礦井通風課程設計--礦井通風系統(tǒng)安全性分析

1、<p>　　礦井通風系統(tǒng)安全性分析</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　煤礦井下煤炭自燃、瓦斯、粉塵、有害氣體的中毒和窒息等災害事故所占比例較高，危害較大，其主要原因是礦井通風系統(tǒng)不完善。因此，在事故發(fā)生前及時準確地對礦井通風系統(tǒng)做出科學合理的評價，發(fā)現(xiàn)存在的事故隱患并解決它，以抑制事故的發(fā)生就成為防范的關鍵。以往對礦井通風系

2、統(tǒng)的評價大多采用安全檢查表和專家打分法，安全檢查表屬于定性評價，不能對整個系統(tǒng)的安全性給出確定的結果，專家打分法雖然屬于定量評價，但專家各自的權重很難確定，操作起來也較為困難。本文提出的基于信息熵的評價法，指標權重由系統(tǒng)的熵值確定，非常適用于評價類似于礦井通風系統(tǒng)這種動態(tài)的、模糊的、隨機的、復雜的龐大系統(tǒng)。</p><p>　　礦井通風系統(tǒng)是由通風動力及其裝置、通風井巷網(wǎng)絡、風流監(jiān)測與控制設施等組成。其任務是利用

3、通風動力，以最經(jīng)濟的方式，向井下各用風地點提供優(yōu)質(zhì)量足的新鮮空氣，以保證井下作業(yè)人員的生存、安全和改善勞動環(huán)境的需要； 在發(fā)生災變時，能有效、及時地控制風向及風量，并配合其它措施，防止災害的擴大。評價礦井通風系統(tǒng)安全性的目的在于及時發(fā)現(xiàn)礦井通風系統(tǒng)中存在的問題和安全隱患，調(diào)整和改造系統(tǒng)；優(yōu)化通風設計，準確編制事故預防與處理方案，同時，指導現(xiàn)場通風安全管理。</p><p><b>　　目 錄<

4、;/b></p><p><b>　　前 言I</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 研究背景1</p><p>　　1.2 礦井通風系統(tǒng)安全性分析的定義2</p><p>　　1.3 礦井通風系統(tǒng)安全性分

5、析研究的意義2</p><p>　　第二章 礦井通風系統(tǒng)安全性評價指標3</p><p>　　2.1 ?1（主要通風機運轉穩(wěn)定性）3</p><p>　　2.2 ?2（各用風地點是否實行分區(qū)通風且風量足夠）3</p><p>　　2.3 ?3（礦井通風量供需比）3</p><p>　　2.4 ?4（

6、通風設備要安裝自動監(jiān)控系統(tǒng)）4</p><p>　　2.5 ?5（調(diào)節(jié)設施的合理性）4</p><p>　　2.6 ?6（是否有利于排除瓦斯和礦塵、防治煤炭自燃及降溫）4</p><p>　　2.7 ?7（礦井通風壓力）4</p><p>　　2.8 ?8（反風系統(tǒng)的靈活程度）5</p><p>　　

7、2.9 ?9（隔爆裝置完善程度）5</p><p>　　第三章 評價指標權重6</p><p>　　3.1 評價指標的判別矩陣6</p><p>　　3.2 計算判別矩陣的單位向量7</p><p>　　3.2.1 矩陣各行元素的乘積7</p><p>　　3.2.2 Mi的9次方根7</p&g

8、t;<p>　　3.2.3 W的單位向量7</p><p>　　3.3 確定各評價指標的權重值7</p><p>　　第四章 礦井通風系統(tǒng)的安全度8</p><p>　　4.1 列舉實例8</p><p>　　4.2 礦井通風系統(tǒng)安全度計算9</p><p>　　第五章 小結10&

9、lt;/p><p><b>　　參考文獻11</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 研究背景</b></p><p>　　近年來，我國煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)狀況依然十分嚴峻。2000年以來，我國進入第五個事故高峰期，相比而言煤

