铜矿矿工在工作现场如何进行安全确认_百度知道
铜矿矿工在工作现场如何进行安全确认
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本作业区域的安全状况、安全重点和作业过程中应注意的事项，并对存在的隐患进行排查，并及时向单位带班干部及有关部门进行汇报，在确认卡上填写清楚，在规范员工安全生产行为、现场文明生产等内容进行“条目式”设置，生产岗位人员上岗后，对照安全确认卡上的内容，逐项进行现场安全确认针对矿山企业的特点，该矿找准符合自身发展的安全管理载体，紧紧围绕人、机、物、环境这些核心要素、全方位，为每个岗位人员量身订制了一套内容简洁、针对性强，使安全确认更加到位，采取现场防护措施，有效堵住了隐患源头，增强了岗位员工的安全防范能力、全覆盖的安全确认体系。　　“条目式”安全确认制度是根据各岗位工种实际、不同的工艺特点和要求。　　通过实施“条目式”安全确认卡填写，使作业人员在上岗前准确了解本岗位、便于操作、通俗易懂的现场安全确认流程。该矿将每个工种作业现场需要进行安全确认的项目列成条目、井下全面实施了“目录式”安全确认制度，构建了全过程，提高了安全确认的规范操作，防止了检查过程的漏项现象，同时对存在的问题不能当班处理的、落实安全制度上下功夫。在全矿生产作业岗位，不论井上，制作成确认卡，各工种的安全确认卡重点围绕安全设施、设备状况
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矿井通风系统安全评价与优化研究
全日制硕士学位论文矿井通风系统安全评价与优化研究 Study on Safety Assessment and Optimization of Mine Ventilation System学生类别： 申请人姓名： 指导教师： 专业名称： 研究方向：工学硕士 吴风国 景国勋 教授 矿业工程 安全系统工程河南理工大学安全科学与工程学院 二 O 一二年六月
河南理工大学 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他 个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做 的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。 本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 学位论文作者签名: 年 月 日河南理工大学 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 河南理工大学 有权保留并向国家有关部门或机 构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 河南理工大学 可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播， 可以采用影印、缩印或扫描等手段保存、汇编、出版本学位论文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书。 学位论文作者签名： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日
中图分类号：X936 UDC：622密 级：公开 单位代码：10460矿井通风系统安全评价与优化研究 Study on Safety Assessment and Optimization of Mine Ventilation System申请人姓名 学科专业 导师 提交日期吴风国 矿业工程 景国勋 2012.06申请学位 研究方向 职称 答辩日期工学硕士 安全系统工程 教授 2012.06河南理工大学
致 谢光阴似箭，不觉硕士阶段的学习即将结束。当初正是怀着对安全专业的无限 向往和对未来的美好憧憬，经过刻苦的努力，终于能如愿进入安全学院继续学习， 使我在学习的领域更扩展了一步。而正是在这里得到了老师们的细心指导和不倦 教诲，使我的专业知识有了新的飞跃。同时对事情的认知能力也进一步提高，学 会了正确的去面对挫折，世界观、人生观、价值观也逐渐成熟，多了一份从容和 淡定，少了些许的喧嚣和浮躁。还结识了许多良师益友，这无疑是我人生中非常 宝贵的财富。 在这里，我首先要感谢敬爱的导师景国勋教授，在整个过程中他给了我很大 的帮助。在论文题目制定时，他首先肯定了我的题目大方向，但是同时又帮我具 体分析使我最后选择了矿井通风系统安全评价与优化这个具体目标，让我在写作 时有了具体方向。论文提纲制定时，我的思路不是很清晰，经过老师的帮忙，让 我在完成论文的过程中加倍顺利。在完成初稿后，老师认真查看了我的文章，指 出了我存在的很多不足和需要改进的地方。在此十分感谢景老师的细心指导，才 能让我顺利完成毕业论文。 在论文的写作过程中，杨运良老师、张攀老师都给予了我很多指导意见，在 此谨向他们表示衷心的感谢。同时还要感谢跃进矿通风科的刘海军科长，他提供 了很多现场的数据与资料，使我顺利的完成论文的写作。同时安全学院优良的学 风和学院老师严肃认真的治学态度值得我永远学习。 另外，我还要感谢我们团队的所有师兄弟、同学和所有关心我的朋友们，是 他们让我的论文写作过程中不乏欢声笑语，过程也轻松许多。 从论文开始选题到现在的定稿，虽然论文的写作过程花费了大量的时间和精 力，但论文仍有很多不足。恳请各位老师和同学提出宝贵的意见！
摘要矿井通风系统是矿井生产中的一个子系统，它既依附又制约于矿井生产的主 系统。矿井通风系统的优劣，直接关系到矿井的安全生产和经济效益，因此需要 对矿井通风系统进行正确合理的评价。 本文从矿井通风系统的定义入手，从安全性、可行性、经济性三个方面选取 了矿井通风动力、通风网络、通风设施、通风质量、防灾抗灾能力、通风科学管 理、通风经济合理7项二级指标进行分析，继而对这七项指标再进行细化。从中选 取出能直接影响到二级指标值并具有明确物理意义和独立量化标准的指标，分别 建立相应的隶属量化函数，给出其评价值。 建立了完善的矿井通风系统评价体系，运用系统工程中常用的层次分析法， 本着突出对矿井通风系统安全、可靠、经济起基础重要作用的因素为原则，分析 了每一项指标对系统的影响程度，确立其对应的权重值，构建其相应的隶属函数， 计算出其各自的评价值，依据各自的权重值和评价值推出了矿井通风系统综合量 化评价值。 结合矿井优化的实际案例，根据提出的通风系统优化方案，运用建立的评价 体系确定了各项参数值，计算全矿井优化前和优化各方案的指标值和评价值，发 现了各个方案的优劣与不足。按最高积分确定最优方案并得出可推广的结论。 关键词：通风系统；模糊综合评价；层次分析法；优化；I
AbstractMine ventilation system is a subsystem of the mine production，It attached to the main system ，but also restriced the mine production. The pros and cons of the mine ventilation system, directly related to safety in mine production and economic benefits. Therefore, it must be the correct assession of the mine ventilation system. In this article, start form the definition of the mine ventilation system, from three aspects of the safety, feasibility, economic, to determine seven indicators of coal mine ventilation: Ventilation power, Ventilation network, Ventilation facility, Ventilation quality, Ventilation disaster prevention and resilience, Ventilation scientificmanagement, Economical and reasonable ventilation. Then detail of the seven indicators.In this paper,the author selected from the detail indicators, which can direct impact on the value of indicators and has a clear physical meaning and independent indicators of the quantitative criteria. To establish the appropriation of the quantization function, the author calculates its evaluation value. Established a perfect system of mine ventilation system evaluation, combination of analytic hierarchy process in systems engineering, In principle of prominented the mine ventilation system is safe, reliable, and the economy. The author determines the weights of ever indicators. Based on the weight values and the evaluation values, Calculate the evaluation values the total score of the mine ventilation. According to the proposed ventilation system optimization, selected the actual case of mine optimization.The use of established evaluation system to determine the parameter values. The calculation of the mine ventilation before optimization and optimizations of the mine ventilation has been proposed.Discovered the merits and shortcomings of the various options. Determine the optimal solution and can be generalized conclusion. Key words: V Fuzzy com Analytic Hierarchy P Optimization.III
