浅谈煤矿通风可靠性策略分析

杨玉辉

摘 要：矿井通风系统是矿井生产系统的重要辅助系统，为生产系统的安全运行提供保证。矿井通风系统由通风动力及其装置、通风井巷网络、风流检测及控制系统组成。在生产时期其任务是利用各种动力，以最经济的方式，向井下各用风地点提供足够的新鲜空气，保证工作人员的呼吸，稀释并排除瓦斯等各种有害物质，降低热害，给井下工人创造良好的工作环境；发生事故时，有效地控制风流方向和大小，与其他措施相结合，防止灾害的扩大，进而达到消灭事故的目的。通风系统实现上述功能的难易程度称为矿井通风的可靠性。可靠性是衡量矿井通风系统优劣的重要指标。矿井通风系统可靠性高低对矿井生产和安全管理有着直接的影响。直接关系到矿井能否安全生产及防止事故的发生。

关键词：通风；可靠性；通风系统

1 可靠性基本概念

可靠性数学起源于20实际30年代，最早被引用于机器维修问题，知道第二次世界大战，可靠性问题才被重视，原因就是军事上需要可靠性理论知识来提高军事设备的性能。

矿井通风系统中主要应用到的数学模型主要是概率模型，该模型是从系统的结构和单元的寿命分布，以及修理时间分布等信息出发，来推断系统的寿命或各种可靠性指標，为系统的最优化设计以及维修方法提高数据及方法支持。

产品丧失了规定的功能，我们称为失效或故障"通常对于不可修产品，我们称之为失效，对可修产品我们称之为故障，在讨论问题时，由于概念的相似性，一般不具体区分，所以从广义上认为“故障”与“失效”含义相同。

产品的寿命与许多因素息息相关，比如产品本身的质量、产品所处的环境、以及人为规定使用时间的长短等等。所以产品的寿命可认为是一个随机变量，我们常用X表表示，分布函数规定为：

寿命分布函数意义表征了产品寿命不超过t的概率。

同理，我们定义：

R（t）=P（X>t）

上述函数表征了产品寿命大于t的概率，也就是产品在（0，t]内都保持正常工作、不失效的概率。产品在规定的条件下，在规定的时间内，完成规定功能的概率。可靠度函数R（t）与失效分布函数F（t）以及失效密度函数f（t）之间的关系如图所示：

失效密度函数分布

在公式中，产品的寿命用随机变量X表示，规定的时间就是（0，t]，上式就是可靠度的数学表达式。

2 研究方法

前苏联在矿井通风系统可靠性方面的研究比较早也比较深入，他们将矿井通风失效分为3个等级，一级失效是整个矿井通风系统失效，也即通风系统瘫痪；二级失效是指矿井通风系统的子系统失效，也可认为是区域失效；三级失效是指矿井的个别采区的通风系统失效，通过进行可靠性分析，他们得出保证可靠性的参数，维持这些参数，即可确保通风稳定，其主要评价方法可分为结构法、模拟模型法和统计评价法等

2.1 结构法

该方法是以巷道单位长度的相对工作系数为基础，可靠性指标值与矿井通风系统可工作系数成正比，表达式为

w——风网中的巷道数目；

n——风网中的节点数目；

Li——巷道i的长度；

l——单位巷道的长度；

巷道i单位长度的绝对可工作系数；

基准巷道单位长度的绝对可工作系数；

巷道i单位长度的相对可工作系数；

巷道i内通风设施s的绝对工作系数；

巷道i内通风设施s的相对工作系数；

S—— 巷道i内的通风设施的数目；

对通风系统进行可靠性指标的计算，然后进行比较，即可遴选出最优方案，这种方法虽然比较简单，缺点也比较明显，就是需要的参数比较多，必须具备风网的拓扑结构、巷道长度、构筑物数目等等。

2.2 模拟法

该方法以网络解算为基础，通过矿井通风的参数密度来模拟矿井通风过程中的各种状态，将通风过程的时间进行离散化，求解各种可靠性指标，比如各个单元的平均故障间隔时间！平均维修时间“在模拟过程中，可靠性的计算精度决定了运算的次数，且计算过程要进行风网解算和统计一记录失效情况，将模拟情况进行汇总，可得总的系统可靠性指标，该方法由于计算方便！模拟情况基本符合实际状态，所以是一种具有深度挖掘的方法”。

2.3 统计评价法

该方法认为，矿井实际运行的风流应以风网解算的结果为基础，不能超过其固定的范围，如果风量超过其范围，就可以视为通风系统发生了故障"一般风量发生变化是由于开采过程的进行导致巷道发生变化，同时通风构筑物的的状态也在发生变化，而且这种情况取决于矿山的地质和采矿工艺条件"通过分析可以得到评价矿井通风系统的各个评价指标，根据评价指标对矿井通风系统的可靠性进行评价。

3 总结分析

矿井通风系统可靠性评价是一门交叉学科，涉及矿井通风、统计分析、安全评价、可靠性工程等多学科领域，包含深刻的科学问题和巨大的理论和实践创新空间。在未来的发展阶段，以下问题将是矿井通风系统可靠性评价研究的重点：

（1）矿井通风系统可靠性评价指标体系的动态性。

（2）矿井通风系统可靠性评价方法的科学性。

（3）矿井通风系统可靠性评价的决策支持系统与矿井其他系统的耦合。

总之，由于矿井通风系统可靠性评价的软科学性，对应用现代应用数学、计算机科学、人工神经网络、非线性科学、复杂性科学、可靠性工程等对矿井通风系统评价将是今后的发展方向。

总之，随着现代科学技术的不断发展，矿井通风系统可靠性评价工作也将不但的进步，将会与现代应用数学、统计学、可靠性工程等多个学科的有效整合，促进矿井通风系统可靠性评价工作的持续的发展。

参考文献

[1]王海桥.矿井通风网络的通风有效度分析[J]，煤炭工程师，1990.6.

[2]马云东.矿井广义可靠性理论[M].北京，煤炭工业出版社，1995，116-126.

[3]任振平.矿井通风系统可靠性分析及应用：硕士学位论文.唐山，河北理工大学，2008.

[4]李艳军.矿井通风系统可靠性分析方法研究：硕士学位论文.西安，西安科技大学，2008.