矿井通风安全系统稳定性评价方法与应用.pdf

总第2 15 期2023年第10 期工程技术摘要：依据山西某地矿区实地工况，考虑到矿区风井数量多、风量比较大、瓦斯浓度高以及阻力大等特征，以层次分析法为基础，设计了一种针对矿井通风系统的评分标准，确立通风系统稳定性能的最高评分指标且确定稳定性层次分析图，建立各指标的加权系数。经过实验可知：该地区通风系统整体性能评分结果是“优良”，处于良好等级。关键词：通风系统；稳定性；评价指标中图分类号：TD7240引言山西某地煤矿因为井下通风稳定性能较低,井下风量流通未达预期需求,部分区域风流量偏低，容易导致瓦斯气体聚集，危害井下员工的人身安全，近年来，该煤矿因为瓦斯聚集而引起的事故共有三起。所以，一定要设计稳定性能优秀的通风系统，避免瓦斯气体聚集，消除事故隐患。1地质概况该煤矿矿井采用混合式的井下通风方式，包括三大风井：曲庄风井、西坡风井和中央风井,由南、北两翼大并联系统组成了整体井下通风系统,通风机主要的工作模式为抽出式。XX风井采用轴流式风机作为主体通风机（其型号为AGF606-4.0-2.0-2）,设计初期最大排风量为6 0 0 m/s、设计最小负压2.2 5 1kPa、最大负压3.8 8 6 kPa；目前实际排风量437.17 m/s、负压为2.8 2 7 kPa。西坡风井也采用轴流式风机作为主体通风机（型号为AGF606-4.0-2.4-2）,同样的,设计初期最大排风量为6 0 0 m/s、设计最小负压2.2 5 1kPa、最大负压3.8 8 6 kPa；目前实际排风量35 4.8 3m/s、负压为3.7 37 kPa。中央风井同样采用轴流式风机作为主体通风机（型号：AGF606-4.0-2.4-2）,设计初期最大排风量为6 0 0 m/s、设计最小负压3.2 2 kPa、最大负压4.7kPa；目前实际排风量442.5 m/s、负压为2.9 5 6 kPa。现在矿井水最大来源是3号煤层顶板的砂岩水，占比9 5.4%；底板K2灰岩水流量5 m/h，占比2.8 5%；陷落柱内水流量3m/h，占比1.7%；没有断层水。目前矿井正常涌水量是2 5 0 m/h，涌水量最大值为550 m/h。2稳定性评分方案2.1属性数学模型构造方式2.1.1设立属性区间矩阵设或被评分主体空间 A=(ai,z，a n）,A 里的各元素a有m个特征数值l,l2,Im。g代表第i个样本;的第j个特征I测量值,各样本都能够写为1个收稿日期:2 0 2 2-11-0 9作者简介：赵江波，男，19 8 3年出生，毕业于河南理工大学，本科，助理工程师，研究方向为矿井通风与安全。山西化工Shanxi Chemical Industry矿井通风安全系统稳定性评价方法与应用赵江波（山西泽州天泰坤达煤业有限公司，山西晋城0 48 0 0 0)文献标识码：A数组 a=(ai,diz,am),i=1,2,n。属性空间 C=(通风系统稳定性能)(B1,B2,Bk)为评价集,其中(Bi,B2，,Bk)是组成属性空间C的1个有序分割类，根据各测试指标的分组准则可以获得相对的属性评级准则。2.1.2诊设立单指标属性测度函数基于属性空间矩阵,设定单指标属性测度函数。2.1.3多指标综合属性测度研究评分对象为x，首先知道单项指标属性测度I（1j m），其次确认被测样本归类于第k类属性测度i=u(x;E Ck),由于各项指标的权重不一样,这就要兼顾每项指标的权重X=Xi,X2,X,。2.1.4基于置信度属性识别评价类（B1,B2，,Bn）是个有序分割类,BiB2B,(或 BiB2B,),入表示置信度 0.5 入1。符合下方公式就认定属于Bko级，这里ko可取范围 ko=1,2,n。通常情况下,入取0.6 0.7。2.2评价指标权重确认2.2.1建立阶梯层次结构模型设立井下通风系统稳定性能评分方案，这就要依据井下实际工况,综合考虑影响通风系统稳定性能和安全性能的每个原因，确认每项指标,运用层次分析法进行系统分析2 。第一步考虑影响因素之间的联系,把影响因素分为3组,每组是1个层次,确立层次结构模型。也就是说依据矿井通风系统能力和安全性能评分指标,设立一个总目标层(也就是井下通风系统安全监管的可靠性）,4个一级指标层(井下通风环境情况、井下通风安全管理、矿井通风设施情况、经济性情况），18 个二级指标层（通风机运转情况、井下通风构筑物、外界风压变化情况、矿井通风网络的复杂程度等）。2.2.2构造判断矩阵在对权重各项指标计算过程中，需要使用矩阵的形式把每个层次的每个因素的相对重要性表示出3。Total 215No.10,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.10.060文章编号：10 0 4-7 0 5 0(2 0 2 3)10-0 143-0 3山西化工第43卷假设矿井通风系统安全稳定性评级标准的第一层中A 因子与第二层次中的因子ai,a2,s,an有关联,aj代表相对总目标A 而言;比 的相对权重。对判断矩阵里的元素求解，所在行表示的指标与所在列所代表的指标根据1-9 标度法作比较得到。2.2.3计算各指标相对权重计算各项指标相对权重常见的方法叫几何平均法,也就是根法。首先对判断矩阵A中的元素a1,2，as，,a,做乘积运算,算出1个n行1列的数组B;其次对矩阵中各元素开n次方算得矩阵C;将矩阵C做归一化计算,可以算得指标的相对重要性权重。计算矩阵的一致性指标I式(1),从而可以检验矩阵的一致性。