淺談煤礦通風(fēng)可靠性策略分析

楊玉輝

摘 要：礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的重要輔助系統(tǒng)，為生產(chǎn)系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供保證。礦井通風(fēng)系統(tǒng)由通風(fēng)動力及其裝置、通風(fēng)井巷網(wǎng)絡(luò)、風(fēng)流檢測及控制系統(tǒng)組成。在生產(chǎn)時期其任務(wù)是利用各種動力，以最經(jīng)濟(jì)的方式，向井下各用風(fēng)地點(diǎn)提供足夠的新鮮空氣，保證工作人員的呼吸，稀釋并排除瓦斯等各種有害物質(zhì)，降低熱害，給井下工人創(chuàng)造良好的工作環(huán)境；發(fā)生事故時，有效地控制風(fēng)流方向和大小，與其他措施相結(jié)合，防止災(zāi)害的擴(kuò)大，進(jìn)而達(dá)到消滅事故的目的。通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上述功能的難易程度稱為礦井通風(fēng)的可靠性?？煽啃允呛饬康V井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性高低對礦井生產(chǎn)和安全管理有著直接的影響。直接關(guān)系到礦井能否安全生產(chǎn)及防止事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：通風(fēng)；可靠性；通風(fēng)系統(tǒng)

1 可靠性基本概念

可靠性數(shù)學(xué)起源于20實(shí)際30年代，最早被引用于機(jī)器維修問題，知道第二次世界大戰(zhàn)，可靠性問題才被重視，原因就是軍事上需要可靠性理論知識來提高軍事設(shè)備的性能。

礦井通風(fēng)系統(tǒng)中主要應(yīng)用到的數(shù)學(xué)模型主要是概率模型，該模型是從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和單元的壽命分布，以及修理時間分布等信息出發(fā)，來推斷系統(tǒng)的壽命或各種可靠性指標(biāo)，為系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)以及維修方法提高數(shù)據(jù)及方法支持。

產(chǎn)品喪失了規(guī)定的功能，我們稱為失效或故障"通常對于不可修產(chǎn)品，我們稱之為失效，對可修產(chǎn)品我們稱之為故障，在討論問題時，由于概念的相似性，一般不具體區(qū)分，所以從廣義上認(rèn)為“故障”與“失效”含義相同。

產(chǎn)品的壽命與許多因素息息相關(guān)，比如產(chǎn)品本身的質(zhì)量、產(chǎn)品所處的環(huán)境、以及人為規(guī)定使用時間的長短等等。所以產(chǎn)品的壽命可認(rèn)為是一個隨機(jī)變量，我們常用X表表示，分布函數(shù)規(guī)定為：

壽命分布函數(shù)意義表征了產(chǎn)品壽命不超過t的概率。

同理，我們定義：

R（t）=P（X>t）

上述函數(shù)表征了產(chǎn)品壽命大于t的概率，也就是產(chǎn)品在（0，t]內(nèi)都保持正常工作、不失效的概率。產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率?？煽慷群瘮?shù)R（t）與失效分布函數(shù)F（t）以及失效密度函數(shù)f（t）之間的關(guān)系如圖所示：

失效密度函數(shù)分布

在公式中，產(chǎn)品的壽命用隨機(jī)變量X表示，規(guī)定的時間就是（0，t]，上式就是可靠度的數(shù)學(xué)表達(dá)式。

2 研究方法

前蘇聯(lián)在礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性方面的研究比較早也比較深入，他們將礦井通風(fēng)失效分為3個等級，一級失效是整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)失效，也即通風(fēng)系統(tǒng)癱瘓；二級失效是指礦井通風(fēng)系統(tǒng)的子系統(tǒng)失效，也可認(rèn)為是區(qū)域失效；三級失效是指礦井的個別采區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)失效，通過進(jìn)行可靠性分析，他們得出保證可靠性的參數(shù)，維持這些參數(shù)，即可確保通風(fēng)穩(wěn)定，其主要評價方法可分為結(jié)構(gòu)法、模擬模型法和統(tǒng)計(jì)評價法等