目摘 目 1 1.1 1.2 1.3 1.4录要 ......................................................................................................................... I 录 ........................................................................................................................V 绪论 ........................................................................................................................1 矿井通风系统概述 ..............................................................................................1 矿井通风系统综合评价与优化的意义................................................................2 矿井通风系统评价方法的研究发展与现状 ........................................................3 主要内容及技术路线 ..........................................................................................5Abstract .................................................................................................................... III1.4.1 本文主要内容 ............................................................................................................................ 5 1.4.2 技术路线图 ................................................................................................................................ 52 2.1 2.2矿井通风系统评价体系的建立 ..............................................................................7 矿井通风系统一级指标.......................................................................................7 矿井通风系统二级指标.......................................................................................82.2.1 矿井通风动力 ........................................................................................................................... 11 2.2.2 矿井通风网络 ........................................................................................................................... 15 2.2.3 矿井通风设施 ........................................................................................................................... 16 2.2.4 矿井通风质量 ........................................................................................................................... 18 2.2.5 矿井防灾减灾能力 ................................................................................................................... 20 2.2.6 矿井通风科学管理 ................................................................................................................... 22 2.2.7 矿井通风经济合理 ................................................................................................................... 233 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 4矿井通风系统评价指标权重的确定 ....................................................................27 建立两级层次分析模型.....................................................................................27 构造相应判断矩阵 ............................................................................................28 计算判断矩阵的特征向量和最大特征根并检验 ..............................................29 层次分析总排序及一致性检验 .........................................................................32 对三级指标的分析结果.....................................................................................33 矿井通风系统评价与优化理论 ............................................................................374.1 评价与优化方法的选取 .......................................................................................37 4.2 评价过程分析 .......................................................................................................38V4.2.1 计权算法 ................................................................................................................................... 38 4.2.2 系统安全评价的程序 ............................................................................................................... 384.3 评价结果计算 .......................................................................................................39 4.4 评价结论与优化方案的选取 ................................................................................41 5 5.1 5.2 矿井通风系统评价与优化案例分析 ....................................................................43 煤矿概况 ............................................................................................................43 通风系统安全评价基本参数 .............................................................................435.2.1 矿井通风动力基本参数 ........................................................................................................... 46 5.2.2 矿井通风网络基本参数 ........................................................................................................... 46 5.2.3 矿井通风设施基本参数 ........................................................................................................... 46 5.2.4 矿井通风质量基本参数 ........................................................................................................... 47 5.2.5 矿井防灾减灾能力基本参数 ................................................................................................... 47 5.2.6 矿井通风科学管理基本参数 ................................................................................................... 48 5.2.7 矿井通风经济合理基本参数 ................................................................................................... 485.3 通风系统存在的主要问题 ....................................................................................49 5.4 通风系统优化方案 ...............................................................................................50 5.5 通风系统优化方案分析........................................................................................52 5.6 运用建立的通风系统评价体系比较各方案得分 .................................................55 6 结论与意义 ...........................................................................................................596.1 论文的主要结论 ...................................................................................................59 6.2 可使用的最优方案 ...............................................................................................60 6.3 论文的展望 ...........................................................................................................60 参考文献 ....................................................................................................................63VI1绪论1绪论矿井是由多系统（采掘系统、提升运输系统、给排水系统等）密切配合而组成的复杂统一体，各系统之间相互制约，又相互关联。