矿井通风课程设计--矿井通风系统安全性分析

1、矿井通风学年论文矿井通风系统安全性分析前 言煤矿井下煤炭自燃、瓦斯、粉尘、有害气体的中毒和窒息等灾害事故所占比例较高，危害较大，其主要原因是矿井通风系统不完善。因此，在事故发生前及时准确地对矿井通风系统做出科学合理的评价，发现存在的事故隐患并解决它，以抑制事故的发生就成为防范的关键。以往对矿井通风系统的评价大多采用安全检查表和专家打分法，安全检查表属于定性评价，不能对整个系统的安全性给出确定的结果，专家打分法虽然属于定量评价，但专家各自的权重很难确定，操作起来也较为困难。本文提出的基于信息熵的评价法，指标权重由系统的熵值确定，非常适用于评价类似于矿井通风系统这种动态的、模糊的、随机的、复杂的庞

2、大系统。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等组成。其任务是利用通风动力，以最经济的方式，向井下各用风地点提供优质量足的新鲜空气，以保证井下作业人员的生存、安全和改善劳动环境的需要； 在发生灾变时，能有效、及时地控制风向及风量，并配合其它措施，防止灾害的扩大。评价矿井通风系统安全性的目的在于及时发现矿井通风系统中存在的问题和安全隐患，调整和改造系统；优化通风设计，准确编制事故预防与处理方案，同时，指导现场通风安全管理。目 录前 言I第一章 绪论11.1 研究背景11.2 矿井通风系统安全性分析的定义21.3 矿井通风系统安全性分析研究的意义2第二章 矿井通风系统安

3、全性评价指标32.1 1（主要通风机运转稳定性）32.2 2（各用风地点是否实行分区通风且风量足够）32.3 3（矿井通风量供需比）32.4 4（通风设备要安装自动监控系统）42.5 5（调节设施的合理性）42.6 6（是否有利于排除瓦斯和矿尘、防治煤炭自燃及降温）42.7 7（矿井通风压力）42.8 8（反风系统的灵活程度）52.9 9（隔爆装置完善程度）5第三章 评价指标权重63.1 评价指标的判别矩阵63.2 计算判别矩阵的单位向量73.2.1 矩阵各行元素的乘积73.2.2 Mi的9次方根73.2.3 W的单位向量73.3 确定各评价指标的权重值7第四章 矿井通风系统的安全度84.1

4、列举实例84.2 矿井通风系统安全度计算9第五章 小结10参考文献11I第一章 绪论1.1 研究背景近年来，我国煤矿企业的安全生产状况依然十分严峻。2000年以来，我国进入第五个事故高峰期，相比而言煤矿事故更是频繁。其中2002年，煤矿事故伤亡最为严重，死亡6995人；2003年，煤矿事故起数达到最高值，各类伤亡事故共计4241起。20002009年我国煤矿事故数量及伤亡程度虽然总体呈现下降趋势，但百万吨死亡率远高于世界平均水平。仅以 2002 年为例，我国煤矿百万吨死亡率是 1.182，与印度的 0.5 和美国的0.05相比，相差几十倍。由于煤炭开采多属地下作业，生产环境恶劣，生产过程复杂，

5、受到水、火、瓦斯、煤尘和冒顶等多种自然灾害的威胁，致使煤矿安全问题较其他行业更重要、更复杂、更难解决。因此，煤矿安全问题历来就是煤矿生产的头等大事，关系国家和集体的财产、煤矿职工生命安全和身心健康。近几年来，随着煤矿开采深度的加大及高产高效矿井的发展，安全隐患增多，重大恶性事故频繁发生，煤矿的安全生产形势不容乐观。矿井煤层自燃发火期为1个月，自燃趋势较突出的是2月3月。煤尘具有爆炸性，爆炸指数为40.3%。矿井属低瓦斯矿井。采深450m，设计生产能力为100万t/a。煤矿安全评价工作能够为煤矿安全生产工作提供较为可靠的理论依据。 我国自2002年开始煤矿安全评价工作以来，在减少与控制煤矿建设项

6、目和煤矿生产中的危险、有害因素，降低煤矿生产的安全风险，预防事故发生，保护建设单位和煤矿的财产安全及人员的健康和生命安全等方面发挥了重要的作用。但由于煤矿安全评价工作在我国开展的时间不长，成熟的经验不多，加之其他方面的一些原因，致使这项工作仍存在不少问题，使其未充分发挥潜力。煤矿通风系统是矿井生产的重要组成部分，也是矿井安全生产的保障系统，在煤矿通风系统安全评价工作，同样也存在着许多问题。探求提高煤矿通风系统安全评价质量的有效方法和中途径是值得深入探讨的课题。1.2 矿井通风系统安全性分析的定义矿井通风系统安全性应包含2层意思：一是必须保证矿井正常生产；二是能够预防和控制灾害的发生、发展。一般