(1)n-1Ic为0 的时候,表示判断矩阵拥有完全一致性；Ic越大,表示判断矩阵的一致性越差。在对判断矩阵的一致性有疑义时,可以判断其随机一致性比率Rc式(2 。(2)LR在Rc小于0.10 的时候,判断矩阵具有满意一致性。3应用分析3.1建立层次分析模型平顶一个矿井通风系统性能的好坏,主要从安全稳定性、经济性以及技术可行性4这三个方向考量，然而这里的部分定性参数无法定量计算，考虑用层次分析法分析、分组，最后构建1个可以将定量分析和定性分析互相融合的多层次分析结构模型。确立的模型还应该简洁、科学且直观。以此为标准，建立了井下通风系统可靠性的1级评定指标,且绘制了系统稳定性层次分析图，见图1所示。稳定的通风系统技术可行性安全可靠性矿井通风系统环境矿井通风设施状况图1矿井通风系统稳定性层次分析图3.2各指标相对权重的计算针对该矿井，对上述各指标的重要程度做判断。在统一标准下算出每个指标的相对权重,随后做一致性及满意性检验。列出A-B层判断矩阵,见表1所示。矩阵中BI、B2、B分别代表井下通风方案可行性、安全稳定性能和经济性指标。表1A-B层判断矩阵及各指标权重判断矩阵评价指标A技术可行性B,安全可靠性B2经济合理性B3入mx=3.004,lc=0.002,Rc=0.0030.1，所以可得出矩阵一致性为满意。B-C层判断矩阵分为3个部分,以技术方案可行性、安全稳定性、经济性为指标列出判断矩阵。矩阵中max-n的Ci、C 2、C 3、C 4、C s、C 依次代表井内通风设备现状、井下通风环境、井下通风安全管理、井下通风经济性、井下防灾减灾能力以及员工素质的评价指标。得到三个部分的指标分别为入mx=5.014,lc=0.004，R c=0.003 0.1;mx=6.052,I c=0.010,R c=0.008 0.1;入mx=4.022,lc=0.007,Rc=0.0080.1，所以得出矩阵一致性为满意。依据上述结果，矿井通风方案的评分指标的层次总排序权值如表2 所示。表2 层次总排序权值计算BlB2层次B0.229 7Ci0.110 6C20.372.4C30.339 0C40.117 2Cs0.000 0C60.060 8Ic,z=0.008,IR,z=1.171,Rc,z=0.007 0.1,所以得到该矩阵一致性为满意。按同样的方法对三级指标C层进行指标权重计算。经济合理性通过对各项指标权值计算得到各层次总排序结果,确立的六项井下通风方案评定标准在系统内重要度排序:C2、C s、C 1、C 4、C s、C 6。依次是：井下通风系统环矿井通风安全管理矿井防灾减灾能力权重BlB211/3311/21/50.122 00.648 30.228 70.313 80.203 80.066 70.117 70.069 3矿井通风经济合理性境、井下通风安全管理、井下通风设施状况、井下通风职工素质经济性、井下防灾减灾能力、员工素质。3.3评价结果分析矿井通风系统稳定性能评分等级：“优”表示稳定，“良好”表示比较稳定。根据置信度准则研究，最后的评分为：1)矿井通风系统环境 ko=2,评分是“良；2)矿井通风设备及设施ko=2,评分是“良”；B3251B:C层次总排序权值0.107 40.186 80.251 30.319 60.000 00.210 00.055 20.137 60.089 20.087 20.000 00.058 90.229 70.648 30.122 02023年第10 期3)矿井通风安全管理ko=2,评分是“良”；4)矿井通风抗灾能力ko=1,评分是“优;5)矿井职工情况ko=1,评分是 优”；因此,该矿井通风系统整体稳定性 ko=2,评价为较稳定。4结论1)采用属性数学评价方法对一矿井通风系统稳定性做评定,运用层次分析法计算出了该矿井通风系统评分系统里每个指标的权重值。2)考虑该煤矿实地工况,运用通风方案稳定性评Stability Evaluation Method and Application of Mine Ventilation Safety System(Shanxi Zezhou Tiantai Kunda Coal Industry Co.,Ltd.,Jincheng Shanxi 048000,China)Abstract:Based on the on-site working conditions of a certain mining area in Shanxi,and considering the characteristics of a large numberof air shafts,large air volume,high gas concentration,and high resistance in the mining area,a rating standard for the mine ventilationsystem was designed based on the Analytic Hierarchy Process(AHP).The highest rating index for the stability of the ventilation system wasestablished,and the Analytic Hierarchy Process(AHP)chart for stability was determined,with weighting coefficients for each indexestablished.Through