矿井通风是其中的一个子 系统，它既依附又制约于矿井生产主系统。同时与开采煤层的地质赋存、自然条 件、开拓开采方法等外部因素密切关联。 矿井通风系统是矿井通风动力及其装置、通风网络和通风控制设施的总称。 它反映了以各种技术手段输送、调度空气在井下流动，维护矿井正常生产和劳动 安全的动态过程。 矿井通风是矿井安全生产的最重要技术保障手段之一。在矿井正常生产过程 中，向矿井各个用风地点供给地面新鲜空气，保障作业地点工作人员呼吸，并排 出井下各种有毒、有害气体并稀释矿尘，保障井下作业人员的身体健康和安全生 产。 煤炭是我国工业可持续发展的重要保障。但是经过多年的开采，生产矿井的 延伸，生产布局的变化，矿井生产能力的增大，开采深度不断加深，开采的地质 条件也更加复杂，矿井通风系统对矿井安全生产和经济效益起着越来越大的作用。 因此，需要对矿井通风系统的优劣做出正确合理的评价与优化，在矿井通风系统 的规划、设计施工和管理工作中都要予以充分的考虑。设计好通风系统、施工好 通风系统、管理好通风系统、改造好通风系统。 关于矿井通风系统的评价问题，人们已提出了许多种评价指标和方法，有单 指标，也有综合指标，有打分法，也有层次分析法等。由于我国煤矿众多，条件 千差万别，目前的具体的各种指标和方法都有一定的欠缺之处，因此，如何正确 地评价矿井通风系统仍是人们正在研究的一个重要课题。1.1 矿井通风系统概述矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的进、回风 井的布置方式，主要通风机的工作方法，通风网路和风流控制设施的总称[1]。 矿井通风系统是矿井通风中运用率很高的一个专业术语。山东矿业学院的谭 允祯教授将矿井通风系统定义为:矿井通风系统是生产矿井的主要组成部分，是矿 井通风方式、通风方法和通风网络的总称[2]。中国矿业大学陈开岩、王省身等将它 定义为:矿井通风系统是由通风动力及其装置、通风井巷网络、风流监测与控制设 施所组成[3]。吴中立在《矿井通风与安全》中把它定义为:矿井通风系统是向矿井 各作业地点供给新鲜空气、 排除污浊空气的通风网路、 通风动力和通风控制设施(通1河南理工大学硕士学位论文风构筑物)的总称[4]。 在矿井正常生产时期，矿井通风系统的主要任务是：结合通风动力装置，以 最有效、最经济的方式，不断供给井下各用风地点优质、充足的新鲜空气，保证 用风地点作业人员的呼吸，排除瓦斯、二氧化硫等有毒有害气体，稀释粉尘等各 种有害物质，同时排除热量，降低热害，为井下作业人员创造好的工作环境。与 些同时，在矿井发生灾变时，矿井通风系统能及及时有效的起到防灾减灾的作用： 快速控制风向及风量，并与其它措施相结合，减少灾害的损失，进而消灭事故。 矿井通风系统随着矿井生产的进行而不断地发生变化。在矿井设计之初就应 该兼顾中、后期的生产需要。在正常生产过程中，随着采掘工作面的推进与接替； 采区的准备、生产与结束；矿井巷道开拓不断延伸等，使通风系统在网络结构上 随生产的进行不断发生变化。此外，由于采矿活动的影响，通回风巷道在外应力 的作用下逐渐变形甚至冒顶、片帮、底鼓等使巷道断面缩小；各种通风动力设备 （主、局部通风机）不断磨损、锈蚀等使性能逐渐衰退；矿井自然风压随时间的 周期变化；通风设施也受压变形，增大漏风量；矿车运行、人员活动等等，从而 使通风系统运行参数发生变化，而且各种参数变化具有随机性。因此，从严格意 义上说，矿井通风系统是一个复杂的、随机的、开放的动态系统[2]。 矿井通风系统是矿井防灾、抗灾的基础，是矿井安全生产的根本保证，并且 还直接影响着矿井的生产能力和经济效益。一个安全、可靠、经济的矿井通风系 统不仅应与矿井的开拓开采系统相匹配，以最经济的手段使通风能力满足矿井生 产的需要，而且还应具有简畅的通风网路、合理的通风机工况，以预防灾害的发 生，并在灾害发生后能控制灾变的发展。 由此可见，人们对矿井通风系统认识的基本内容是大致相同，但是表达方式 和侧重点却有所不同。综上所述，矿井通风系统是由一个由相互联系、相互作用、 相互影响的各种因素所构成的，由不同的通风方式、通风方法、通风网路、监测 监控和调控设施所组成的，向整个矿井供给新鲜风流，同时排除井下的有毒、有 害、窒息爆炸性的气体和粉尘，保证井下通风的质量，防止和减少各种灾害事故， 保障井下作业人员的健康和安全，保护国家资源和财产的一个多因素组成的动态 统一的整体。1.2 矿井通风系统综合评价与优化的意义矿井通风系统是一个动态的、随机的、模糊的复杂系统，需要引入系统工程、 网络图论、模糊数学、人工智能、最优化等理论与方法，利用现代计算机技术手21绪论段，对矿井通风系统进行优化设计、运行状态模拟、评价和最优控制。 矿井通风系统的优化最重要的是确定矿井通风系统方案的评价指标和优化方 法。评价指标必须能确切地反映矿井通风系统的状况和质量，指标有独立的物理 意义，符合科学、可测、可比和简明的原则。 近年来，随着系统工程、最优化理论与算法以及计算机应用的迅速发展，矿 井通风系统的优化技术研究也取得了长足的进展。在保证矿井需要风量的前提下， 使通风巷道的施工费、维护费和通风电费为最优；合理分配网路使矿井风压值最 合理；也能合理布置调节设施的最佳位置及参数，使矿井通风总功率最小；合理 分配网络中分支的风量，选择满足矿井通风的最优风机。1.3 矿井通风系统评价方法的研究发展与现状关于矿井通风系统的评价问题，人们已提出了许多种评价指标和方法，有单 指标，也有综合指标，有打分法，也有层次分析法等。由于我国地质条件复杂、 煤矿条件千差万别，目前具体的各种指标和方法都有一定的不足之处，因此，如 何正确地评价矿井通风系统是人们不断研究发展的一个重要方向。 矿井通风系统就根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田 面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井案例、兼顾 中、后期生产需要的前提下，通过对多个可行的矿井通风系统方案进行技术经济 比较后确定。 近年来，通过国内矿井通风学者不断研究，矿井通风系统的外部优化方法(方 案优选法)取得了很多的成果，提出了许多不同的方案优选评价方法，概括起来大 致可以分为以下三类：（1）单指标法，即用单一的指标来评价矿井通风系统方案 的优势。如用单一的矿井等积孔的大小来评判矿井通风系统通风状况的好坏； （ 2） 多目标列举法，是将通风系统中的若干个影响因素列举出来，结合分析出矿井通 风系统的运行状况好坏；（3）综合评判法，是目前评价矿井通风系统方案好坏的 主要方法。它综合矿井通风系统的各个指标，对各个指标的影响程度大小进行分 析，从而在很大程度上全面反映出矿井通风系统方案的优劣，综合进行评价。这 类方法包括：矿井通风系统多目标属性决策法、加权相对距离值最小法、耗散结 构理论法、矿井通风系统模糊优化法、层次分析法、最高积分法、矿井通风系统 方案灰色关联决策法、应用遗传算法进行矿井通风系统方案优化法。 1985 年，徐瑞龙教授应用图论和可靠性理论相结合的方法，讨论了矿井通风 网络可靠度计算，为矿井通风系统可靠性分析提供了一种定量差别的途径[5]。19873河南理工大学硕士学位论文年，赵永生教授提出了用逐步线性回归分析法判断对网络影响最大的分支[6]。1990 年王海桥教授以可修系统理论为基础，分析了矿井通风系统的管理、评价矿井通 风系统的好坏提供了新的依据[7]。1995 年，马云东教授从矿井通风系统整体出发， 详细分析了矿井通风构筑物、主通风机和矿井通风网络各分支之间的相互联系和 影响，给出了矿井通风系统及其各单元的定义，建立了矿井通风系统的可靠性分 析理论模型[8]。 2000 年，兖州矿业集团夏孝明在矿井通风系统方案优化中给出了一整套完整 的评价指标和优化方法，总结出一套完整的矿井通风系统评价体系[9]。2002 年武 卫东，景国勋等应用层次分析法对所建立的平顶山煤业集团六矿通风系统方案优 化指标体系，为优化奠定了可靠的基础，且为指标权重的确定提供了一种科学方 法[10]。2004 年蔡卫运用层次分析法研究了通风系统的影响因素，建立了矿井通风 系统安全性评价体系，用矿井通风系统安全度来定量描述矿井通风系统的安全性[11]。2005 年程磊，杨运良，熊亚选建立一个科学合理的评价指标体系。对其进行系统分析，能全面的反映出矿井通风系统的状况，在实际中推广应用[12]。 我国通风界专家、学者和广大技术人员通过在这几十年里的不断研究和实践， 不断总结经验，在矿井通风系统优化方面取得了不少实用的成果，归纳起来主要 包括如下几类：矿井通风系统阻力研究、矿井通风系统主通风机工况优化研究、 矿井通风系统风量调节研究、矿井通风系统安全可靠性研究[13]。 矿井通风系统评价与优化是一个多目标、多层次的模糊综合评价问题。目前 看来，其主流方法为：按目标分层，用模糊优选理论对矿井通风系统设计方案进 行优选，层次分析时允许评价指标重叠，从而便于确定目标与评价指标的权重[14]。 运用模糊数学原理，建立矿井通风状况评价指标体系及各指标评价隶属度，采用 这种模糊综合评价方法，可以使矿井通风状况的综合评价结果尽量客观，从而取 得较好的实际效果[15]。 目前通风系统评价方法存在的问题 （1）单指标法：只反映通风系统的某个侧面，不能对系统作出全面、合理的 评价，且我国煤矿众多，条件千差万别，指标值差别很大，可比性差。 （2）模糊综合评判法，对确立的评价因素，一般是采用专家打分法，一般很 难反映矿井通风系统中各因素的真实性，如抗灾能力到底如何。 （3）层次分析法：在确立各因素的重要性时，也存在专家意见问题，且层次 分析法的结果只是给出各因素对目前的重要性的排序，而不能说明某矿通风系统41绪论中某一个方面通风工作搞的如何。 矿井中的瓦斯、煤尘、煤炭自燃等事故发生的原因是多方面的，其中矿井通 风系统不完善是导致这些事故发生的主要因素。因些要减少这些事故的发生，必 须提高矿井通风系统对这些事故的防灾、抗灾能力，即要提高矿井通风系统的安 全性。1.4 主要内容及技术路线1.4.1 本文主要内容本文从矿井通风系统入手，通过对通风系统的评价体系的建立，选出能全面 反应出矿井通风系统整体的各项指标，建立评价模型。对其每项指标建立分级隶 属函数，得出其合理的评价量。再用层次分析法将七项指标分别从安全性，可靠 性，经济性三个方面的分析，得出其不同的权重值，带入求出其得分。并以义煤 集团跃进煤矿为案例，对其进行评价分析，并对其系统进行优化。对其例出的优 化方案进行分析，运用建立的评价体系对其进行评价，找出最优结果，提出意见 并总结。1.4.2 技术路线图本文的技术路线图如下所示：5河南理工大学硕士学位论文建立矿井通风系统 三级评价体系对评价体系每一项 指标进行量化分析运用层次分析法对每一项 指标进行权重计算并分析 结果对评价体系每一项量 化指标建立隶属函数计算矿井多目标综 合评价值应用优化案例选出最优方案并分 析 图 1-1 本文技术路线图 Fig.1-1 The technical route of this text62矿井通风系统评价体系的建立2矿井通风系统评价体系的建立本文从矿井通风系统的定义入手，结合矿井通风系统安全性、技术性、经济性三个方面的要求，从矿井通风动力、通风网络、通风设施、通风质量、防灾抗 灾能力、通风科学管理、通风经济合理七个方面来研讨并把每一项再细化为若干 小项对其进行三级评价，共确定了 33 个矿井通风系统评价指标。