7、而言，矿井通风系统的安全性应满足： 矿井通风系统的结构合理、完备，整套系统稳定可靠；井下各用风地点的风量满足要求，且其可调性强；有利于排除瓦斯、矿尘、热源和防止煤炭自燃；具有控制各种自然灾害的能力，既能抑制事故的发生，又可在由其它原因引起事故时及时控制和消除事故。 1.3 矿井通风系统安全性分析研究的意义煤炭自燃、瓦斯、粉尘、有害气体等是引起煤矿事故频发的主要原因，这些灾害事故所占煤矿事故比例较高，危害较大，究其原因可能是矿井通风系统不完善，通风管理制度不健全，通风设施安设不合理等多方面原因造成的。而矿井通风系统安全性分析研究利用通风动力，以最经济的方式，向井下各用风地点提供优质量足的新鲜空气

8、，以保证井下作业人员的生存、安全和改善劳动环境的需要； 在发生灾变时，能有效、及时地控制风向及风量，并配合其它措施，防止灾害的扩大。对于矿井企业的人员及生命财产安全具有重要的积极作用。第二章 矿井通风系统安全性评价指标矿井通风系统安全性评价力求全面客观地评估矿井通风系统的可靠程度，其指标应能反映矿井通风系统各组成部分的安全质量 应从安全角度出发对矿井通风系统进行全面分析，并参考煤矿安全规程和生产矿井质量标准化标准中有关规定、指标和现场科技人员的经验，综合分析，按照主从相关、回归关系和方向性原则，确定了9个评价指标：K1>0.95或K10.212.1 1（主要通风机运转稳定性）主要通风机承

9、担全矿或一翼的通风任务，其稳定运转与否对矿井通风系统的安全可靠程度具有决定性意义。10.25<K1<0.550.55K10.95 式中，1为主要通风机运转稳定性系数2.2 2（各用风地点是否实行分区通风且风量足够）每一生产水平都必须布置回风巷，实行分区通风；采煤和掘进工作面都应采用独立通风；为了防止瓦斯、矿尘和热害事故，要求风量足够2=n2/N2，其中n2为采用分区通风且风量足够的通风地点数；N2为矿井总通风地点的个数.2.3 3（矿井通风量供需比） 矿井实际风量应大于或等于井下所需风量，它既能保证各用风地点风量足够，还可改善井下劳动环境和保障安全生产3K3>0.95或K30

10、.210.25<K3<0.55 0.55K30.95 式中，K3为风量供需比，K3=Q/Q0；Q为矿井有效风量，m2/min；Q0为矿井需风量，m2/min2.4 4（通风设备要安装自动监控系统）主要通风机和局部通风机正常运转很重要，风门失控会造成风流短路和通风系统紊乱，危及井下生产的安全。所以，要安装自动监控系统。 4= ，其中n为安装自动监控系统的风机、风门数；Pi为自动监控系统的有效度；n0为风机、风门总数。2.5 5（调节设施的合理性）井下的风门、风窗等调节设施越多，矿井通风系统的稳定性就越低。因此需要时应选择适当位置且尽量少地安装这些设施。5（150）可用经验公式表示为：

11、5=1-（0.3a1+0.2a2+0.1a3/b)，其中a1,a2，a3分别为矿井总回风巷、各翼和回采工作面的调节风窗数；b为回采工作面个数。2.6 6（是否有利于排除瓦斯和矿尘、防治煤炭自燃及降温） 瓦斯、矿尘的积聚会引起爆炸事故，煤炭自燃则直接威胁着矿井安全生产，这些高温矿井降温均与矿井通风系统及其设备密切相关。6=n6/N6，其中n6为有利于排放瓦斯和矿尘、防治煤炭自燃、降温的地点数；N6为总地点数。2.7 7（矿井通风压力）其值越高，井下风量越大，漏风率也越大，管理越困难，越易引起瓦斯积聚和煤炭自燃(Hh0)H>h07= 式中，H为矿井实际通风压力，Pa；h0为矿井通风压力的阈值

12、，Pa，根据现场经验用类比方法确定h0=174.95Q0.42f；其中Qf为通风机的风量，m3/s.2.8 8（反风系统的灵活程度）进行反风是井下发生火灾、爆炸事故时防止灾害扩大的重要措施主要通风机必须安装反风设施，并能在10min内改变巷道中风流方向且风量不小于正常值的40%. 式中，为反风时改变风向所需时间，=10/t(10)，min；为反风后通风机的供风量，=2.5Q/Q(10)，m3/s；Q,为通风机的正常风量，min/s.2.9 9（隔爆装置完善程度）它是阻止瓦斯、煤尘爆炸传播的有效办法。当矿井开采煤尘具有爆炸危险和瓦斯含量高的煤层时，其两翼、相邻的采区、煤层和工作面都要设置水棚或岩