experiments,it can be concluded that the overall performance rating of the ventilation system in this area isexcellent and is in a good level.Key words:ventilation system;stability;evaluating indicator(上接第 137 页）6结语超前支护段对顶板进行加强支护，可以很好的改善围岩状况,有效减少了顶板破碎和煤壁片帮的可能性；造假顶侯假顶高度可以高度与工作面顶板形成缓台阶状，确保工作面支架可以接顶平稳向下过渡；局部爆破破岩确保了设备完好及推进速度；煤质管理从源头上降低了研石和杂物的含有率，保证了煤炭的纯度。通过以上方法和措施，工作面安全、顺利的通过了断层，为矿井类似情况提供了参考。1】张加利.综采工作面过断层安全技术措施的应用J.能源与节能,2 0 2 2(3):12 6-12 7.2张宏钢.综采工作面综合过断层技术研究J.山西化工，2 0 2 2，42(1):9798.Application of Fault Crossing Technology in 31017 Working Face(Jinneng Holding Group Tiefeng Coal Industry Co.,Ltd.,Shuozhou Shanxi 037200,China)Abstract:Taking 31017 working face of a mine in Shanxi as the research object,K14 fault is exposed in the mining process.The influencerange of the fault is about 8Om and the maximum drop is 4m,which has a great impact on the mining of the working face.In order toensure the safe and smooth advancement of the working face,according to the actual situation of the site,it is decided to adopt the methodsof strengthening advance support,manufacturing false roof transition and rock breaking by local blasting,On this basis,the correspondingsafety technical measures and coal quality management measures for crossing the fault are put forward.Finally,the practice shows that31017 working face successfully passes through the fault,effectively controls the roof crushing and coal wall caving,improves the coalutilization rate,and provides a reference for similar situations in the mine.Key words:fault;advance support;manufacture false roof;local blasting;coal quality management赵江波：矿井通风安全系统稳定性评价方法与应用“良”代表较稳定。1韩耀中,陈建强,刘昆轮，等.基于区间估计法的井下巷道风量稳定性分析J.山东科技大学学报（自然科学版）,2 0 19,38（5)：39-45.2李强.基于层次分析法的煤矿通风安全稳定性评价研究J.山东煤炭科技,2 0 19(2):2 0 3-2 0 5.3王跃明.模糊综合理论的镇城底矿复杂通风系统评价J.山西煤炭,2 0 19,39(1):8 7-9 1.4张超.雁崖煤业公司三盘区通风系统优化J.山东煤炭科技，2 0 17(11):71-73.Zhao Jiangbo3罗保平.综采工作面过断层采煤技术实践J.矿业装备，2 0 2 2(1)：18-19.4张雁宙.综采工作面过断层围岩支护技术应用J.机械管理开发,2 0 2 1,36(10):2 2 4-2 2 5.5陈鹏，尚培久.综采工作面过断层安全技术措施分析J.山东煤炭科技,2 0 2 1,39(5):7 3-7 4.6宁义国。综采工作面快速过断层技术方案实践J煤炭技术，2019,38(7):21-24.7刘秀锋.W1305综采工作面过断层技术及应用J.江西煤炭科技,2 0 19(3):18 0-18 2.8刘佳.142 6 D综采工作面过断层实践J.山东煤炭科技，2 0 19(3)：参考文献2627.9卢斌.综采工作面过断层技术研究J.科技资讯，2 0 19,17(4)：7 5.10王红浩，王宏耀，王明甫，等.松动爆破在硬煤综采工作面过断层技术中的应用J.煤炭工程，2 0 18,5 0(2)：7 0-7 2.Guo Peng145价模型对矿井通风系统稳定性做评定，评定结果为参考文献