基于AHP的煤矿通风系统危险性评价

侯新旺

(同煤集团梵王寺煤矿，山西 大同 037003)

0 引言

矿井通风系统对井下开采具有十分重要的意义，是关乎煤矿安全生产的最主要的系统之一。通风系统正常良好的运转，能有效地控制瓦斯、火灾和煤尘等煤矿隐患的发生几率。通常通过仿真实验、计算机模拟以及系统评价等方法对各类生产矿井的通风网络进行优化处理，同时，研究的方向多侧重于矿井风流的流动规律和矿井通风系统安全性、可靠性评价。

文中通过对通风系统的危险源进行辩识，将各类危险源指标构建成通风系统危险源评价模型，并通过层次分析法对模型进行研究。

1 通风系统有害性分析及危险源辨识

1.1 通风系统有害性分析

通风系统状况：首先为了满足矿井风量设计要求需采用机械式通风，同时每个采区需要建立独立的通风系统；同时，通风机安装位置不合理，空气流动性不好，空气质量不良，有害气体不能正常稀释排出。

风量、负压和通风阻力：通风空气量供需、有效风量、负压和通风阻力是系统的关键参数。通风空气量过大对通风机负载过大，同时温度也容易升高；通风空气量过小不能满足设计要求，矿井环境不能达到安全标准，煤尘含量过高，氧气含量变低；通风阻力也能很好地反映出通风系统的运行状况，风阻过大可能巷道漏风量过大，井巷和采区易发生煤炭自燃现象。

空气分配模式：矿井应根据分区需要，通过调整各个通风构筑物调整各分区的通风阻力，调整各分区进风量。分区空气量分配不均匀，整体通风阻力增大，生产成本增加，整个矿井的通风系统负载过大。

采面风量控制：采面供风量不足时，瓦斯易积聚于井巷的上隅角，出现隐患，即使采用局部通风机，局扇由于安装状况不良，运行故障，还是会引发瓦斯超限的隐患。

反风系统：反风系统会在矿井灾变状况下，通过实现全矿井或区域性反风，减弱灾害和控制灾害蔓延方向。但设备存在故障或安装方式不妥，再此基础上的反风操作反而会扩大灾害程度。

1.2 通风系统危险源辨识

危险源辨识方法：通风系统危险源的辨识方法可以分为经验法和系统分析法2大类。经验法是通过对照和类比的方法进行辨识，需要有可以参照的已知状况矿井；而系统安全分析法也就是通常的事件树、事故树以及典型故障类型分析为代表的分析方法。

辨识过程：通过系统分割法将煤矿矿井各部分的特征和属性分割成不同的子系统、子单元，分别针对各个子系统、子单元的特征进行故障类型分析，追寻和剖析各类故障的本质发生原因。在对整个矿井通风系统进行故障类型辨识的过程主要有：①分辨整个矿井各部分间的组成和特征；②根据子系统的特征和属性划分分析的结构层次；③结合矿井的通风系统网络图进行分析；④分析各子系统的各类故障类型和危害程度；⑤将最底层的故障类型(危险源)汇总至整个分析模型中。

分类辨识：根据前面所述通风系统有害性分析，将通风系统中的危险源进行分类和辨识，从整体到局部，通风前段到通风回风段进行辨识。①研究整个通风系统状况，通风系统是否能够满足矿井生产需要；②研究矿井如何进行分区通风方式；研究系统中角联巷道等风路对系统的影响；整个矿井及各个分区反风系统是否能够正常运行；矿井中各个通风构筑物是否能够正常运作；采区的串联风路情况、巷道是否过度损坏失修、下行巷道通风面数；③需要考虑系统中回风段的阻力情况是否正常。最终根据上述分析将矿井通风系统危险源划分为11个指标，如图1所示。

图1 矿井通风系统危险源模型

1.3 通风系统危险源度值

根据参考相关文献，通过模糊数值统计确定的危险度值，见表1。

表1 矿井通风系统危险源指标的危险度值

2 通风系统危险度的AHP评价

层次分析法(Analytic Hierarchy Process)是既包含定性分析，又通过定量分析将主观的判断转化为数值性的客观评价的一种决策方法。通过建立对比标度，对单一准则层下的指标进行两两对比构建判断矩阵(列表)，能够将无形指标的测量转化为有形的判断指标，从而得到更加准确、客观、科学的评价结果。因此，层次分析法在对多指标系统的评价中，使用非常广泛。

2.1 判断矩阵的构建与计算

构建的原则是对每一层次中的因素都两两比较，矩阵形式如式(1)所示。

(1)

其中：rij代表指标因素Ri相对指标因数Rj的相对重要度，根据层次分析法的判断矩阵取值特点，取值范围通常为1～9(1/9～1/1)间的数值。

根据式1可以建立图1的判断矩阵如式(2)所示

(2)

对判断矩阵进行计算是通过求解其特征向量获得的，因此其权重值为

W=(w1,w2,…,wn)T

(3)

除了权重计算外，还要对判断矩阵进行一致性检验。这是为了判断元素两两比较的结果是否合理，如果一致性检验结果CR<0.1，就表示矩阵有满意的一致性检验结果。

CR=CI/RI

(4)

CI=(λmax-n)/(n-1)

(5)

式中：CR—判断矩阵的随机一致性比率，如果CR<0.10，层次单排序结果就有满意的一致性，否则需要重新取值；CI—判断矩阵的一致性指标；RI—平均随机一致性指标，取1.49。

最终，计算结果如下

W=(w1,w2,…,wn)T=(0.252 7，0.184 9，0.120 6，0.102 0，0.096 5，0.073 5，0.055 9，0.041 5，0.029 1，0.024 3，0.019 1)

λmax=11.965 2

CR= 0.064 8<0.10，满足一致性检验要求。

2.2 危险性分级与综合评价

将模型评价结果分为3个危险度等级，分别选取危险度值60，80时为区分危险度值的临界点划分3个区间。其中，I类危险源区间为[80，100]，在此区间通风系统极易发生事故，对煤矿安全生产产生重大不利影响；Ⅱ类危险源区间为[60，80]，在此区间通风系统可能发生事故，对煤矿安全生产产生一定不利影响；Ⅲ类危险源区间为[0，60]，在此区间通风系统较稳定，不会对煤矿安全生产产生不利影响。

煤矿通风系统危险性综合评价值

(6)

式中：E—矿井通风系统危险性的评价值；wi—第i个指标的权重；ei—第i个指标的危险度值；n—评价指标数，11；

以同煤集团梵王寺煤矿为例，对照表1进行危险源评价，评价打分结果见表1。根据式6可得综合危险度为

因此可判断通风系统较为稳定，危害程度较低。

3 结论

(1)在对煤矿通风系统有害性进行分析的基础上，对通风系统危险源进行了辨识研究，并最终将矿井通风系统危险源划分为了11个具体指标。同时，确定了每一指标在不同标准下的危险度值。

(2)通过层次分析法，对11个具体指标进行了权重计算和一致性检验，根据权重的不同结合危险度值得出了煤矿通风系统危险性综合评价方法。该方法在实践中能够较为科学、合理、客观地对煤矿通风系统危险性进行评价，具有一定的指导意义和实践价值。