对每一项指标的 评价标准分别列出，并对每一项评价指标综合分析，兼顾影响其状态的各个方面 从而给出评价标准，能全面、系统地反映矿井通风系统，建立了一套系统、科学 的矿井通风系统评价指标体系。2.1 矿井通风系统一级指标矿井通风系统安全评价不同于目前煤矿安全评比，也不同于安全检查，目前 的检查评比注重矿井通风的管理。矿井通风系统的综合安全评价应考虑到系统的 各个方面，客观反映出评价矿井通风系统结构本身的安全状况。因此，确定的评 价指标应能系统地反映矿井通风系统结构安全和各方面的综合质量。 综合前人的分析可看出，矿井通风系统是一个模糊的但有一定内在规律的综 合体系。故本文把目标层概分为安全可靠、技术可行、经济合理三个方面[16]，再 就矿井通风的整体细化为以下七个方面的指标进行分析。 从全面考虑，对矿井通风系统组成结构进行了全面系统的分析，参考《规程》 的有关规定和各方面文献资料的考阅和现场技术人员的经验，并本着主从相关原 则、回归关系原则和方向性原则，本文选取了矿井通风动力，矿井通风网络，矿 井通风设施，矿井通风质量，矿井防灾减灾能力，矿井通风科学管理，矿井通风 经济合理七个方面的二级指标进行分析。7河南理工大学硕士学位论文矿 井 通 风 动 力 B1矿 井 通 风 网 络 B2矿 井 通 风 系 统 综 合 指 标 体 系矿 井 通 风 设 施 B3 矿 井 通 风 质 量 B4 矿 井 防 灾 减 灾 能 力 B5矿 井 通 风 科 学 管 理 B6 矿 井 通 风 经 济 合 理 B7 图 2-1 矿井通风系统评价体系指标图 Fig.2-1 The evaluation system indicatrix of mine ventilation system2.2 矿井通风系统二级指标在一级指标体系中选取了矿井通风动力，矿井通风网络，矿井通风设施，矿 井通风质量，矿井防灾减灾能力，矿井通风科学管理，矿井通风经济合理七个方 面。笔者通过参阅前人对矿井通风系统二级指标体系的建立的大量资料的基础上， 从上文建立的七个准则层一级指标细分为 33 个二级指标，对其每一项都找出其所 属的量化评价标准[17]，建立隶属函数。 矿井通风系统评价体系及底层评价项目确立后，其首要问题是如何能正确、 合理、客观地对底层评价项目指标进行定量化。本着能够确切地反映系统综合状 况，具有独立明确的物理意义，避免用多种指标同时反映一个特征，符合科学、 可靠、可比、简明和可操作性的原则，将每一项指标的物理意义及隶属量化函数 分别建立，并给出其评价值。82矿井通风系统评价体系的建立矿井 通风 动力 B1矿井通风风压 C 1 1 矿井通风等积孔 C 1 2 主要通风机运转稳定性 C 1 3 矿井外部漏风率 C 1 4 主要通风机工况点合理 C 1 5 矿井通风网络复杂程度 C 21 用风段串联通风发生率 C 22 矿井通风网路独立回路数 C 2 3 矿井通风网路角联分支数 C 2 4 用风区风流不稳定角联分支数 C 2 5矿井 通风 网络 B2矿 井 通 风 系 统 二 级 综 合 指 标 体 系矿井 通风 设施 B3矿井通风调节设施合格率 C 3 1 局部通风设备与设施可靠性 C 32 矿井通风调节设施合理性 C 3 3 矿井风网调节合理度 C 3 4 矿井通风阻力分布合理性 C 3 5矿井 通风 质量 B4 矿井 通风 防灾 减灾 能力 B5 矿井 通风 科学 管理 B6 矿井 通风 经济 合理 B7矿井风量供需比 C 4 1 用风地点风量合格率 C 4 2 用风地点风质合格率 C 4 3 用风地点温度合格率 C 4 4 用风地点粉尘浓度合格率 C 4 5通风方式与方法可靠性 C 51 矿井防灾设施安装达标率 C 5 2 矿井反风系统灵活度 C 5 3 矿井反风系统可靠度 C 5 4 通风系统防火阻燃系统合格度 C 5 5 避灾路线通行时间 C 56矿井通风监测监控合格率 C 6 1 井下通风安全状况检测率 C 6 2 通风设备质量合格率 C 6 3 通风系统规章制度执行达标率 C 6 4矿井吨煤主要通风机电费 C 7 1 主要通风机综合效率 C 7 2 矿井有效风量率 C 7 3图 2-1 矿井通风系统三级评价指标图 Fig.2-1 The evaluation system indicatrix of mine ventilation system9河南理工大学硕士学位论文在矿井安全生产中有很多复杂的过程，由于它们所具有的非线性和时变性特 点，以及对它们的状态进行测量存在许多困难等原因，难以对它们实现自动控制 与防范。因此，在矿井生产中有许多模糊性因素，这些因素往往在矿井通风系统 中对其影响显著并有很强的模糊概念，从而使传统的数学方法在这些方面很难发 挥效力，而模糊数学恰为处理这类模糊事物提供了合适的数学手段。 1965 年，美国著名数学家查德（Lotfi Asker Zadeh）在模糊集合一文中提出了 处理模糊事物的新的数学概念――“模糊集合”， 并引入”隶属函数”概念来描述模糊 与不模糊之间的过渡，它标志着模糊数学的诞生，现已广泛应用于科学技术和实 际生活中[18]。由于人们对事物的描述、看法、评价在很大程度上都是模糊的，因 此，它在教育学、工程、自然灾害预测预报、人工智能等许多领域得到了广泛应 用。它的指导思想是，尽可能全面地考虑影响因素，同时也考虑这些因素所起作 用的大小(即权重)，通过模糊合成关系得出明确的结论。此方法的特点就是按块块 考虑问题，而不是按条条考虑问题。 模糊数学应用于研究和处理模糊现象。在这里，模糊概念本身具有明确的物 理意义，但概念的外延是模糊的，我们就称之为模糊概念。为了能定量的表达模 糊概念，不能简单用一个字“是”和“否”来分析，应用一个定量的标准来反映它隶属 于该模糊概念的程度。在模糊数学中，我们就引入“0”和“1”来定义“是”和“否”，用 0~1 之间的数来反映论域中元素隶属于模糊集合的程度， 而隶属函数的作用就在于 确定这个因素的定量值。结合矿井通风系统以上的综合指标，把每一个指标的隶 属度得出一个定量的分析结论[19]。 如何正确地建立各个因素对应的隶属函数，是利用模糊数学原理准确的定量 分析矿井通风系统不同因素模糊性的基础。故可采用如下正规简单的模糊隶属函 数的构造方法来建立。 在矿井通风系统中，我们把某一项指标的论域 X 限制在实数域内，一个正规 简单模糊子集 A 应含有且只含有一点 x0 使 μA（x0）=1， x0 可看作模糊集 A 的“核心”， 我们还可以根据经验来判定在 x0 的左右分别有一个点 x1，x2，使得 μA（x1 ），μ A（ x2 ） =0，且当 x1&x&x2 时 μA（x）&0。x1，x2 实际上给出的是模糊集的台。一种自然的想 法是用线性插值法来得到其余各点的隶属函数。 于是可以设想 μA（x）具有如下的形 式：102矿井通风系统评价体系的建立?[ f1 ( x )]? , x1 ? x ? x0 ? ? A (x) ? ?[ f1 ( x)]? , x0 ? x ? x2 ? 0, 其他 ?（2-1）式中 f1(x)，f2(x)为线性函数并满足 f1(x1)=f2(x2)=0，f1(x0)= f2(x0)=1。参考上述 正规简单模糊集的构造方法，结合本文选取矿井通风系统评价指标，建立评价指 标的分级隶属函数如下文所述。2.2.1 矿井通风动力2.2.1.1 矿井通风风压 矿井风压是反映矿井通风系统的重要指标。矿井风压越高，矿井通风管理难 度越大，漏风的几率和风量也越大，从而导致煤炭自燃和瓦斯积聚的可能性也越 高。根据现场的经验，按照类比的方法确定矿井风压的阈值[20]为： h0 ? 174.95Q 0.42 f 式中： h0 ――矿井风压的阈值，Pa；Q f ――通风机的风量， m3 ? s ?1 。 故，可例出矿井风压的白化函数如下所示：（2-2）? 1 ? ? H ? h0 f ? ?1 ? h0 ? ? 0 ?H ? h0 H ? h0 H ? 2h0（2-3）式中：H――矿井的实际风压值，Pa； h0 ――矿井风压的阈值，Pa。 2.2.1.2 矿井通风等积孔 在矿井通风系统中，地面大气从入风井口到主要通风机入口，把顺序连接的 各段井巷的通风阻力累加起来，就得到矿井通风总阻力 hRm ，就是井巷通风阻力的 叠加原则。 已知矿井通风总阻力 hRm 和矿井总风量 Q,即可求得矿井总风阻 Rm :Rm ?hRm Q2（2-4）2 ?8 式中： Rm ――矿井总风阻， Ns ? m ；hRm ――矿井总阻力，Pa； Q ――矿井总风量， m3 ? s ?1 。 Rm 可以作为反映矿井通风难易程度的一个指标，但不够形象且单位又复杂。 因此常用矿井等积孔作为衡量矿井通风难易程度的指标。11河南理工大学硕士学位论文矿井等积孔 A 是 1873 年缪尔格（Murgue）根据当时的生产情况提出的[21]， 一直没用至今。计算式如下： A=1.19 Q ? 1.19 / Rm hRm （2-5）3 ?1 式中：Q――矿井总风量， m ? s ；hRm ――矿井总阻力，Pa；2 ?8 Rm ――矿井总风阻， Ns ? m 。对于单风机工作的矿井，其通风难易程度划分如下表 2-1 所示：表 2-1 矿井通风难易程度分级 Table 2-1 Classification of the degree of difficulty of mine ventilation矿井能风难易程度 容易 中等 困难 矿井总风阻 Rm/ Ns ＜0.355 0.355～1.420 ＞1.4202? m ?8等积孔 A/m2 ＞2 1～ 2 ＜1此指标适应于单风机通风的矿井，目前还在沿用。 根据有关通风质量标准所定的矿井风量与阻力的合理关系，进行矿井通风等 积孔与矿井风量的回归分析，从而建立其相关的函数式[22]，可表示如下： Amin ? 0.05Q 0.834 ? A ? Amax ? 0.07Q 0.791 （2-6） 式中： A ――矿井等积孔，m2； Amin ――矿井等积孔合理的最小值，m2； Amax ――矿井等积孔合理的最大值，m2；Q ――矿井总风量，m3?s-1。由上式可得下表 2-2：表 2-2 矿井等积孔合理范围取值表 Table 2-2 The mine equivalent orifice reasonable scope valueQ / m3 ? min ?1Amin / m2 Amax / m2 0.65 1.12 1.55 1.94.31 2.67 3.02 4故矿井通风等积孔分级隶属函数，可用下列公式，?1 ? f ? ?1 ?0 ? A ? Amax Amin ? A ? Amax A ? Amin（2-7）式中： A ――矿井等积孔，m2； Amin ――矿井等积孔合理的最小值，m2；122矿井通风系统评价体系的建立Amax ――矿井等积孔合理的最大值，m2； 2.2.1.3 主要通风机运转稳定性 矿井主要通风机是矿井安全生产的生命线，担负着整个矿井或一翼的通风， 其稳定性好坏直接影响着矿井的安全生产和职工的生命安全。本文主要从三个方 面评价其稳定性： （1）是否配备两台风机，其中一台运行，一台备用。且备用风机是否无故障， 能按时检修，做到能在一台风机出现故障的三分钟内开启备用风机，及时送风。 ?1， d ? 1 （2-8） f ?? ?0， d ? 0 式中：d――备用风机数。 （2）主扇喘振发生率（次/年）。评价标准是指轴流式主扇在矿井正常生产期 间，平均一年的时间里发生喘振的次数。 ?1， d ? 0 f ?? ?0， d ? 0 式中：d――主扇喘振发生率，次/年。 （3）主扇无计划停运次数。评价标准是按在一年的正常生产期间在用风机实 际发生无计划停运的次数。 ?1， d ? 0 f ?? ?0， d ? 0 式中：d――主扇无计划停运次数，次。 以上三项因素属于条件事件， 任意一项为 0， 则定义主通风机运转稳定性为 0。 2.2.1.4 矿井外部漏风率 矿井外部漏风率是指矿井外部漏风量 QL 与各台主要通风机排风量总和之比。 其计算公式如下：PL ?（2-9）（2-10）?Q ??Q ?Qfi fiti? 100%（2-11）式中：PL――矿井外部漏风率，%； Qfi――分别为第 i 台主要通风机的实测风量，m3/s； Qti――分别为第 i 号回风井的实测风量，m3/s。 其评价标准以漏风率的百分率得出，《煤矿安全规程》规定：装有通风机的 井口必须封闭严密，外部漏风率在无提升设备时不得超过 5%，有提升设备时不得 超过 15%[23]。