煤矿通风安全系统脆性分析

杨宇骏

(西山煤电集团杜儿坪矿，山西 太原 030022)

0 引言

目前，煤矿企业均面临着盈利少、煤矿安全管理不完善、安全设备落后等问题，究其根本原因是煤矿自身的危险性导致的，一旦有人员的伤亡或者塌陷等事件发生，就会直接造成企业的损失，得不偿失。因此煤炭企业想要摆脱当前所面临的困境，就需要响应国家的政策，将煤矿的安全管理放在首位，并在此基础上建设完善的煤矿通风系统。因此需要将内部与外部对通风系统的影响进行综合考虑，通过借鉴国内外的研究成果对煤矿通风系统进行完善，并对通风系统内部的各个子系统之间的作用进行研究，找出通风安全系统中子系统之间的脆性关系。

1 煤矿通风系统概述

现当下，煤矿的生产系统主要由采煤、掘进、机电、运输、通风以及排水系统组成，其中最重要的就是通风系统[1]，可以说这是整个煤矿生产过程的命脉所在。通风系统主要是利用风力为井下输入新鲜的空气，通风系统不仅能够用最经济的形式保证人们正常的呼吸[2-4]，而且能够将煤矿中产生的瓦斯以及粉尘等有害物质排出，给采矿工人提供优质的工作环境。当煤矿中有重大事故发生的时候，通风系统可以及时的将风力大小和风向进行控制，在其它措施的帮助下，减少危害的扩张，保证人们的生命安全和企业的收益[5]。纵观历史，煤矿开采过程中事故影响扩大多与通风系统质量的好坏相关，所以，想要煤矿能长期稳定安全的生产就需要有一个能够满足煤矿需风要求的并且长期稳定运行能够实现救灾的通风系统。通风系统主要分为两个子系统，即通风子系统和通风机子系统，这两个子系统共同构成了复杂的煤矿通风系统[6]。煤矿通风系统具有多样性、非线性、时变性以及可维修性的特点，并且这几个特点之间是属于强耦合的。通风系统的脆性指的是各个特性之间的强耦合很容易出现故障或者存在故障隐患，对其脆性研究的目的主要是为了防患于未然，减少煤矿因通风系统问题出现的事故。

2 通风系统内部子系统边界确定及脆性分析

2.1 通风参与者子系统

在整个煤矿生产过程中最大的参与者就是“人”，而通风系统最重要的任务也是给工作人员提供相应的氧气和安全，其中保证工作人员的安全是整个通风安全系统的主要职责，也是人的安全程度直接反应了通风安全系统的脆性，因此，人就是整个通风系统中的参与者子系统。据不完全统计，煤矿生产过程中由于工作人员的不安全行为导致的煤矿事故，占总事故比的55.37%。由此可以看出人的行为等各个方面也是影响通风系统脆性的因素，其具体可以划分以下几点构建通风参与者子系统的脆性因素，①工作人员的专业技术。煤矿属于一种特殊的职业，所有工作人员必须要持有相应的证件，因为他们对设备的了解和使用情况对系统的脆性产生直接的影响；②工作人员的受教育程度。工作人员的文化素质越高，学习能力以及组织能力相应会体改，安全意识也比较强。同时受教育程度较高的人也会将煤矿发展的注意力放在安全管理上面，而当下大多煤矿领导的文化水平不是很高，很难将管理重心放在安全上面，而是将更多的注意力放在企业的收益上，这就增加了通风系统的脆性；③煤矿企业对员工的培训。特殊行业的从业人员虽然都有相应的专业技能，但是时间长了就会在意识上表现出松懈，特别是安全问题方面，很有可能出现不安全行为，导致安全事故的发生，因此员工的安全意识培训是必不可少的，这样可以有效地防止人们在工作过程中出现错误操作，增加通风系统的脆性。综上所述，参与者子系统对通风系统的脆性有直接的影响，其系统脆性风险水平因果关系如图1所示。