10、礦事故更是頻繁。其中2002年，煤礦事故傷亡最為嚴重，死亡6995人；2003年，煤礦事故起數(shù)達到最高值，各類傷亡事故共計4241起。2000—2009年我國煤礦事故數(shù)量及傷亡程度雖然總體呈現(xiàn)下降趨勢，但百萬噸死亡率遠高于世界平均水平。僅以 2002 年為例，我國煤礦百萬噸死亡率是 1.182，與印度的 0.5 和美國的0.05相比，相差幾十倍。由于煤炭開采多屬地下作業(yè)，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，生產(chǎn)過程復雜，受到水、火、瓦斯、煤塵和冒頂?shù)榷喾N自然

11、災害的威脅，致使煤礦安全問題較其他行業(yè)更重要、更復雜、更難解決。因此，煤礦安全問題歷來就是煤礦生產(chǎn)的頭等大事，關系國家和集體的財產(chǎn)、煤礦職工生命安全和身心健康。近幾年來，隨著煤礦開采深度的加大及高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展，安全隱患增多，重大惡性事故頻繁發(fā)生，煤礦的安全生產(chǎn)形勢不容樂觀。礦井煤層自燃發(fā)火期為1個月，自燃趨勢較突出的是2月～3月。煤塵具有爆炸性，爆炸指數(shù)為40.3%。礦井屬低瓦斯礦井。采深450m，設計生產(chǎn)能力為100萬t/a。&l

12、t;/p><p>　　煤礦安全評價工作能夠為煤礦安全生產(chǎn)工作提供較為可靠的理論依據(jù)。 我國自2002年開始煤礦安全評價工作以來，在減少與控制煤礦建設項目和煤礦生產(chǎn)中的危險、有害因素，降低煤礦生產(chǎn)的安全風險，預防事故發(fā)生，保護建設單位和煤礦的財產(chǎn)安全及人員的健康和生命安全等方面發(fā)揮了重要的作用。但由于煤礦安全評價工作在我國開展的時間不長，成熟的經(jīng)驗不多，加之其他方面的一些原因，致使這項工作仍存在不少問題，使其未充分發(fā)揮

13、潛力。煤礦通風系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)的重要組成部分，也是礦井安全生產(chǎn)的保障系統(tǒng)，在煤礦通風系統(tǒng)安全評價工作，同樣也存在著許多問題。探求提高煤礦通風系統(tǒng)安全評價質(zhì)量的有效方法和中途徑是值得深入探討的課題。</p><p>　　1.2 礦井通風系統(tǒng)安全性分析的定義</p><p>　　礦井通風系統(tǒng)安全性應包含2層意思：一是必須保證礦井正常生產(chǎn)；二是能夠預防和控制災害的發(fā)生、發(fā)展。一般而言，礦井通風系統(tǒng)

14、的安全性應滿足： 礦井通風系統(tǒng)的結構合理、完備，整套系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；井下各用風地點的風量滿足要求，且其可調(diào)性強；有利于排除瓦斯、礦塵、熱源和防止煤炭自燃；具有控制各種自然災害的能力，既能抑制事故的發(fā)生，又可在由其它原因引起事故時及時控制和消除事故。 </p><p>　　1.3 礦井通風系統(tǒng)安全性分析研究的意義</p><p>　　煤炭自燃、瓦斯、粉塵、有害氣體等是引起煤礦事故頻發(fā)的主要原因

15、，這些災害事故所占煤礦事故比例較高，危害較大，究其原因可能是礦井通風系統(tǒng)不完善，通風管理制度不健全，通風設施安設不合理等多方面原因造成的。而礦井通風系統(tǒng)安全性分析研究利用通風動力，以最經(jīng)濟的方式，向井下各用風地點提供優(yōu)質(zhì)量足的新鮮空氣，以保證井下作業(yè)人員的生存、安全和改善勞動環(huán)境的需要； 在發(fā)生災變時，能有效、及時地控制風向及風量，并配合其它措施，防止災害的擴大。對于礦井企業(yè)的人員及生命財產(chǎn)安全具有重要的積極作用。</p>