此指标值越小越好，属下限效果测度，故可列出如下公式：13河南理工大学硕士学位论文? 0， PL ? 5 ? f ? ? 5 ? PL ， PL ? 5 ? ? 5 式中：PL――矿井外部漏风率，%；2.2.1.5 主要通风机工况点合理（2-12）为使通风机能安全稳定、经济高效地运行，它在整个运行期间，其运行工况 点应在合理的范围中。从安全稳定的角度出发，其工况点必须位于驼峰点的右下 侧、单调下降的直线段上，一般限定实际工作风压不得超过最高风压的 90%。 而目前矿井主要通风机大多使用轴流式通风机，其性能曲线存在马鞍形区段， 为了防止因采掘工作面的增减和转移、瓦斯涌出量等自然条件变化和风机本身性 能变化（如磨损）而改变响，使工况点进入不稳定区[24]。因此，通风机叶轮的转 速不应超过额定转速。轴流式通风机的工作范围如图 2-1 所示。图 2-1 轴流式通风机的合理工作范围 Fig.2-1 Axial ventilator reasonable bounds to run综上所述，限定实际工作风压 H S 上限不得超过最高风压 H S max 的 90%，即如 下式所示：K?HS ? 0.9 H S max（2-13）式中： H S ――实际工作风压，Pa； H S max ――最高风压，Pa。 从经济角度出发，通风机的运转效率不就低于 60%，通过对各通风机的性能 曲线进行分析，通风机效率 60%对应的风压值 H S 与最高风压 H S max 的比值不应低 于 50%，即如下式所示：K?HS ? 0.5 H S max（2-14）式中： H S ――实际工作风压，Pa；142矿井通风系统评价体系的建立H S max ――最高风压，Pa； 由此可得出其量化评价指标，如下函数所示： ? ? 0 ? f1 ? ? 1 ? K ? 0.2 ? ? 0.3 式中： H S ――实际工作风压，Pa； K ? 0.9或K ? 0.2 0.5 ? K ? 0.9 0.2 ? K ? 0.5（2-15）2.2.2 矿井通风网络2.2.2.1 矿井通风网络复杂程度 通风网络越复杂，矿井通风系统稳定性与抗灾能力就越差。矿井通风网络复 杂程度可引用如下的两个公式来评价。 首先，本文引用前苏联的结构法[25]，定义 R 为其复杂程度的二级指标因素： ? R ? lg ? ? m ? n ? n j ?? 式中：m――通风网络的节点数，个； n――通风网络的分支数，个； nj――通风网络中的角联分支数，个。 再定义 f m 为衡量矿井通风网络复杂程度的指标，如下公式所示： 1 R ? 2.5 ? ? f m ? ?2.39 ? 0.56 R 2.5 ? R ? 4.3 ? 0 R ? 4.3 ? 式中： f m ――矿井通风网络复杂程度指标，个； R――结构法确定的单指标因素，个。 2.2.2.2 用风段串联通风发生率 该指标系指在一个月内发生串联通风的采掘工作面累计面数占全矿采掘面总 数的百分率。在《规程》中规定，开采有瓦斯喷出或有煤与瓦斯（二氧化碳）突 出的煤层，严禁任何工作面之间的串联通风。因此该指标对于突出矿井必须为零。 瓦斯矿井的分级隶属函数可用下列公式，分别取串联通风发生率指标分级界 限值为 0，20%，30%。表示如下： 0 ? d ? 0.2 ? 1 ? 0.3 ? d ? f ?? 0.2 ? d ? 0.3 0.3 ? 0.2 ? 0 其他 ? ? 式中：d――串联通风发生率指标值，%。15（2-16）（2-17）（2-18）河南理工大学硕士学位论文高瓦斯矿井和突出矿井的分级隶属函数可用下列公式表示： ?1， d ? 0 f ?? ?0， d ? 0 式中：d――串联通风发生次数，次。 2.2.2.3 矿井通风网路独立回路数（2-19）矿井通风网络独立回风路数能更真实地反映出矿井通风网络的复杂程度，故 将这一项作为评价网络复杂度的指标。一般意义上来讲，独立回路数越多，网络 结构越复杂。一般大型矿井通风网络独立回路数 50~150 个[26]。故可构造隶属函数 如下：0 ? h ? 50 ? 1 ? 150 ? h ? f ?? 50 ? h ? 150 150 ? 50 ? 150 ? h ? ? 0式中：h――矿井通风网路独立回路数，个。 2.2.2.4 矿井通风网路角联分支数（2-20）矿井通风角联分支是位于通风网络的两条有向通路之间，且不连接两通路的 任何公共节点的分支。对通风网络风流的稳定性也起着十分重要的作用。故将这 一项作为评价网络复杂度的指标。一般意义上来讲，角联分支数越多，网络结构 越复杂。一般大型矿井通风网络角联分支数 5~30 个[26]。故可构造隶属函数如下： 0 ? j? 5 ? 1 ? 30 ? j ? f ?? 5 ? j ? 30 （2-21） ? 30 ? 5 30 ? j ? ? 0 式中：j――矿井通风网路角联分支数，个。 2.2.2.5 用风区风流不稳定角联分支数 用风区风流不稳定的角联分支数就应严格限制。该指标值越小越好，其分级 隶属函数可用下列公式表示：?1， jb ? 0 f ?? ?0， jb ? 0（2-22）式中：jb――用风区风流不稳定角联分支数，个。2.2.3 矿井通风设施2.2.3.1 矿井通风调节设施合格率 通风设施质量是否合格按有关质量标准化检查方法判定，对于布置不合理的 设施社为不合格。如墙厚度不符合要求规格的、火区闭墙就喷浆而未喷浆的、现162矿井通风系统评价体系的建立有闭墙及周围巷道维护不及时造成破损漏风的等等。它反映了矿井通风设施质量 水平及系统的可靠性，属于上限效果测度，越大越好，一般来说要求合格率达到 95%以上，故可列如下隶属函数式： ?0 d ? 0.95 f ?? ?1 0.95 ? d 式中：d――通风调节设施合格数占全部设施的比值，%。 2.2.3.2 局部通风设备与设施可靠性 局部通风机指向井下局部地点供风的通风机，由局部通风动力装备、风筒及 其附属装置组成。它直接关系到井下掘进工作面通风系统的安全可靠性和经济性， 并对整个矿井通风系统产生影响。因此建立相应的评价指标是很有必要的。可对 两个方面来综合分析，一个是局扇无计划停电停风故障率，一个是井下局部通风 机安全装备达标率。故可列如下隶属函数式： ?1， d ? 0 f ?? ?0， d ? 0 式中：d――一个月内矿井局部风机无计划停风停电次数，次。 局部通风机安全装备包括双风机、双电源、自动换机和风筒自动倒风装置。 局部通风机安全装备达标率系指用符合质量要求的安全装备数量与应有数量之 比。该指标越大越安全，可列如下隶属函数式： ?1， d ? 1 f ?? ?0， d ? 1 式中：d――局扇安全装备达标系数。 以上二项因素属于条件事件，任意一项为 0，则定义局部通风设备与设施可靠 性为 0。 2.2.3.3 矿井通风调节设施合理性 调节设施是矿井通风网路中安设的隔断、引导和控制风流的设施和装置，以 保证风流按生产需要流动，其隶属函数可如下式所示[27]：（2-23）（2-24）（2-25）f ? 1? ? ?0.3a1 ? 0.2a2 ? ? 0.1a3 / b ? ? ?式中：a1――总回风巷调节风窗数，个； a2――每翼调节风窗数，个。 a3――回采工作面调节风窗数，个。 b――回采工作面数，个。 2.2.3.4 矿井风网调节合理度（2-26）17河南理工大学硕士学位论文矿井通风网络风量按需分配的合理调节设施数就等于或小于矿井风网独立回 路数（其中进、回风网中的并联回路不计入）。但是生产矿井往往高节设施偏多、 设置不尽合理。因此，把矿井风网调节合理度定义为矿井实设调节风门处数与矿 井风网独立回路数之比。其分级隶属函数有列如下 0 ? t ? 0.5 ? 1 ? 0.8 ? t ? f ?? 0.5 ? t ? 0.8 0.8 ? 0.5 ? 0.8 ? t ? 0 ?（2-27）式中：t――矿井实设调节风门数与矿井风网独立回路数的比值，%。 2.2.3.5 矿井通风阻力分布合理性 一般新建矿井能保证通风合理的比例为：25%、45%、30%，即进风段占总阻 力的 25%，用风段占总阻力的 45%，回风段占总阻力的 30%。而服务年限较长的 矿井由于矿井开拓范围较大，回风巷道变形等原因一般会导致回风段阻力偏大， 一般认为此时的回风段阻力不超过 50%即基本合理,最大不能超过 80%。该项指标 越小越好，属下限效果测度，其分级隶属函数有列如下： 0 ? p ? 0.5 ? 1 ? 0.8 ? p ? f ?? 0.5 ? p ? 0.8 ? 0.8 ? 0.5 0 0.8 ? p ? ? 式中：p――矿井回风段阻力占总阻力的比值，%。（2-28）2.2.4 矿井通风质量2.2.4.1 矿井风量供需比 风量供需比 β 即矿井实际供风量与矿井核定需风量的比值。 一般认为在[1~1.2] 间较为合理，小于 1 时矿井实际供风量小于计划风量或不满足要求，大于 1.2 时矿 井风能过剩，如果超过 1.5 则为风量严重浪费[28]。 β= Qf Q0 ? 100% （2-29）式中： Q f ――矿井实际供风量，m3； Q0 ――矿井核定需风量，m3。 故依据上述标准建立隶属函数，如下式所示： ? ? 0 ? f1 ? ? 1 ? 1.5 ? ? ? ?1.5 ? 1.2? ? 1.5或? ? 1 1 ? ? ? 1.21.2 ? ? ? 1.518（2-30）2矿井通风系统评价体系的建立式中：β――风量供需比，m3。 2.2.4.2 用风地点风量合格率 用风地点风量合格率 Kq 可定义为风量满足要求的用风地点占全部用风地点的 比值。 Kq= Gq Gn ? 100% （2-31）式中：Gq――风量满足要求的用风地点个数，个； Gn――全矿井用风地点总数，个。 2.2.4.3 用风地点风质合格率 矿井风质合格率直接关系到矿井通风的安全可靠性，能可效反映出风量分配 的有效性和风流的稳定性。主要可由工作面等用风地点瓦斯超限频率和在规定观 测点有毒有害气体的浓度值。可定义为采掘工作面等用风地点瓦斯月超标次数来 界定，故其分级隶属函数有构造如下： ?1 d ? 0 f ?? ?0 d ? 0 式中：d――工作面用风地点月瓦斯超限次数，个。 2.2.4.4 用风地点温度合格率 我国煤矿开采深度逐渐增加，高温矿井也逐渐增多，而通风降温技术效果与 经济性的矛盾又较为突出，为了改善井下作业环境的气候条件，提高劳动生产率 和保护矿工健康，就对作业环境的最高气温予以合理限制。《规程》规定作业地 点最高容许气温值，采掘面 26℃，机电硐室 30℃；而作业地点必须采取降温措施 的气温值，采掘面 30℃，机电硐室 34℃[29]。用风地点温度指标值越小越好，故可 采用采掘面工作面的温度值为限，可建立隶属函数如下公式所示： t ? 26 ? 1 ? 30 ? t ? f ?? 26 ? t ? 30 30 ? 26 ? t ? 30 ? ? 0 式中：t――作业地点实际气温值，℃； 2.2.4.5 用风地点粉尘浓度合格率 矿尘是批在矿山生产和建设过程中所产生的各种煤、岩微粒的总称。矿尘浓 度的大小直接影响到矿尘危害的严重程度，是衡量作业环境的劳动卫生状况和评 价防尘技术效果的重要指标。《规程》中规定用风作业工作面粉尘最高容许浓度 为 6.0mg?m-3，故可用如下公式表示：（2-32）（2-33）19河南理工大学硕士学位论文?0 d ? 0.6 f ?? ?1 0.6 ? d 式中：d――工作面粉尘浓度，mg?m-3。（2-34）2.2.5 矿井防灾减灾能力2.2.5.1 通风方式与方法可靠性 矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分，其设计合理与否对全矿井的 安全生产及经济效益有长期而重要的影响。根据通风系统主要起到的瓦斯排放、 火灾防御及降温三个方面把系统类型[30]划分为如表 2-3 所示：表 2-3 矿井通风系统的类型及级别 Table 2-3 The type and level of mine ventilation system级别 1 2 3 4 5 6 7 8 矿井通风系统类型 一般型 降温型 防火型 瓦斯排放型 防火及降温型 瓦斯排放与降温型 瓦斯排放与防火型 瓦斯排放与防火降温型 高温已造成危害矿井 有自然发火倾向性矿井 高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井 有自然发火倾向性且高温已造成危害矿井 高瓦斯或煤与瓦斯突出且高温已造成危害矿井 高瓦斯或煤与瓦斯突出且有自然发火倾向性矿井 高瓦斯或煤与瓦斯突出、有自然发火倾向性矿井且高温已造成危害矿井 划分的主要依据 瓦斯矿井、无自然发火倾向性及无高温危害矿井矿井通风方式与方法可靠性当符合其矿井灾害情况时取值为 1， 不符合时取值 为 0。 