2.1 結(jié)構(gòu)法

該方法是以巷道單位長度的相對工作系數(shù)為基礎(chǔ)，可靠性指標(biāo)值與礦井通風(fēng)系統(tǒng)可工作系數(shù)成正比，表達(dá)式為

w——風(fēng)網(wǎng)中的巷道數(shù)目；

n——風(fēng)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目；

Li——巷道i的長度；

l——單位巷道的長度；

巷道i單位長度的絕對可工作系數(shù)；

基準(zhǔn)巷道單位長度的絕對可工作系數(shù)；

巷道i單位長度的相對可工作系數(shù)；

巷道i內(nèi)通風(fēng)設(shè)施s的絕對工作系數(shù)；

巷道i內(nèi)通風(fēng)設(shè)施s的相對工作系數(shù)；

S—— 巷道i內(nèi)的通風(fēng)設(shè)施的數(shù)目；

對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性指標(biāo)的計(jì)算，然后進(jìn)行比較，即可遴選出最優(yōu)方案，這種方法雖然比較簡單，缺點(diǎn)也比較明顯，就是需要的參數(shù)比較多，必須具備風(fēng)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、巷道長度、構(gòu)筑物數(shù)目等等。

2.2 模擬法

該方法以網(wǎng)絡(luò)解算為基礎(chǔ)，通過礦井通風(fēng)的參數(shù)密度來模擬礦井通風(fēng)過程中的各種狀態(tài)，將通風(fēng)過程的時間進(jìn)行離散化，求解各種可靠性指標(biāo)，比如各個單元的平均故障間隔時間！平均維修時間“在模擬過程中，可靠性的計(jì)算精度決定了運(yùn)算的次數(shù)，且計(jì)算過程要進(jìn)行風(fēng)網(wǎng)解算和統(tǒng)計(jì)一記錄失效情況，將模擬情況進(jìn)行匯總，可得總的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，該方法由于計(jì)算方便！模擬情況基本符合實(shí)際狀態(tài)，所以是一種具有深度挖掘的方法”。

2.3 統(tǒng)計(jì)評價法

該方法認(rèn)為，礦井實(shí)際運(yùn)行的風(fēng)流應(yīng)以風(fēng)網(wǎng)解算的結(jié)果為基礎(chǔ)，不能超過其固定的范圍，如果風(fēng)量超過其范圍，就可以視為通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生了故障"一般風(fēng)量發(fā)生變化是由于開采過程的進(jìn)行導(dǎo)致巷道發(fā)生變化，同時通風(fēng)構(gòu)筑物的的狀態(tài)也在發(fā)生變化，而且這種情況取決于礦山的地質(zhì)和采礦工藝條件"通過分析可以得到評價礦井通風(fēng)系統(tǒng)的各個評價指標(biāo)，根據(jù)評價指標(biāo)對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評價。

3 總結(jié)分析

礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評價是一門交叉學(xué)科，涉及礦井通風(fēng)、統(tǒng)計(jì)分析、安全評價、可靠性工程等多學(xué)科領(lǐng)域，包含深刻的科學(xué)問題和巨大的理論和實(shí)踐創(chuàng)新空間。在未來的發(fā)展階段，以下問題將是礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評價研究的重點(diǎn)：

（1）礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評價指標(biāo)體系的動態(tài)性。

（2）礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評價方法的科學(xué)性。

（3）礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評價的決策支持系統(tǒng)與礦井其他系統(tǒng)的耦合。

總之，由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評價的軟科學(xué)性，對應(yīng)用現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、非線性科學(xué)、復(fù)雜性科學(xué)、可靠性工程等對礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價將是今后的發(fā)展方向。

總之，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評價工作也將不但的進(jìn)步，將會與現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、可靠性工程等多個學(xué)科的有效整合，促進(jìn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評價工作的持續(xù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]王海橋.礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的通風(fēng)有效度分析[J]，煤炭工程師，1990.6.

[2]馬云東.礦井廣義可靠性理論[M].北京，煤炭工業(yè)出版社，1995，116-126.

[3]任振平.礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性分析及應(yīng)用：碩士學(xué)位論文.唐山，河北理工大學(xué)，2008.

[4]李艷軍.礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性分析方法研究：碩士學(xué)位論文.西安，西安科技大學(xué)，2008.