13、粉棚实行隔离，9的经验公式为：9=1- （0.2C1+0.1C2+0.1C3+0.05C4），其中C1 ，C2 ，C3 ，C4 分别为矿井中未设隔爆装置的翼数、相邻采区数、相邻煤层数和采掘工作面数。4第三章 评价指标权重应用层次分析法全面分析前述的19 分别对矿井通风系统安全性的影响程度后，再确定各自适当的权重值。3.1 评价指标的判别矩阵按照表1各因素的比较准则，将所有评价指标进行对比后，就能确定其判别矩阵，见表2.表1 比较准则各指标的分值135792 4 6 8重要性一般略重要较重要很重要极重要介于每两种之间表2 评价体系的判别矩阵1.0001.1251.2683.0004.5001.5

14、001.8002.2509.0000.8991.0001.1432.6674.0001.3331.6002.5008.0000.7780.8751.0002.3333.5001.1671.4001.7507.0000.3330.3750.4291.0001.5000.5000.6000.7506.0000.2220.2500.2860.6671.0000.3330.4000.5005.0000.6670.7500.8572.0003.0001.0001.2001.5004.0000.5560.6250.7141.6672.5000.8331.0001.2503.0000.4440.5000.5

15、711.3332.0000.6670.8001.0002.0000.1110.1250.1430.3330.5000.1670.2000.2501.0003.2 计算判别矩阵的单位向量3.2.1 矩阵各行元素的乘积 该矩阵各行元素的乘积为，其中Mj为矩阵中各行元素的乘积；Bij为矩阵中各元素，经计算可得：M1=1067.63 ，M2=369.64，M3=127.61，M4=0.3042，M5=0.8407，M6=37.01，M7=5.565，M8=0.4304，M9=1.642×10-6.3.2.2 Mi的9次方根求Mi的9次方根，的向量W=W1，W2，W3，W9T=2.71,1.9

16、3,1.69,0.72,0.48,1.45,1.21,0.96,0.24T.3.2.3 W的单位向量 按以下公式把W变成单位量：，得判别矩阵的单位向量为：W=0.20,0.18,0.16,0.70,0.04,0.13,0.11,0.09,0.02T.3.3 确定各评价指标的权重值 令emax=10,emin=1,则d=（Wmax-Wmin）/（emax-emin）=（0.20-0.02）/(10-1)=0.02,而ei=Wi/d,，故很容易得到各评价指标的权重值，即19的权重值分别为10，9，8，3.5，2，6.5，5.5，4.5，1.第四章 矿井通风系统的安全度安全度是定量描述矿井通风系统安

17、全性的参数，其计算公式为：， 其中s为矿井通风系统安全度.矿井通风系统安全性的9个评价指标如前所述，当其数值均为1时，矿井通风系统的安全度为100时，表示该系统处于最佳安全状态。按照矿井通风系统的安全度数值的大小，可把矿井通风系统的安全性分为 4个等级，在实际生产过程中应分别采取相应的有效措施和安全对策，见表3：表3 安全等级及采取的相应措施性能安全等级ABCD安全度S=100100>s8080>s60s<60评价结论很安全安全较安全有危险相应对策保持预防查原因采取措施及时整改 本课题运用在实际低瓦斯矿山4.1 列举实例矿井通风系统基本情况 该矿井采取立井多水平开拓方式，主要

18、运输大巷、区段集中巷均布置在煤层底板岩石中，主要通风机为型轴流风机2台，风压730Pa，实际风量大于矿井需风量；采用风机反转反风，风量与所需时间符合规程要求。矿井开采的2层煤为气煤，平均厚度为2.3m；最短发火期43d，鉴定为级自然发火矿井；煤层具有煤尘爆炸危险，爆炸指数38.5%.矿井老区很快结束，由南部新区接续，新、老区贯通后形成一个复杂的通风系统，增加了一条距离长、阻力大、起止点高差达512的风流分支，井下用风地点的风量均满足要求，但有2个掘进工作面与回采工作面串联通风；共有通风机16台，风门62处，未安装自动监控系统；采区内装有调节风窗8个；矿井两翼、各相邻采区和回采面均设有隔爆装置，

19、但有3个掘进工作面没有设置。4.2 矿井通风系统安全度计算 根据上述基本情况，先求出各评价指标的函数值，再计算s=49.05，其安全性等级为D级，有危险性，应尽快查明原因，及时整改.针对矿井通风系统存在的问题采取以下的改进措施.主要通风机转速调整为：将轨道暗斜井、胶带暗斜井和采区的两条下山全部改为回风巷，降低回风段的通风阻力；修复严重失修巷道、去掉采区内调节风窗，减少漏风，提高有效风量率；将串联通风的掘进工作面改造为独立通风，并增设隔爆装置和自动监控系统 通过改造后，其大部分评价指标的基本参数得到改善，有些提高很多 再经计算矿井通风系统的安全度达到80.15，其安全性等级为B级，完全满足安全生产的要求，只有个别评价指标需要改善。第五章 小结矿井通风系统的安全性评价是一个由定性和定量相结合、相互关联、相互制约的众多因素构成的复杂系统决策问题。合理地评价矿井通风系统对矿井通风日常技术管理、通风系统优化改造、矿井安全生产具有十分重要的意义。本文采用未确知数学方法，结合层次分析法的综合集成评价方法，对矿井通风系统