论矿井通风系统的安全可靠性分析与研究

摘 要：本文浅析矿井通风安全的重要性；对矿井通风系统的可靠性从数学模型的角度进行了定量分析；分析矿井通风系统存在的问题；提出了矿井通风安全技术措施。

关键词：通风系统；可靠性分析；数学模型；技术措施；矿井

中图分类号：TU834 文献标识码：A 文章编号：

一、引言

矿井随着煤炭开采强度的不断加大和向深部延伸，其通风系统的稳定性问题就越来越更加重要。矿山通风的目的主要是控制污染物的浓度和空气温度，使之达到相应的安全卫生标准，以保障矿工的劳动安全和健康，提高劳动生产率。但是，通过对很多事故案例的调查分析，发现绝大多数瓦斯爆炸的原因都涉及到矿井通风的问题，且大多因为通风系统布局不合理或者通风设施不全、风量不足等原因造成，从导致了瓦斯的过多积聚，并达到了爆炸极限而爆炸。所以，做好煤矿井下通风系统安全管理工作，对于保障矿工的劳动安全和健康，提高劳动生产率都有着十分重要的意义。

矿井通风系统则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。对于一个完整的通风系统，应包括通风网络、通风动力和通风控制设施等。在矿井的生产时期内，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，稀释并排放出的炮烟、瓦斯等各种有害气体，并降低地热危害，为井下员工创造符合法律法规规定的良好工作环境；当发生生产安全事故时，通风系统应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进一步扩大，进而达到消除事故灾害的主要目的。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则称为矿井通风的可靠性。显然，保障矿井通风系统的安全可靠性非常重要。

二、系统的可靠性分析和数学模型

我们根据安全人机工程学理论可知，人机系统则是由人、机、环境等子系统所组成的。在矿井通风系统中，“人”则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）；而“机”则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）；对于“环境”来说，则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。因此，按照安全人机工程学理论，可将矿井通风“人－机－环境”系统可靠性的定义为：由人、机、环境组成的工作系统，并在规定的条件下，规定的时间内，无差错地完成规定任务的能力。对于可靠性来说，则是一个重要的定量指标，称之为可靠度。所以，“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，简单那表述为如下数学公式为：

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。

而矿井通风“人－机－环境”系统的可靠度是受到人、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，可用如下通用式表达：

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。

再说，由于人的可靠度和机的可靠度都是直接受到环境因素的影响，所以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。那么，这时矿井系统的可靠度则可以简化为：

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。

从上式就可以明显看出，矿井通风“人－机－环境”系统的可靠度就可以简化成由人的可靠度和机的可靠度两部分组成。

在此，假设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，则系统的可靠度便为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，如果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的改善和提高。

三、矿井通风系统存在的问题

不少矿井的通风系统虽经多年建设与调整，通风系统也取得了一些积极的进展，但是由于采矿作业不正规、通风设计不够完善和通风技术管理水平不高等原因的影响，如今仍然存在许多问题。

(1)作业方式。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)通风网路。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)开采方法。不少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)主扇不能发挥应有的作用。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，一是由于开采上缺乏统一规划，过早地形成了地表塌陷区；二是在回风道上没有保留必要的隔离矿柱；三是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。四是井口密闭、反风装置、井下风门、枫桥、挡风墙等通风构筑物不严密，也造成了较大的漏风。

(6)通风阻力大。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)通风管理水平差。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和要求。

四、矿井通风安全技术措施

由以上分析可知，不少矿井目前通风系统还存在很多问题。根据安全人机工程学理论，若想增加矿井通风系统的可靠度，则需从人的因素、通风系统设施的因素和环境的因素综合来考虑，并采取相应的安全技术措施。

(1)完善生产系统。完善矿井开拓等主要系统，解决风流串联污染的问题。矿井开拓运输、通风、排水及避灾逃生等系统的建立，可直接为矿山开采及安全生产服务，并贯穿于矿山开采的全过程。对于每个矿山，都应该为实现自己的开采目的、确保安全生产建立合适的开拓及相关系统，并应在系统形成后方可投入生产，同时生产中也应随时保持其正常的运转。建立和完善矿井的安全生产系统应是矿山深入整治的工作重点，是矿山实现本质安全生产的基本条件。

(2)矿房布置合理。重视矿房布置、开采顺序及相关结构要素的确定，减少漏风，提高有效风率。地下开采矿山大量人员集中的主要作业场所及事故高发地点均在于各开采矿房，其矿房布置、开采顺序及相关结构要素确定的合适与否直接影响矿山作业的安全。

(3)研究风流变化规律。研究通风系统中风流变化的规律，特别是各种动力因素、热力因素所引起的风流变化及其危害性；研究保持井下风流稳定可靠的有效控制方法。

(4)研究粉尘扩散规律。研究井下破碎硐室、放矿溜井等局部污染源粉尘扩散规律，合理设计局部净化系统，采取防止风流污染的措施。

(5)加强通风系统检测。加强矿井通风系统的检测工作，配备相应的检测仪器，运用正确的检测方法，发现问题及时整改。

(6)加强通风系统管理。加强对矿井通风管理工作，配备相应的通风技术人员和通风工，加强培训，提高从业人员素质，持证上岗。

(7)积极推广新技术。正确使用通风动力，平衡风压；利用新材料、新工艺研制新型通风构筑物。

五、结语

对于矿井通风系统来说，是保证煤矿安全生产的重要基础。而作为专业人员和各个相关部门，都应当从心理上和行动上对它予以高度的重视；对由人、机与环境组成的通风系统的可靠性，除了积极研究机的可靠性外，还应该对人和环境的可靠性来进行全面、深入的研究。多途径、多渠道采取措施提高可靠性。只有这样，才能对系统的可靠性获得全面的了解，积极采取相应的安全技术措施进行整改，从而才能从根本上提高矿井通风系统的可靠性，防止因通风系统原因造成生产安全事故，确保矿井安全生产秩序的顺利、持续进行。

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