矿井（煤矿）通风系统安全度
摘要 分析了矿井（煤矿）通风系统的安全性，提出了评价矿井通风系统安全性的指标，确定了矿井通风系统安全性等级。
关键词 矿井通风系统工程 指标函数 安全度
1 引言
矿井（煤矿）通风系统是矿井安全生产和灾害防治的基础。矿井通风系统的安全性直接影响着矿井的安全生产和灾害的防治。矿井通风系统的安全性是指矿井通风系统结构的安全性。正确地评价矿井通风系统的安全性，以便针对存在的问题提出有效的安全措施，以消除和减少危险，提高矿井的抗灾能力。
2 矿井通风系统安全性的评价指标
2.1 评价指标
矿井通风系统安全性是客观评价矿井通风系统结构的安全程度指标。参考有关文件资料，并根据主从相关原则、回归关系原则和方向性原则，确定了矿井通风系统安全性的评价指标有：主要通风机运转稳定、用风地点分区通风且风量满足要求、矿井风量供需比、矿井通风系统和设备有利于灾害的防治、矿井风压、反风系统灵活可靠通风设备及风门装有自动监控系统、主要调节风窗数及工作面调节风窗数与回采工作面数之比、隔爆设施齐全等9个指标。
2.2 评价指标的权值
根据各评价指标对矿井通风系统安全性影响的重要程度，应用层次分析法确定了各指标的权值，如表1所示。
2.3 评价指标的函数
根据各个指标与矿井通风系统安全性的关系，求得各指标的函数。
1）主要通风机运转稳定
①一台通风机的矿井
f1= 0 k1>0.9或k1<0.2
f1=1 0.5
② 多台通风机的矿井
f2=0 k1i>0.9或k1i<0.2或主要回风巷不独立
f2=1 0.5
其中：k1=HS/Hsmax (3)
式中，HS—通风机风压，Pa；Hsmax—通风机最高风压，Pa。
2）用风地点为分区通风且风量满足要求
f2=n1/N1 (4)
式中，n1—用风地点为分区通风且风量满足要求数；N1—用风地点的总数。
3）矿井风量供需比
f3=0 k2>1.5或k2<1
f3=1 1<=k2<=1.2 (5)
f3=3-2k2 1.5>=k2>1.2
k2=Q/Q0 (6)
式中，Q—矿井实际供风量，m3/min；Q0—矿井的需风量，m3/min；
4）矿井风通系统和设备有利于灾害的防治
f3=n2/N2 (7)
式中，n2—有利于防治灾害的地点数；N2—应防治灾害的地点总数。
5）矿井风压
f5= 1 H
f5= 1-(H-h0)/h0 H>h0 (8)
h0=174.95Qf0.42
式中，h0—矿井风压的阈值，Pa；Qf—通风机的风量，m3/s；H—矿井的实际风压值，Pa。
（6）反风系统灵活可靠
f6= 0 无反风系统 (10)
f6=(1、(2 有反风系统
(1=10/t (11)
(2 =(/0.4 (12)
其中，(1、(2在[0，1]范围取值。
式中，t—反风时改变巷道中风流方向所需的时间，min；(=Q(/Q；Q(—反风时通风机供给的风量，m3/min，Q—通风机正常的供风量，m3/min。
（7）通风设备及风门装有自动监控系统
n
f7=(Pi/n0 (13)
i=1
式中，n0—应装自动检控系统的通风设备及风门数；n—已装有自动检控系统的通风设备及风门数；Pi—第i个装有自动检控系统的通风设备或风门的有效度。
8）主要调节风窗数及工作而后调节风窗数与回采工作面之比
f8=1-d (14)
其中：f8在[0，1]取值
d =0.3(1+0.2(2+(0.1(3/b) (15)
式中，(1—总回风巷调节风窗数；(2—每翼或采区回风巷调节风窗数；(3—回采工作面调节风窗数；b—回采工作面数。
9）隔爆设施齐全
f9=1-e (16)
其中：f9在[0，1]取值
e=0.2C1+0.1C2+0.1C3+0.05C4 (17)
式中，C1—未设隔爆设施的矿井翼数；C2—未设隔爆设施的采区数；C3—未设隔爆设施的煤层数；C4—未设隔爆设施的采、掘工作面数。
3 矿井通风系统的安全度
3.1 矿井通风系统的安全度
矿井通风系统的安全度是指矿井通风系统安全性的程度。依据矿井通风系统安全性的评价指标，当9个评价指标的函数值均为1时，矿井通风系统的安全性最好，安全度最高。在此，矿井通风系统的安全度的计算式为：
9
s=2((ifi (18)
i=1
式中，(i—第i评价指标的仅值；fi—第i评价指标的函数值。
3.2 矿井通风系统安全性的等级
以式（18）计算矿井通风系统最高的安全度值为100，此时矿井通风系统的安全性最好。以此为基础，通过分析依安全度的大小将矿井通风系统的安全性分为A、B、C、D四个等级，不同的等级应采取相应的安全措施，如表2所示。
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4 应用分析
某矿年生产能力为240万吨，2个风井，6个回采工作面，3个备用工作面，掘进工作面14个，矿井通风系统存在较多的不安全因素。
依据矿井实际，求得了各指标的函数值。计算的矿井通风系统的安全度为：
9
s=2((ifi =2×（0+9×0.91+8×0.34+6.5×0.5+5.5×0.63+4.5×1+0+2×0.5+1×0.65）
i=1
=85.4
改造后矿井通风系统的安全性为B级，安全性为良好，提高了矿井的抗灾能力。
实际应用表明：矿井通风系统安全度定量地说明了矿井通风系统的安全性，即直观又明确，能进一步促进矿井通风的科学管理。
