矿井通风网络系统及其可靠性评价

田野

珲春矿业(集团)有限责任公司板石煤业分公司,吉林 珲春 133300

矿井通风网络系统及其可靠性评价

田野

珲春矿业(集团)有限责任公司板石煤业分公司,吉林 珲春 133300

矿井通风网络系统是采矿业生产活动的重要组成部分，尤其是煤炭开采业。其系统可靠性关乎企业生产成败、矿工生命及国家财产安全。矿井通风网络可靠性评价经历了由定性向定量的发展阶段。本文首先介绍了矿井通风网络系统的组成及其作用，其次综述了该系统可靠性评价的经验及计算机模拟手段，希望为企业安全生产贡献一份微薄之力。

矿井通风网络；可靠性；评价

1 前言

我国能源结构的组成中，煤炭占有举足轻重的地位，煤炭也为我国的工农业生产提供了丰富的原材料。煤炭资源一般采用矿井开采形式，开采时极易出现的瓦斯、煤粉尘等易燃易爆物为煤炭资源的安全生产带来了严峻的挑战。矿井通风网络系统是煤炭开采的重要组成部分，其可靠性关乎企业的生产成败、矿工及国家的生命和财产安全。矿井通风网络系统可有效降低瓦斯浓度，除去矿井中的粉尘，降低井下温度。

2 矿井通风网络系统的组成及其作用

2.1 组成

矿井通风网络系统一般由管路网络、风源设备及总控设备组成，其主要职责是为井下作业提供安全、清洁、舒适的空气。矿井通风网络系统的具体组成一般是：管路网络，主要有送、回风管道，具体施工点的风路及二者之间的连接管路；风源设备，主要包括风机及其配套设施；通风总控设备，主要由传感器及复杂的电子设备组成。

2.2 作用

矿井通风网络系统是煤炭等以矿井为开采形式的矿产资源生产实际的重要组成部分，这个系统是否正常运行直接关系到矿难事故的发生率，是矿工生命及国家财产安全的保护伞。矿井通风网络系统的直接作用有：

（1）降低瓦斯及煤粉尘的浓度 瓦斯和煤粉尘浓度过高时容易引起爆炸及火灾等灾害，矿工长期在高煤粉尘浓度的环境中工作也易罹患尘肺病等职业病。矿井通风是降低二者浓度最有效、最简单的方法，依据具体矿井情况改变通风速率、湿度等参数可更好的降低二者浓度。

（2）改善矿井内温度、湿度 矿井温度与埋深具有正相关关系，埋深加大、温度升高，同时由于井下作业设备、人员等向外释放热量，井下温度、湿度一般较高，不利于矿工身体健康并威胁安全生产。及时、充分的通风是减低井下温度、湿度最简单、最实惠的生产措施。

（3）防治废采区自燃及瓦斯泄露 废采区（一般是采空区）具有开放性强、面积大灯特点，由于已经废弃，一般不受重视，从而导致煤自燃及瓦斯泄露。通过通风维持废采区整体气压平衡可以很好的防治自燃及瓦斯泄露的发生。

（4）协助矿难救援 矿难发生时可以通过调整通风系统控制矿井中风的流向及流速，从而间接地控制井下火势蔓延、废弃流向并为井下矿工及救援人员提供新鲜空气，达到协助矿难救援的目的。

3 矿井通风网络系统可靠性的评价方法

矿井通风网络系统在实际生产活动中的重要性不言而喻，然而由于矿井通风网络是一个复杂的系统，如何预测并提高其可靠性是一个亟待解决的重要科学问题。目前常用的矿井通风网络可靠性的评价方法主要有：

3.1 经验手段

这一手段以实际生产中积累起的各中经验为基础，指导正在运行系统的可靠性评价或为新矿井通风系统的建立提供建设性的意见。在矿井通风评价初期阶段，经验手段发挥了重要的作用。

在不断地发展过程中，经验手段评价矿井通风系统可靠性亦使用了计算机技术。具体表现形式为：将实际生产中积累的经验输入计算机系统建立“计算机答疑专家信息库”，这个信息库对于具体问题可给出大量定性反馈，从而为评价矿井通风网络可靠性服务。

随着采矿业的发展，矿井生产面对的环境日趋恶劣，矿井通风系统日益复杂、精密，其对安全生产的重要性也在增强。传统的经验手段已经越来越不能满足矿井通风可靠性评价要求，先进的计算机模拟计算手段应运而生。

3.2 计算机模拟计算手段

影响矿井通风网络可靠性的因素多种多样，且所占权重有高有低，计算机模拟技术具有的多因素综合分析、强大的数据处理及复杂关系运算能力等特点使其非常适合用于评价该系统可靠性。目前常用于矿井通风网络可靠性评价的计算机模型主要有：

（1）BP神经网络模型 人工神经网络起源于上世纪八十年代，具有适应性强、容错能力高等众多优点，是多输入、输出体系的优秀解决方法，神经网络大多以BP算法为基础构建。BP神经网络模型非常适合矿井通风网络可靠性的评价，但由于其没有使用恒定的数学关系式，稳定性有待提高。

（2）Fisher判别法模型

Fisher判别法在分析、掌握现有实例特征的基础上，对新的实例进行判别，具有基础好、实用性强等特点。应用Fisher判别法模型评价矿井通风系统的可靠性可以较全面的评价各个系统因素对整体可靠性的影响，科学合理、预测精度高。实际使用过程中应注意将典型性和代表性较高的样本作为训练样本。

（3）模糊综合评价模型

“无故障性”是矿井通风网络对可靠性的最基本要求，而对通风系统中具体参数变化的要求不高。模糊综合评价模型基于这一原理，对影响系统可靠性的权重不做量化，对其进行模糊化处理，进而建立模糊综合评价模型。这个模型以“隶属度”描述模糊性，对系统的可靠性给出综合评价。

（4）不交化最小路集算法模型

矿井通风网络具有组成复杂、瞬变性及非线性等特点，单一的固定数学关系评价其可靠性可能存在一定的问题。不交化最小路集算法模型着眼于分析、刻画通风网络中风流的变化趋势，探索管网中可靠性影响因素的即时变化规律，最终建立定量评价方法，其较为真实反映了通风系统的运行状况。

4 结语

鉴于其在采矿业安全生产中的重要性，矿井通风网络系统的可靠性评价手段日益完善，已由最初的经验定性评价手段发展到现在的计算机模拟定量评价手段。常用的矿井通风网络系统的可靠性评价手段有“计算机答疑专家信息库”、BP神经网络模型、Fisher判别法模型、模糊综合评价模型及不交化最小路集算法模型等。上述方法各有优劣，生产单位应在充分了解、分析具体生产实际的基础上因地制宜，选择适合自己的矿井通风网络评价方法。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.017