2.2.5.2 矿井防灾设施安装达标率 防灾设施局限于施加在通风系统上包括隔爆设施、防火门、防火墙和防爆门 （盖）。《规程》规定：开采有煤尘爆炸危险煤层的矿井，矿井的两翼，相邻的 采区、相邻的煤层和相邻的工作面，都必须用水棚或岩粉棚隔开。隔爆设施是防 止爆炸传播的主要手段[31]。其白化函数可用下列公式表示： f ? 1? （0.2C1 +0.1C 2 +0.1C3 +0.05C 4） 式中：C1――未设隔爆设施矿井翼数； C2――未设隔爆设施的相邻采区数； C3――未设隔爆设施的相邻煤层数； C4――未设隔爆设施的采、掘工作面数。 2.2.5.3 矿井反风系统灵活度 反风命令下达后，从开始操作，到井下总回风巷风流反向所用的时间设为 t， 要求能在 10min 内改变巷道中的风流方向。 矿井反风系统灵活度可定义为矿井实现反风所用的时间与 10min 的比值，如 下公式所示：20（2-35）2矿井通风系统评价体系的建立??10 ? 100% t（2-36）式中： ? ――矿井反风系统灵活度，%； t――反风时改变巷道中风流方向所用的时间，min。 t ? 10 ? 0 ? f ? ?10 ? t t ? 10 ? ? 10 式中：t――反风时改变巷道中风流方向所用的时间，min。 2.2.5.4 矿井反风系统可靠度 在实现反风时，要求反风风量应不小于主要通风机正常供给风量的 40% Q ? ? f ? 100% （2-38） Q 式中：? ――矿井反风系统可靠度，%；Q f ――反风后主要通风机供风量，m3/s；（2-37）Q ――主要通风机正常供风量，m3/s。 ? ? 0.4 ? 0 ? f ? ?? ? 0.4 ? ? 0.4 ? ? 1 ? 0.4式中：? ――矿井反风系统可靠度，%； 2.2.5.5 通风系统防火阻燃系统合格度（2-39）对于开采易自燃煤层，应采取各项措施应对采空区煤炭自燃。目前国内常用 的防火阻燃措施主要有二个方面：灌浆与阻化剂防灭火和均压防灭火。 （1）灌浆和阻化剂防灭火的实质就是合成一定浓度的水溶液（浆液），把其 充填在煤岩裂隙，增大氧气扩散和阻力，减小煤与氧气的接触反应面，抑制煤在 低温时的氧化速度，延长自然发火期。当采用灌浆或阻化剂防灭火的区域自然发 火危险性较大时其合格度为 0，中等时为 0.5，较小时为 1。其隶属函数可如下式 所示：s ?1 ? 1 ? s ? 0.5 ? f ?? 0.5 ? s ? 1 1 ? 0.5 ? 0.5 ? s ? ? 0式中：s――矿井自燃发火危险性，%。（2-40）（2）均压防灭火的实质是，利用风窗、风机、调压气室和连通管等调压设施， 改变漏风区域的压力分布，降低漏风压差，减少漏风，从而达到抑制遗煤自燃、21河南理工大学硕士学位论文惰化发火，或熄灭火源的目的。均压系统防灭火合格度可定义为在实施均压的区 域自燃发火被抑制的程度大小。当均压区域的自然发火危险性较大时其合格度为 0，中等时为 0.5，较小时为 1。其隶属函数可如下式所示： s ?1 ? 1 ? s ? 0.5 ? f ?? 0.5 ? s ? 1 ? 1 ? 0.5 0.5 ? s ? ? 0 式中：s――矿井自燃发火危险性，%。 以上二项因素属于条件事件，任意一项为 0，则定义矿井通风系统防火阻燃系 统为评价值为 0。当其都不为 0 时，可定义其权重值各为 0.5，来定量评价矿井通 风系统防火阻燃系统合格度。 2.2.5.6 避灾路线通行时间 避灾路线指灾区及可能受灾变影响区域的井下工作人员能够安全撤退到安全 地点的路线。避灾路线通行时间定义为工作人员按一定负重要求、模拟灾变发生 时沿某一避灾路线撤退到安全地点所用的时间。该指标越小越好，一般可控制在 30min~40min 以下为宜。其隶属函数可如下式所示： t ? 30 ? 1 ? 40 ? t ? f ?? 30 ? t ? 40 40 ? 30 ? 40 ? t ? ? 0 式中：t――矿井避灾路线通行时间，min。（2-41）（2-42）2.2.6 矿井通风科学管理2.2.6.1 矿井通风监测监控合格率 矿井通风安全监测是检查矿井通风效果的必不可少的手段。矿井通风监测监 控设备出现故障的次数，监测信号收不到或显示不出来的次数以及出现虚报警和 乱报警的情况。都可定义为矿井通风监测监控合格率，一般来说一个月监测监控 设备出现故障与虚报警的次数不能超过三次。其评价标准可定义如下： d ?0 ? 1 ?4 ? d ? f ?? 1? d ? 3 （2-43） ? 4 4?d ? ? 0 式中：d――一个月内监测出现故障与虚报警的次数，次。 2.2.6.2 井下通风安全状况检测率 为保证煤矿安全生产，根据矿井生产布局情况，应将采掘工作面等用风地点、222矿井通风系统评价体系的建立大型机电设备附近、总回风大巷等位置布置相应的监测监控探头。通过监测可以 掌握矿井通风的状况，及时发现存在的问题，以便采取措施，防止灾害的发生。 通风安全状况检测率定义为矿井监测点实设个数与应设个数的比值。如下式所示： J f ? s ? 100% （2-44） Jy 式中：Jy――矿井监测点应设个数，个；J s ――矿井监测点实设个数，个。 2.2.6.3 通风设备质量合格率 通风用各类装备如风表应定期校正，经常检修，必须保持设备显示、测量准 确，如下所示：N?Pc ? 100% Pt（2-45）式中： Pc ――通风设备合格数，个； Pt ――通风设备总数，个。 2.2.6.4 通风系统规章制度执行达标率 结合矿井的实际情况制订安全管理目标，实现矿井通风安全管理现代化。健 全组织机构，完善规章制度。其评价标准可定义为在一个月内通风安全监测队查 处的通风系统的违规次数，如下所示： ?1 d ? 0 f ?? ?0 d ? 0 式中：d――一个月内安监科查处通风方面的违规次数，个。（2-46）2.2.7 矿井通风经济合理2.2.7.1 矿井吨煤主要通风机电费 年平均每采 1t 煤的主机通风机电费，其计算公式可如下所示[32]： N ? 24 ? 365 ? e 8760 Ne D? ? ?t?e? s?v B ?t? e? s? v B 式中： D ――吨煤主要通风机电费，元/t；（2-47）e ――主要通风机电费，元/(Kw?h)；N ――通风机输入功率，Kw。?t ――传动效率， 通风机与电动机直接传动时取 1， 间接传动时取 0.95； ?e ――电动机效率，%； ? s ――电网效率，取 0.95； ?v ――变压器效率，一般取 0.8；23河南理工大学硕士学位论文B ――矿井的年产量，t；其电费指标值属下限函数，其值越小越好。一般设定其值小于 1 元/t 为最佳， 不大于 3 元/t，故可建立如下白化函数： D ?1 ? 1 ?3 ? D ? f ?? 1? D ? 3 ? 3 ?1 D ?3 ? ? 0 式中： D ――吨煤主要通风机电费，元/t； 2.2.7.2 主要通风机综合效率 主要通风机是矿井通风的“心脏”， 其日夜不停的运转， 加上其本身耗电量比较 大，因此主要通风机的综合效率也成为影响矿井通风系统是否经济合理的一个重 要方面。主要通风机装置包括通风机、进风风硐、扩散器。主要通风机的综合效 率 η 可定义单位时间内电动机输入通风机的机械能转变为矿井风流机械能的百分 比，可表示如下：HQ 1000 N（2-48）??式中：H――矿井风压，Pa； η――通风机效率；（2-49）Q――矿井总回风量，m3/s； N――通风机的输入功率，kw。 2.2.7.3 矿井有效风量率 矿井有效风量率是矿井有效风量 Qe 与矿井总进风量 Qr 之比，一般要求矿井有 效风量率不应低于 85%。计算公式为： Q Pe ? e ? 100% Qr 式中： Pe ――矿井有效风量率，%； Qr ――矿井的总进风量，m3/s； Qe ――风流通过井下个工作地点（包括独立通风采煤工作面、掘进工 作面、开拓工作面、硐室和其他用风地点）实际风量总和，m3/s。?0 Pe ? 0.85 f ?? ?1 Pe ? 0.85（2-50）（2-51）式中： Pe ――矿井有效风量率，%； 根据矿井通风系统的内涵与所涉及的范围，可以从许多不同的侧面提出反映242矿井通风系统评价体系的建立系统各个方面的指标。以上就是本文所选取的二级指标及其各自独立的物理意义。 根据模糊数学原理，对其一一建立隶属函数，在实际应用中可根据每一项参数， 来计算出其每项的评价值，以便统一计算。25
3矿井通风系统的层次分析法3矿井通风系统评价指标权重的确定在矿井通风系统优化中，优化指标体系中的各指标对矿井通风系统的影响程度一般各不相同，因此在对矿井通风系统优化方案进行评价与选取时不能平均的 对待每一项指标，为了能确切地反映出各指标对通风系统影响的关联程度，以便 能更直接准确地优选出优化通风方案，须选用一定的数量值来定量地描述各个优 化指标的重要性状况，称之为“权系数”，即权重。 通风系统优化方案指标权重的确定对矿井通风系统优化方案的准确选取有着 十分重要的意义，是方案优化选取工作的重要部分[33]。现阶段，用来确定指标权 重的方法很多，如基于专家评分的专家调查法、德尔非法、熵权系数法等。鉴于 此，本文采用一种定性分析和定量分析相结合的系统决策方法 ―― 层次分析法 （AHP）。 由美国著名运筹学家、匹兹堡大学教授 T.L.Saaty 在 20 世纪 70 年代初提出的 层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称 AHP 方法），是系统工程中常用的 一种分析方法[34]。它把一个复杂问题表示为有序的递阶层次模型结构，通过判断， 对各个因素指标的重要性进行排序，从而确定出相对权重系数。最终把系统分析 归结为最底层相对于最高层（总目标）的相对重要性或优劣的排序问题。3.1 建立两级层次分析模型一个矿井通风系统的好坏一般要从技术性、安全性和经济性三个方面评估， 其中有些因素指标（如系统抗灾能力、系统科学管理程度等）的评价等间存在模 糊的界限，无法简单地用好与差或是与非来判断。 用层次分析法作系统分析，首先要把问题层次化。根据问题的性质和要达到 的总目标，将问题分解为不同的组成因素，并按照因素间的相互关联影响以及隶 属关系将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型。并最终把 系统分析归结为一项科学的定量反映其影响程度的计算问题。 利用层次分析法分析问题时，首先就是建立系统的递阶层次结构模型，对系 统中的诸要素进行层次化，这一步是建立在对所分析问题及其所处环境的充分理 解、分析的基础之上的，由运筹学工作者与管理人员、专家等密切合作完成，将 要素按不同层次（最高层、若干中间层、最低层）组成一个层次分析模型。 根据确定的指标必须能完善的反映出矿井通风系统的全面性。指标能够确切 地反映出矿井通风系统的状况和质量的特征，指标应有独立的物理意义并符合科 学、可测、可比和简明等要求的原则，确定了矿井通风系统的一级评判指标。并 从以下三个方面分列如下：（1）安全可靠性指标：（2）技术可行性指标：（3）27河南理工大学硕士学位论文经济合理性指标来层次分析。 如根据本文矿井通风系统的评判指标，建立的 AHP 结构分析模型如下图 3-1 所示： A 良好的通风系统 B1 安全可靠性 B2 技术可行性 B3 经济合理性矿 井 通 风 动 力 C1矿 井 通 风 网 络 C2矿 井 通 风 设 施 C3矿 井 通 风 质 量 C4矿 井 防 灾 减 灾 能 力矿 井 通 风 科 学 管 理矿 井 通 风 经 济 合 理C5C6C7图 3-1 矿井通风系统 AHP 结构分析模型 Fig.3-1 AHP structural analysis model of mine ventilation system3.2 构造相应判断矩阵层次分析的信息主要是人们对于每一层次中各因素的相对重要性做出判断 （专家意见或数据资料），这些判断通过引入合适的标度进行定量化，就形成了 判断矩阵。对这些判断进行量化，以表示上一层次因素对本层次有关因素之间的 相对重要性程度。 