16、<p>　　第二章 礦井通風系統(tǒng)安全性評價指標</p><p>　　礦井通風系統(tǒng)安全性評價力求全面客觀地評估礦井通風系統(tǒng)的可靠程度，其指標應能反映礦井通風系統(tǒng)各組成部分的安全質(zhì)量 應從安全角度出發(fā)對礦井通風系統(tǒng)進行全面分析，并參考《煤礦安全規(guī)程》和《生產(chǎn)礦井質(zhì)量標準化標準》中有關規(guī)定、指標和現(xiàn)場科技人員的經(jīng)驗，綜合分析，按照主從相關、回歸關系和方向性原則，確定了9個評價指標：</p>

17、<p>　　2.1 ?1（主要通風機運轉穩(wěn)定性）</p><p>　　主要通風機承擔全礦或一翼的通風任務，其穩(wěn)定運轉與否對礦井通風系統(tǒng)的安全可靠程度具有決定性意義。</p><p>　　式中，?1為主要通風機運轉穩(wěn)定性系數(shù)</p><p>　　2.2 ?2（各用風地點是否實行分區(qū)通風且風量足夠）</p><p>　　每一生產(chǎn)水平

18、都必須布置回風巷，實行分區(qū)通風；采煤和掘進工作面都應采用獨立通風；為了防止瓦斯、礦塵和熱害事故，要求風量足夠?2=n2/N2，其中n2為采用分區(qū)通風且風量足夠的通風地點數(shù)；N2為礦井總通風地點的個數(shù).</p><p>　　2.3 ?3（礦井通風量供需比） </p><p>　　礦井實際風量應大于或等于井下所需風量，它既能保證各用風地點風量足夠，還可改善井下勞動環(huán)境和保障安全生產(chǎn)</

19、p><p>　　式中，K3為風量供需比，K3=Q/Q0；Q為礦井有效風量，m2/min；Q0為礦井需風量，m2/min</p><p>　　2.4 ?4（通風設備要安裝自動監(jiān)控系統(tǒng)）</p><p>　　主要通風機和局部通風機正常運轉很重要，風門失控會造成風流短路和通風系統(tǒng)紊亂，危及井下生產(chǎn)的安全。所以，要安裝自動監(jiān)控系統(tǒng)。 </p>&l

20、t;p>　　，其中n為安裝自動監(jiān)控系統(tǒng)的風機、風門數(shù)；Pi為自動監(jiān)控系統(tǒng)的有效度；n0為風機、風門總數(shù)。</p><p>　　2.5 ?5（調(diào)節(jié)設施的合理性）</p><p>　　井下的風門、風窗等調(diào)節(jié)設施越多，礦井通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越低。因此需要時應選擇適當位置且盡量少地安裝這些設施。?5（1≥?5≥0）可用經(jīng)驗公式表示為：?5=1-（0.3a1+0.2a2+0.1a3/b)，其

21、中a1,a2，a3分別為礦井總回風巷、各翼和回采工作面的調(diào)節(jié)風窗數(shù)；b為回采工作面?zhèn)€數(shù)。</p><p>　　2.6 ?6（是否有利于排除瓦斯和礦塵、防治煤炭自燃及降溫） </p><p>　　瓦斯、礦塵的積聚會引起爆炸事故，煤炭自燃則直接威脅著礦井安全生產(chǎn)，這些高溫礦井降溫均與礦井通風系統(tǒng)及其設備密切相關。?6=n6/N6，其中n6為有利于排放瓦斯和礦塵、防治煤炭自燃、降溫的地點數(shù)；N

22、6為總地點數(shù)。</p><p>　　2.7 ?7（礦井通風壓力）</p><p>　　其值越高，井下風量越大，漏風率也越大，管理越困難，越易引起瓦斯積聚和煤炭自燃</p><p>　　式中，H為礦井實際通風壓力，Pa；h0為礦井通風壓力的閾值，Pa，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗用類比方法確定h0=174.95Q0.42f；其中Qf為通風機的風量，m3/s.</p>

23、<p>　　2.8 ?8（反風系統(tǒng)的靈活程度）</p><p>　　進行反風是井下發(fā)生火災、爆炸事故時防止災害擴大的重要措施主要通風機必須安裝反風設施，并能在10min內(nèi)改變巷道中風流方向且風量不小于正常值的40%.</p><p>　　式中，為反風時改變風向所需時間，=10/t(1≥≥0)，min；為反風后通風機的供風量，=2.5Q`/Q(1≥≥0)，m3/s；Q,為通風機的

