0.035,0.045,0.028,0.048,0.088。
礦井的綜合危險(xiǎn)源綜合評價(jià)值:
式中:
e-礦井通風(fēng)系統(tǒng)危險(xiǎn)性的評價(jià)值;
wi-第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重;
ei-第i個(gè)指標(biāo)的危險(xiǎn)度值;
n-評價(jià)指標(biāo)數(shù),11。
將模型評價(jià)結(jié)果分為三個(gè)危險(xiǎn)度等級,分別選取危險(xiǎn)度值60、80時(shí)為區(qū)分危險(xiǎn)度值的臨界點(diǎn)劃分三個(gè)區(qū)間。
將危險(xiǎn)度大于80時(shí),定義為I類危險(xiǎn)源,其為高危害期間,這類情況下極易發(fā)生通風(fēng)系統(tǒng)方面的安全事故,且后果十分嚴(yán)重,極易出現(xiàn)人員和設(shè)備損失,且經(jīng)濟(jì)方面的損失也較大。
當(dāng)危險(xiǎn)度為60~80之間時(shí),定義為Ⅱ類危險(xiǎn)源,該臨界區(qū)間內(nèi)可能發(fā)生兩類事故狀況,一類是易發(fā)生安全事故,但危害較小,人員和設(shè)備的損失較小,對整個(gè)系統(tǒng)的影響較?。涣硪活愲[患情況為事故發(fā)生率較低,但發(fā)生后事故影響較大,易出現(xiàn)傷亡事故,且經(jīng)濟(jì)損失也較為嚴(yán)重。
當(dāng)危險(xiǎn)度小于60時(shí),定義為Ⅲ類危險(xiǎn)源,該狀況通風(fēng)系統(tǒng)較為穩(wěn)定,不易發(fā)生安全事故,且事故危害程度也較輕,但需要單獨(dú)對個(gè)別高危險(xiǎn)值的危險(xiǎn)源進(jìn)行控制。
以同煤集團(tuán)煤峪口礦為例,礦井具有獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng),有效風(fēng)量為85%,礦井負(fù)壓為3040Pa,分區(qū)通風(fēng)良好,沒有不穩(wěn)定角聯(lián)風(fēng)路,通風(fēng)設(shè)施整體情況良好,巷道失修率較低,無下行通風(fēng)面,回風(fēng)段阻力為總阻力的36%,對照表1進(jìn)行危險(xiǎn)源評價(jià),可得危險(xiǎn)度值向量為ei=(0,60,80, 0,0,60,40,60,60,0,75)。根據(jù)式1可得綜合危險(xiǎn)度為32,因此可判斷通風(fēng)系統(tǒng)較為穩(wěn)定,危害程度較低。
本文通過可能會對通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成危害的危險(xiǎn)源進(jìn)行故障類別分析,將礦井通風(fēng)系統(tǒng)危險(xiǎn)源劃分為11個(gè)分項(xiàng)子系統(tǒng),可以便于日常分系統(tǒng)的危險(xiǎn)源查找和排除,同時(shí)可以通過建立的礦井通風(fēng)系統(tǒng)危險(xiǎn)性模型對整個(gè)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀可以做出正確的評估。為危險(xiǎn)源的辨識和礦井整體通風(fēng)系統(tǒng)危險(xiǎn)性狀況兩個(gè)方面提供了方法的參考,通過對礦井通風(fēng)系統(tǒng)危險(xiǎn)源的研究對礦井的安全生產(chǎn)提供保障。