假定 A 层次中因素 ak 与下一层次 B1、B2…，Bn 有联系，其判断矩阵可表示成 如下的形式：ak B1 B2 ? Bn B1 b 11 b 21 ? b n1 bn2 ? b nn B2 b 12 b 22 ? ? ? Bn b 1n b 2n矩阵中的元素 bij 表示对于 ak 而言，Bi 对于 Bj 相对重要性的数值，可由专家合 理选定，通常取 1，2，3，4，…，9 及他们的倒数。当 i=j 时，bij=1，并取 bij=1/bij 各数值的含义为：1、表示 Bi 和 Bj 两者对 ak 的重要性相同； 3、表示 Bi 比 Bj 都重要； 5、表示 Bi 比 Bj 明显重要；283矿井通风系统的层次分析法7、表示 Bi 比 Bj 很重要； 9、表示 Bi 比 Bj 极端重要； 2、4、6、8 是它们之间的数。表 3-1 评分准则 Table3-1 Assessment criteria重要性分数 1 3 5 意义 i 比 j 同等重要 i 比 j 略等重要 i 比 j 明显重要 重要性分数 7 9 2、4、6、8 意义 i 比 j 强烈重要 i 比 j 极端重要 介于上述两者之间故对于本文所选取的案例，对以上几个方面的重要度进行判断。靠专家的经 验、知识和综合分析能力进行直观判断，应熟悉矿井通风领域、有相当的现场工 作经验。可根据上表对其构造的判断矩阵如下： （1）A―B 矩阵 A B1 B2 B3 （2）B―C 矩阵B1 C1 C2 C3 C5 C6 C1 1 1 2 1 7 1 5 1 9 C2 2 1 1 1 1 3 5 7 C3 7 3 1 1 1 3 5 C5 C6B1 1 1 3 1 5B2 3 1 1 2B3 5 2 1B2 C1 C2 C4 C7C1C2C4C75 9 5 7 3 5 1 3 1 1 31 3 7 2 1 1 3 1 3 5 1 1 7 13 1 5 1 5 1 2 5B3 C3 C5 C6 C7C3 1 1 1 1 3 5 5C5 3 1 1 2 3C6 3 1C7 15 5 2 212 13.3 计算判断矩阵的特征向量和最大特征根并检验对于判断矩阵 B，计算满足 B=λmax?W 的特征根和特征向量，式中 λmax 为 B 的 最大特征根，W 为对应于 λmax 的正规化特征向量，W 的分量 Wi 作为对应元素单29河南理工大学硕士学位论文排序的权值[35]。λmax 和 W 的求法： （1）求判断矩阵每一行元素的乘积 Wi，n即：Wi= ? bij （I=1、2、3、…、n）j ?1如 A―B 矩阵 W1=1×3×5=15 W2= 3 ×1×2=0.667 W3= 5 × 2 ×1=0.10?W1 ? 3 15 ? 2.466 ? n （2）计算 Wi 的 n 次方根 Wi ? Wi 则有 ?W2 ? 0.874 ?W ? 0.464 ? 31 1 1（3）对向量 W ? ?W1 , W2 , ? , Wn ? 作归一化处理： Wi=Win（3-1）i?Wi ?1n∵ ?Wi =2.466+0.874+0.464=3.804i?12.466 ? ?W1 ? 3.804 ? 0.648 ? 0.874 ? 则： ?W2 ? ? 0. ? 0.464 ? ?W3 ? 3.804 ? 0.122 ?W=（0.648，0.）T 即为所求的特征向量。 （4）计算判断矩阵的最大特征根 λmax： n ( AW )i ?max ? ? nwi i ?1 式中：A――n 阶判断矩阵 3 5 ?? 0.648 ? ? 1.9471 ? ?1 ? ?? ? ? ? ( AW ) ? ?1/3 1 2 ?? 0.2297 ? ? ? 0.6897 ? ?1/ 5 1/2 1 ?? 0.122 ? ? 0.3665 ? ? ?? ? ? ?（3-2）?max ?1.7 0.3665 ? ? ? 3.0038 3 ? 0.648 3 ? 0.2297 3 ? 0.122（5）权值的合理性检验303矿井通风系统的层次分析法计算判断距阵的随机一致性比率 CR 值： CI CR ? RICI ? 1 (?max ? n) n ?1 1 (3.0038 ? 3) ? 0.0019 ； 3 ?1（3-3） （3-4）公中：n――矩阵阶数，算例中 CI ?RI――判断矩阵的平均随机一致性指标，见表 3-2 所示：表 3-2 判断矩阵的平均随机一致性指标 Table3-2 The Average random consistency index of Judgment matrix阶数 （ n） RI 1 0 2 0 3 0．58 4 0．90 5 1．12 6 1．24 7 1．32 8 1．41 9 1．45则： CR ?0.0019 ? 0.0033 ? 0.1 ； 0.58当 CR＜0.1 时，认为层次单排序有满意的一致性，否则需调整判断矩阵，直 到满意为止。 对本文所例举的案例，由上述算法可算得： ? 0.481 ? ? ? ?max B1 ? 5.2734 ? 0.292 ? B1-C 矩阵： WB1 ? ? 0.124 ? CI ? 0.06835 ? ? CR ? 0.0610 ? 0.1 ? 0.070 ? ? 0.034 ? ? ? ? 0.4708 ? ? 0.1237 ? ? B2-C 矩阵： WB2 ? ? ? 0.0578 ? ? ? ? 0.3477 ? ? 0.5707 ? ? 0.1631 ? ? B3-C 矩阵： WB3 ? ? ? 0.0829 ? ? ? ? 0.1839 ?B2 C1 1 1 2 1 5 3 C2 3 1 5 1 2 C4 C7 1 5 2 1 2 5 1 2 1 2 1?max B2 ? 4.1811CI ? 0.0604 CR ? 0.0671 ? 0.1?max B3 =4.2219CI ? 0.0740 CR ? 0.? 0.3414 ? ? 0.1247 ? ? 则得 WB2 ? ? ? 0.4363 ? ? ? ? 0.0976 ?若取：C1 C2 C4 C7? max ? 4.3392 CI ? 0.1132 CR ? 0.1256 ? 0.1故就需对此判断矩阵进行调整，直到 CR＜0.1 为止，调整后的 B2-C 矩阵，如31河南理工大学硕士学位论文上述所示。3.4 层次分析总排序及一致性检验求同一层次所有要素对最高层次相对重要性的排序权值，即为层次总排序， 如果上一层 B 包含 m 个要素 B1，B2，? ，Bm，其层次总排序权值为 a1，a2 ? ， am 下一层次 C 含有 n 个要素 C1，C2， ? ，Cn，它们对要素 Bj（j=1，2， ? ， m）的层次单排序权值分别为 K1j，K2j， ? ，Knj，此时，C 层总排序权值由表 3-3 给出：表 3-3 层次排序权值计算表 Table3-3 Computing hierarchical Sort weightsB C B1，B2，1 2? a ，a ， ?，Bm ，a m ，K1mC 层次总排序mC1K11，K12，? ??a bj ?1mj 1jC2K21，K22，，K2m?a bj ?1j 2j?Cn?Kn1，Kn2，?m?，Knm?a bj ?1j nj对本例可如表 3-4 所示：表 3-4 对本例层次排序权值计算表 Table3-4 computing hierarchical Sort weights in this caseB C C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 B1 0.648 0.0 0.0 0.0 0..8 0.0 0.0 0.7 B3 0.122 0.0 0.0 0.9 0.8 0.0 0.3 0.3 总排序为评价层次总排序的计算结果一致性如何，需计算： 层次总排序的随机一致性比率 CR 总，其公式可如下所示： CI CR总 ? 总 RI总 式中：CI 总――一般一致性指标；（3-5）323矿井通风系统的层次分析法RI 总――随机一致性指标。mCI总 ? ? a j CI j ? 0.648 ? 0.0684 ? 0.2297 ? 0.0604 ? 0.122 ? 0.0740 ? 0.06723j ?1CIj――与 aj 对应的 C 层次中的 CI 值。mRI 总 ??aj ?1jRI j ? 0.648 ? 1.12 ? 0.2297 ? 0.9 ? 0.122 ? 0.9 ? 1.0423RIj――与 aj 对应的 C 层次中的 RI 值。CR总 ? 0.06723 ? 0.0645 ? 0.1 1.0423由层次总排序结果可见，矿井通风系统中七项因素，各项在系统中的重要性 顺序为：C1→C2→C3→C7→C5→C6→C4 为了搞好该矿的通风工作，可依据排序结 果，决定安排人力、物力，把矿井通风工作抓好。3.5 对三级指标的分析结果应用层次分析法，可简化矿井通风系统分析和计算，把一些定性的因素进行 定量化，是分析多目标、多准则、多因素的复杂系统的有力工具。建立矿井通风 系统层次分析结构模型，构造出每一个指标的判断矩阵，进行层次单排序及一致 性检验，最后对其进行总排序并检验一致性。这样就构成由最高层、若干中间层 和最底层排列的层次分析结构模型[36]。按上述方法，对这七项下属其余 33 项三级 指标进行层次分析法排序有如下结果。? 0.2897 ? ? ? ? 0.4276 ? C1 矩阵： WC1 ? ? 0.1625 ? ? ? ? 0.0754 ? ? 0.0448 ? ? ? ? 0.1393 ? ? ? ? 0.2735 ? C2 矩阵： WC2 ? ? 0.0387 ? ? ? ? 0.0608 ? ? 0.4876 ? ? ? ? 0.2466 ? ? ? ? 0.0409 ? C3 矩阵： WC3 ? ? 0.1117 ? ? ? ? 0.0730 ? ? 0.5279 ? ? ??max C1 ? 5.2981CI ? 0.0745 CR ? 0.0665 ? 0.1?max C2 ? 5.0858CI ? 0.0215 CR ? 0.0192 ? 0.1?max C3 ? 5.3886CI ? 0.0972 CR ? 0.0867 ? 0.133河南理工大学硕士学位论文? 0.4383 ? ? ? ? 0.1960 ? C4 矩阵： WC4 ? ? 0.2384 ? ? ? ? 0.0466 ? ? 0.0807 ? ? ??max C4 ? 5.1401CI ? 0.0350 CR ? 0.0313 ? 0.1? 0.1823 ? ? 0.3816 ? ? ? ? 0.0818 ? C5 矩阵： WC5 ? ? ? ? 0.0473 ? ? 0.0279 ? ? ? 0.2791 ? ? ? ? ? 0.2717 ? ? 0.4832 ? ? C6 矩阵： WC6 ? ? ? 0.1569 ? ? ? ? 0.0882 ?? 0.3090 ? ? C7 矩阵： WC7 ? ? ? 0.1095 ? ? 0.5816 ? ? ??max C5 ? 6.3656CI ? 0.0731 CR ? 0.0590 ? 0.1?max C6 ? 4.0145CI ? 0.0048 CR ? 0.0054 ? 0.1?max C7 ? 3.0037CI ? 0.0018 CR ? 0.0032 ? 0.1根据上述层次分析法原理，在充分征求专家意见的基础上，本着突出对通风 系统安全、可靠、经济起基础重要作用的因素为原则，构造出各层次上的判断矩 阵[37]。如上所述，经层次分析法程序计算，得出满意的权重分配方案，分层权值 计算结果如表 3-5 中所示。343矿井通风系统的层次分析法表 3-5 矿 井 通 风 系 统 评 价 指 标 权 重 计 算 值 Table3-5 Mine ve ntilation syste m evaluation inde x we ights calc ulated矿井通风风压 C 1 1 =0.2897矿井 通风 动力 B1=0.4190 8矿井通风等积孔 C 1 2 =0.4276 主要通风机运转稳定性 C 1 3 =0.1625 矿井外部漏风率 C 1 4 =0.0754 主要通风机工况点合理 C 1 5 =0.0448矿井通风网络复杂程度 C 2 1 =0.1393矿井 通风 网络 B2=0.2176用风段串联通风发生率 C 22 =0.2735 矿井通风网路独立回路数 C 2 3 =0.0387 矿井通风网路角联分支数 C 2 4 =0.0608 用风区风流不稳定角联分支数 C 2 5 =0.4876 矿井通风调节设施合格率 C 3 1 =0.2466矿 井 通 风 系 统 二 级 综 合 指 标 体 系矿井 通风 设施 B3=0.1500 矿井 通风 质量 B4=0.0133 矿井 通风 防灾 减灾 能力 B5=0.0653 矿井 通风 科学 管理 B6=0.0321 矿井 通风 经济 合理 B7=0.102335局部通风设备与设施可靠性 C 32 =0.0409 矿井通风调节设施合理性 C 3 3 =0.1117 矿井风网调节合理度 C 3 4 =0.0730 矿井通风阻力分布合理性 C 3 5 =0.5279矿井风量供需比 C 4 1 =0.4383 用风地点风量合格率 C 4 2 =0.1960 用风地点风质合格率 C 4 3 =0.2384 用风地点温度合格率 C 4 4 =0.0466 用风地点粉尘浓度合格率 C 4 5 =0.0807通风方式与方法可靠性 C 51 =0.1823 矿井防灾设施安装达标率 C 5 2 =0.3816 矿井反风系统灵活度 C 5 3 =0.0818 矿井反风系统可靠度 C 5 4 =0.0473 均压系统合格度 C 5 5 =0.0279 避灾路线通行时间 C 56 =0.2791 矿井通风监测监控合格率 C 6 1 =0.2717 井下通风安全状况检测率 C 6 2 =0.4832 通风设备质量合格率 C 6 3 =0.1569 通风系统规章制度执行达标率 C 6 4 =0.0882矿井吨煤主要通风机电费 C 7 1 =0.3090 主要通风机综合效率 C 7 2 =0.1095 矿井有效风量率 C 7 3 =0.5816