24、正常風量，min/s.</p><p>　　2.9 ?9（隔爆裝置完善程度）</p><p>　　它是阻止瓦斯、煤塵爆炸傳播的有效辦法。當?shù)V井開采煤塵具有爆炸危險和瓦斯含量高的煤層時，其兩翼、相鄰的采區(qū)、煤層和工作面都要設置水棚或巖粉棚實行隔離，?9的經(jīng)驗公式為：?9=1- （0.2C1+0.1C2+0.1C3+0.05C4），其中C1 ，C2 ，C3 ，C4 分別為礦井中未設隔爆裝置的

25、翼數(shù)、相鄰采區(qū)數(shù)、相鄰煤層數(shù)和采掘工作面數(shù)。</p><p>　　第三章 評價指標權重</p><p>　　應用層次分析法全面分析前述的?1—?9 分別對礦井通風系統(tǒng)安全性的影響程度后，再確定各自適當?shù)臋嘀刂怠?lt;/p><p>　　3.1 評價指標的判別矩陣</p><p>　　按照表—1各因素的比較準則，將所有評價指標進行對比后，就能確定其

26、判別矩陣，見表—2.</p><p><b>　　表—1 比較準則</b></p><p>　　表—2 評價體系的判別矩陣</p><p>　　3.2 計算判別矩陣的單位向量</p><p>　　3.2.1 矩陣各行元素的乘積</p><p>　　該矩陣各行元素的乘積為，其中Mj為矩陣中各行元

27、素的乘積；Bij為矩陣中各元素，經(jīng)計算可得：M1=1067.63 ，M2=369.64，M3=127.61，M4=0.3042，M5=0.8407，M6=37.01，M7=5.565，M8=0.4304，M9=1.642×10-6.</p><p>　　3.2.2 Mi的9次方根</p><p>　　求Mi的9次方根，的向量W=[W1，W2，W3，…，W9]T=[2.71,1.

28、93,1.69,0.72,0.48,1.45,1.21,0.96,0.24]T.</p><p>　　3.2.3 W的單位向量</p><p>　　按以下公式把W變成單位量：，，得判別矩陣的單位向量為：W`=[0.20,0.18,0.16,0.70,0.04,0.13,0.11,0.09,0.02]T.</p><p>　　3.3 確定各評價指標的權重值<

29、/p><p>　　令emax=10,emin=1,則d=（W‘max-W’min）/（emax-emin）=（0.20-0.02）/(10-1)=0.02,而ei=W’i/d,，故很容易得到各評價指標的權重值，即?1—?9的權重值分別為10，9，8，3.5，2，6.5，5.5，4.5，1.</p><p>　　第四章 礦井通風系統(tǒng)的安全度</p><p>　　安全度是

30、定量描述礦井通風系統(tǒng)安全性的參數(shù)，其計算公式為：， 其中s為礦井通風系統(tǒng)安全度.礦井通風系統(tǒng)安全性的9個評價指標如前所述，當其數(shù)值均為1時，礦井通風系統(tǒng)的安全度為100時，表示該系統(tǒng)處于最佳安全狀態(tài)。按照礦井通風系統(tǒng)的安全度數(shù)值的大小，可把礦井通風系統(tǒng)的安全性分為 4個等級，在實際生產(chǎn)過程中應分別采取相應的有效措施和安全對策，見表—3：</p><p>　　表—3 安全等級及采取的相應措施</p>

31、<p>　　本課題運用在實際低瓦斯礦山</p><p><b>　　4.1 列舉實例</b></p><p>　　礦井通風系統(tǒng)基本情況 該礦井采取立井多水平開拓方式，主要運輸大巷、區(qū)段集中巷均布置在煤層底板巖石中，主要通風機為型軸流風機2臺，風壓730Pa，實際風量大于礦井需風量；采用風機反轉反風，風量與所需時間符合《規(guī)程》要求。礦井開采的2層煤為氣