图1 参与者子系统脆性风险水平因果图

2.2 通风系统设备子系统脆性因子构建

除以上的认为因素，煤矿通风系统自身原因也很有可能增加其脆性，比如设备的合格率、磨损等方面是影响通风系统正常运行的关键所在。只有设备合格并且能够按照规定进行使用才能降低煤矿系统通风的脆性。但是由于过度生产以及工作人员的违规操作会使相应的设备产生一定的磨损状况，并且人为的不合要求的开关通风机很容易集聚瓦斯，提高通风系统脆性，发生重大事故。为了将危险扼杀在萌芽内，文中从以下方面对影响系统脆性的因素进行研究：①风门以及风窗的密闭程度。这两者是通风系统最重要的组成部分，必须将其合理的进行设置，减少漏风率，使有效风率提高。这样才能降低系统的脆性；②供电系统的配置与使用情况。现当下煤矿中采煤技术多以自动化为主，大型的开采机械等需要足够的电力支持，通风系统中的大部分运作也是依靠电力，因此供电的稳定性是影响通风系统脆性的重要因素。因此，只有供电系统能够长期稳定的运行才能有效降低通风系统的脆性；③瓦斯的抽放水平也非常重要。煤矿中最容易发生的就是瓦斯事故，若瓦斯抽放的水平较低，将直接提高通风系统的脆性，所以只有瓦斯抽风设备满足当下需求才能降低系统脆性；④通风机的运转以及抗灾能力。通风机是通风系统的主要动力来源，并且在开采过程中长期处于运转状态，一旦该系统发生变故，将直接导致通风系统脆性处于崩溃状态。另外通风机能够在发生灾变的时候帮助通风，所以通风机内的抗灾系统也是影响通风系统脆性的重要因素。其机器设备子系统脆性风险水平因果关系如图2所示。

图2 机器设备子系统脆性风险水平因果关系

3 煤矿通风系统脆性结构分析

由以上的分析可知，影响煤矿通风系统脆性的原因包含：人、机、环境、管理4个系统，通过以上的分析研究得出了通风系统脆性结构如图3所示。

图3 通风系统脆性结构图

因为系统的功能与固有的特性之间是强耦合关系，所以影响脆性的关键因素之间有着单项、双向以及传递可达的脆性联系，而这种脆性联系就是脆性的源头，同时也是事故传播方式。如供电系统若是出现了问题，首先会导致设备损坏，其次会使通风机强制停工，最后导致矿井内的瓦斯瞬间集聚，造成瓦斯爆炸等事故。在对通风系统脆性结构的研究中发现，一旦影响脆性的因素发生变化，就会导致脆性事故的发生，并且导致整个煤矿生产中的脆性提高，传播速度迅猛。由于脆性降低发生的事故，其特点越是复杂就意味着事故发生的渠道越复杂，治理越复杂。当然好的一面是补救措施也越多，因此在事故发生的时候首先要找到脆性的传播途径，然后将其切断，保证企业最小的损失和人员伤亡。

4 产能增加幅度对通风系统的脆性影响

产能的增加也是影响通风系统脆性的一个关键因素，因为产能增加就代表各个系统要超负荷运行，增加系统的脆性。为了研究通过产能增加的幅度控制系统的脆性，通过实际的情况利用仿真软件做了部分仿真实验，并且制定了4种方案与原有的方案进行了对比，其对比结果见表1。其中不同方案对通风系统脆性风险水平的影响如图4所示。

表1 产能变化幅度方案对比

图4 不同方案煤矿通风系统脆性影响水平趋势

从图4中可知，想要有效降低通风系统的脆性，首先需要对影响通风系统脆性的因素进行研究，并找到相应的解决措施，将风险放在可控范围内，不仅能够保证煤矿生产的安全，而且会促进煤矿通风系统脆性控制的发展。

5 结语

煤矿通风安全系统的最大特点是具有动态特性，可以用有效的保证系统进行长期稳定的运行，因此，通风安全系统是整个煤矿生产装置中最核心的系统。有效降低通风安全系统的脆性不仅可以保持煤矿的鲁棒效应，而且能够提高企业的经济收益，促进我国的国民经济以及开采能源行业的发展。现当下我国煤矿事故的原因分为内部和外部两个方向，想要对这两个方向的原因同时进行监管，其主要的工作就是制定合理的通风安全系统管理制度，关注人机、环境，将其作为重点的监控对象，只有这样才能保证煤矿能够安全的进行生产，提高人们的工作效率和企业的收益率。