4矿井通风系统评价与优化理论4矿井通风系统评价与优化矿井通风系统是一个受相互关联、相互制约的多种因素影响的复杂的动态系统。因此，矿井通风系统综合评价属于多因素综合评价问题。根据矿井通风系统 层次体系模型，以及单指标多对象的特点，将其分成三级进行综合评价。第一级 为 C 层指标对各自指对象的隶属函数得分量化评价；第二级为 B 层七个子目标集 对各自所含指标的综合评价；第三级为总目标矿井通风系统。 矿井通风系统方案模糊综合评价，必须建立在对系统的深入细致分析基础之 上。由于评价系统的指标不只一个，一般有几十个。矿井通风系统安全评价属于 多因素综合评价问题。解决这一问题的传统方法有总分法和加权平均法。在分析 复杂的矿井通风系统时，要用许多定性和定量指标来表示和区分系统的差别和特 性[38]。本文我们例举七项指标为因素指标，他们每一项都受多因素控制，而且相 互之间多表现为连续性、离散性、模糊性和灰色性。4.1 评价与优化方法的选取矿井通风系统在整个生产过程中，应最大限度的保障安全生产、降低成本， 而矿井生产开采活动的不断变化，势必会对通风系统造成影响，也有可能出现不 利于安全生产的状况。因此矿井通风系统评价优化工作对提高煤矿的安全生产， 增加煤矿经济效益具有非常重要作用[39]。因此，矿井通风系统评价与优化是矿井 技术改造的重要内容之一。通过这些年来的发展，矿井通风评价与优化取得一定 的进展，但是至今仍然有不少关于矿井通风系统评价与优化方面的问题没有解决， 有的甚至还没有涉及。 在实际生产过程中，一个好的矿井通风系统评价指标体系应该满足以下几个 基本要求[40]： （1）评价指标能够全面准确地反映出矿井通风系统的运行状况和技术特征； （2）评价指标有明确的物理意义和独立的量化标准，便于分析； （3）评价结果能全面的反映出矿井通风系统安全、技术、经济三个方面的运 行状况； （4）评价中所采用的评价参数易于取得，数据处理量小，误差小； （5）评价指标有相应的评价标准。 通过对以上几点的总结，本文选取的评价指标尽可能的遵照上述的几点要求， 在评价的过程中使数据的误差最小，处理起来更简单容易，使选取的评价指标能 够更全面的反映出整个通风系统的状况与安全性。在科学决策中能更好的应用、37河南理工大学硕士学位论文不断扩展，使矿井通风系统的安全评价更可靠，结果更合理。4.2 评价过程分析4.2.1 计权算法首先分析确定最低层的 C 指标值， 然后计算中间层各方面的评价指标 Bi 如下： （1）矿 井 通 风 系 统 通 风 动 力 评 价 指 标 ： B1=0... +0..0448C15； （2）矿 井 通 风 系 统 通 风 网 络 评 价 指 标 ： B2=0... +0..4876C25； （3）矿 井 通 风 系 统 通 风 设 施 评 价 指 标 ： B3=0... +0..5279C35； （4）矿 井 通 风 系 统 通 风 质 量 评 价 指 标 ： B4=0... +0..0807C45； （5）矿 井 通 风 系 统 防 灾 减 灾 评 价 指 标 ： B5=0... +0...2791C56； （6）矿 井 通 风 系 统 科 学 管 理 评 价 指 标 ： B6=0.. +0..0882C64； （7）矿 井 通 风 系 统 经 济 合 理 性 指 标 ： B7=0.. +0.5916C73； 最 后 计 算 矿 井 通 风 系 统 综 合 评 价 总 指 标 A： A=0.......1023B7 根据上述每个单指标的多对象测评结果及各评价对象的权重分配，按加权平 均型进行单指标的多对象综合计算[41]，得出该矿单指标的综合评价结果，然后再 按上述的这种综合评价算法，分三个层次进行综合评价，最后获得该矿综合评价 结果。4.2.2 系统安全评价的程序矿井通风系统综合评价指标是由七个指标（元素）所决定，由于有些元素是 灰元素（信息不完全或存在机制不明确的关系的元素，如矿井风压与矿井通风系 统到底是什么关系就不明确），因此矿井通风系统的综合评价即是一个灰系统[42]。 针对其的具有灰系统性质的特征，对其进行安全评价的主要工作是对通风系 统的危险源进行辨识、分析、判断，采取相应的安全对策并对系统的安全性作出 结论。对选取的评价指标一项项进行评价分析，按照给出的隶属函数对每一项进384矿井通风系统评价与优化理论行评价并计算出其得分。 对现有的工矿企业的通风系统，通过对其进行安全评价，使其增加对危险的 防范措施，提高系统对灾害事故的抗灾能力，同时也提高了矿井通风系统的安全 性，是很有意义的。系统安全评价一般采取由企业自己进行评价，或企业与有关 单位合作评价，或邀请外单位专家评价，或委托专业安全评价机构评价等几种方 式。系统安全评价一般包括下列程序[43]： （1）评价前的准备。分析整个生产过程的工艺流程，熟悉作业状态； （2）系统危险的辨识与分析。对系统中的危险因素、可能发生事故危险源及 造成的损失进行评估； （3）危险性定量化。对系统中存在的危险性进行定性评价和定量分析，得出 系统发生危险的可能性及其后果严重度； （4）制定安全对策。对安全状况的总体评价，有针对性的采取相应对策，制 定应急预案； （5）综合评价。 通过运用以上评价程序，可以把矿井通风系统的评价过程总结为以下四个步 骤： （1）确定矿井通风系统方案评判指标及权值 （2）计算各方案的指标值，根据拟定的通风系统方案，确定风道的各参数值， 用风地点风量及风机有关参数，计算出各方案的技术，经济、安全等的各项评判 指标值。定量的指标，上机解网可直接计算得到，定性的指标，采用专家评议法 获得，给予定量化。 （3）将{fij}转化为评价值{Eij}。由于{fij}中各项指标的量纲不统一，其中有些 指标值（如等积孔）是越大越好，而有些指标值（如矿井风压，吨煤电费）是越 小越好。为了便于用统一的综合指标计算； （4）按最高积分确定最优方案。在评价体系指标量化的基础上，综合各因素 对总评价目标的影响，用单一的数字表示出评价结果。4.3 评价结果计算根据矿井通风系统的评价指标，可对矿井通风系统方案进行评价和优化。但 矿井通风系统评价指标间存在着不可公度性和矛盾性。所谓指标间的不可公度性， 是指各个指标没有统一的度量标准，因而难于进行比较，一般只能根据多个目标 所产生的综合效用去估量。39河南理工大学硕士学位论文指标间的矛盾性则是指当采用一种方法去改进某一指标的值时，可能会使另 一指标的值变坏。由于矿井通风系统多个指标之间的矛盾性和不可公度性，因此 不能把多个指标归并为单个指标，而不能采用单指标决策方法去优化矿井通风系 统方案，以及采用单指标决策方法去优化矿井通风系统方案，必须采用多目标决 策法。 多目标决策法是利用专家集体智慧，对某些复杂的命题进行决策方法，主是 依靠专家的经验，知识和综合分析能力进行直观判断的方法。 当进行多因素，多目标问题的决策时，由于众多因素或目标各有不同的比重， 因而最优决策的结果并不是唯一的。因此，在方案优选之前，必须由专家首先确 定各影响因素或各目标函数在本决策问题中的重要程度，即确定“权值”。“权值” 确定以后，根据各方案定量指标的具体数值，即可计算出每个指标的评价值；对 于定性指标，可利用“专家评议法”确定其“评价值”。根据各指标的“权值”和“评价 值”，进行综合分析，即可确定出最优方案。 矿井通风系统的综合量化评价是矿井通风系统安全性、可靠性与经济性的客 观真实反映，它能直观又明确的表明矿井通风系统的优劣程度。 （1）从加强通风管理，调整和改造通风系统方面来讲，多采用层次分析法， 来对通风系统中各项指标，进行重要性排序，以指导通风工作。 （2）在矿际间进行通风系统等级评比时，可采用模糊综合评判法，评判通风 系统的优劣，在实际中多采用打分法评比，此法简单，可操作性强。 （3）在评价指标体系方面，指标选取向更全面，更能反客观实际，可操作性 强，科学地定量方面发展。 根据对上述每个单指标的多对象测评结果及各评价对象的权重分配，按加权 平均型进行单指标的多对象综合计算，得出该矿单指标的综合评价结果。然后再 分三个层次进行综合评价[44]。矿井通风系统的评价值可用下式计算：33S ? 100? ai fii ?1（4-1）式中：S――矿井通风系统完善度评价值； ai――矿井通风系统评价指标权重值； fi――矿井通风系统评价指标的隶属函数值。 当描述矿井通风系统综合评价值的 7 项综合评价指标的隶属函数值均为 1 时， 矿井通风系统的综合评价值为 100，表明此时的系统是最完善的。其安全性，可靠404矿井通风系统评价与优化理论性，经济性是最好的。根据评价值的不同，可将矿井通风系统的评价值分为 A、B、 C、D 等四个等级，其各自应采取的安全对策见表 4-1 所示。表 4-1 矿井通风系统综合评价等级及应相应采取的对策 Table4-1 Comprehensive evaluation grade of the mine ventilation system and countermeasures评价等级 评价值 评价意义 A S=100 安全 B 100&S&80 良好 C 80&S&60 较安全 查明原因 安全对策 注意保持 注意预防 采取措施 及时整改 D S&60 较危险 查明问题4.4 评价结论与优化方案的选取矿井通风系统优化，是从通风系统分析开始到给出最优矿井通风系统为止的 一系列工作的总称。可主要分为两个层次的内容[45]，一是对矿井通风系统方案的 优化，即在各拟定的系统设计和改造方案之间选择最优通风系统，包括通风井巷 断面最优化、矿井通风压力最优化、主要通风机选型最优化；二是矿井通风系统 调节最优化，包括矿井通风网络和主要通风机的调节最优化，使矿井通风系统达 到和保持最佳的运行状态。 假设矿井通风系统有若干个可行的优化方案，可构成一个方案备选集，按上 述方法确定出各方案的评价指标值。考虑到影响通风系统优化方案的因素较多， 可选择运用建立的评价体系对其最底层进行综合评价，然后逐层递阶进行综合评 价[46]。通风系统改造的步骤是：调查现有通风系统的现状；分析现有通风系统存 在的问题，提出改造通风系统的可行方案，选择确定最佳方案。 矿井通风系统安全性有二层含义[47-48]：一是保证矿井的正常生产；二是能够 预防和控制灾害事故的发生。具体地讲，矿井通风系统的安全性应满足以下要求： （1）矿井通风系统结构具有较强的控制各种自然灾害的能力，即能抑制事故 的发生，并在因其他原因引起事故时，能及时的控制和消除事故。 （2）有利于排除瓦斯、矿尘和热量；有利于防治煤炭自燃。 （3）通风系统稳定可靠。 （4）各用风地点的风量满足需要，可调