32、煤，平均厚度為2.3m；最短發(fā)火期43d，鑒定為Ⅰ級自然發(fā)火礦井；煤層具有煤塵爆炸危險，爆炸指數(shù)38.5%.礦井老區(qū)很快結束，由南部新區(qū)接續(xù)，新、老區(qū)貫通后形成一個復雜的通風系統(tǒng)，增加了一條距離長、阻力大、起止點高差達512的風流分支，井下用風地點的風量均滿足要求，但有2個掘進工作面與回采工作面串聯(lián)通風；共有通風機16臺，風門62處，未安裝自動監(jiān)控系統(tǒng)；采區(qū)內(nèi)裝有調(diào)節(jié)風窗8個；礦井兩翼、各相鄰采區(qū)和回采面均設有隔爆裝置，但有3個掘進工作

33、面沒有設置。</p><p>　　4.2 礦井通風系統(tǒng)安全度計算 </p><p>　　根據(jù)上述基本情況，先求出各評價指標的函數(shù)值，再計算s=49.05，其安全性等級為D級，有危險性，應盡快查明原因，及時整改.針對礦井通風系統(tǒng)存在的問題采取以下的改進措施.主要通風機轉速調(diào)整為：將軌道暗斜井、膠帶暗斜井和采區(qū)的兩條下山全部改為回風巷，降低回風段的通風阻力；修復嚴重失修巷道、去掉采區(qū)內(nèi)調(diào)節(jié)風

34、窗，減少漏風，提高有效風量率；將串聯(lián)通風的掘進工作面改造為獨立通風，并增設隔爆裝置和自動監(jiān)控系統(tǒng) 通過改造后，其大部分評價指標的基本參數(shù)得到改善，有些提高很多 再經(jīng)計算礦井通風系統(tǒng)的安全度達到80.15，其安全性等級為B級，完全滿足安全生產(chǎn)的要求，只有個別評價指標需要改善。</p><p><b>　　第五章 小結</b></p><p>　　礦井通風系統(tǒng)的安全

35、性評價是一個由定性和定量相結合、相互關聯(lián)、相互制約的眾多因素構成的復雜系統(tǒng)決策問題。合理地評價礦井通風系統(tǒng)對礦井通風日常技術管理、通風系統(tǒng)優(yōu)化改造、礦井安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。</p><p>　　本文采用未確知數(shù)學方法，結合層次分析法的綜合集成評價方法，對礦井通風系統(tǒng)安全性進行了評價。其評價結果與礦井實際情況比較吻合，說明該綜合集成評價方法實用性較強，具有一定的應用推廣價值。通過研究試驗，建立的評價指標體系

36、是科學、合理的 在實際使用過程中，具體操作方面也是可行的，還能方便地在微機上解算，提高了煤礦安全技術的科學管理水平，值得普遍推廣應用。 </p><p>　　論文在綜述了礦井通風系統(tǒng)安全評價發(fā)展概況、礦井通風系統(tǒng)基本理論與技術的基礎上，通過分析礦井通風系統(tǒng)的特點、通風系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性等，根據(jù)礦井通風系統(tǒng)安全性評價的研究現(xiàn)狀選用層次分析法和模糊綜合評判法對該指標體系中各影響因素之間以及其對整體通風系統(tǒng)影響的重要

37、程度進行了分析。在對礦井通風系統(tǒng)進行評價的基礎上輔以穩(wěn)定性和可靠性分析，實現(xiàn)定性與定量結合的評價思想。運用模糊綜合評價法結合本文建立的指標體系進行評價，評價結果與其實際情況基本吻合，指出了該礦通風系統(tǒng)整體狀況的優(yōu)劣及通風系統(tǒng)中存在的問題，為該礦的通風系統(tǒng)改造和優(yōu)化以及決策提供了較為可靠的依據(jù)。同時，達到了評價及分析結果符合客觀實際的預期的目標。 </p><p><b>　　參考文獻</b>

38、</p><p>　　[1] 張星亮.談煤礦礦井通風系統(tǒng)安全性評價［Ｊ].中小企業(yè)管理與科技，2012（16）.</p><p>　　[2] 李曉榮，周加川，李本一，等.礦井通風系統(tǒng)安全性的綜合集成評價［Ｊ].煤炭技術，2013，32（1）.</p><p>　　[3] 蔡衛(wèi).礦井通風系統(tǒng)安全性評價及其應用［Ｊ].煤炭學報，2004，29（2）.</p>