矿井通风系统可靠性研究

辽宁工程技术大学

安全新技术专题论文

标 题 矿井通风系统可靠性研究 专 业 安全工程 班 级 学生姓名 学 号

2012年12月12日

摘要

矿井通风系统是矿井生产的命脉，其稳定性和可靠性直接关系到矿井的安全生产，研究矿井通风系统的稳定性和可靠性，具有特别重要的意义。随着煤矿开采深度的不断增加，开采规模的不断加大矿井通风系统相应地会越来越复杂，可靠性将降低，甚至可能会导致通风系统的瘫痪。所以进行矿井通风系统可靠性的研究十分必要。本文研究了影响通风系统可靠性和可靠度的主要因素，也对风路的有效度和灵敏度进行了分析与推导。 关键词：通风系统； 可靠性； 可靠度； 有效度； 灵敏度

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目 录

1矿井通风系统可靠性 ····················································· 1

1.1矿井通风系统的合理性 ············································· 1 1.2矿井通风系统可靠性的定义及指标 ································· 2 1.3通风网路复杂度 ···················································· 2 2矿井通风系统可靠度分析 ················································ 3

2.1风路可靠度························································· 3 3矿井通风系统有效度分析 ················································ 4

3.1有效度的定义 ······················································ 4 3.2有效度的求解 ······················································ 4 4矿井通风系统灵敏度分析 ················································ 6

4.1灵敏度的概念 ······················································ 6 4.2灵敏度在矿井通风中的应用 ········································ 6 5结论 ····································································· 8 致谢 ······································································· 9 参考文献 ································································· 10

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1矿井通风系统可靠性

1.1矿井通风系统的合理性

通风系统要满足以下的基本要求：

1）能将足够的风量送往需风地点，通风效果好，风质好， 有效风量率高； 2）运行可靠，系统简单，稳定性高； 3）通风阻力小，分布合理，可挖、易调；

4）抗灾能力强，平时易于防灾，灾变时能限制灾害扩大， 易于控制，易于救灾，易于尽快恢复生产；

5）经济合算，基建投资、维修和运转费用低。

矿井通风系统的安全可靠性，其广义的内涵我们归纳为： 一是在一定条件下能保证各个釆区及矿井的通风安全和创造 良好的劳动环境，供风量和其它生产环节（釆场、提升、运输、 排水、的能力相适应，即能为合理组织生产提供条件；一.是通 风系统简单、串联风路少，通风设施布置合理、坚固可靠，已 采区及其报废的巷道密闭严密，有利于防止自然发火和防尘， 并能对矿井及工作面的风流实行连续监测，抗灾能力强；三是主扇运行稳定，故障少，无喘振，多风井联合系统之问无严重 干扰，工况合理，运行平均效率应在60以上。

直接的可靠性是要求设计的风量、负压、效率应与实际条 件基本符合，即应达到预想的效果。具体要求如下：

1）矿井必须有完整的独立通风系统。改变通风系统吋（包括一翼、或一个水平、一个采区），必须履行报批手续；掘进巷道与其它巷道贯通吋，必须按《煤矿安全规程》〔2001年修订版，以下简称《规程》）的规定，制定安全措施。

2）实行分区通风，通风系统中没有不符合《规程》规定的串联通风、扩散通风（排放瓦斯巷道不在此限）、采空区通风和采煤工作面利用局部通风机通风。

3）矿井通风能力满足生产需要。釆掘工作面和峒室的供风 量要符合矿务局的统一标准。

4）矿内各地点风速符合《规程》规定。 5）矿井有效风量率不低于85%。

6）回风巷失修率不高于7%，严重失修率不高于3%。

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（矿井通风系统可靠性研究）

7）矿井主要通风机的反风设施要按《规程》定期检查，每年进行 一次反风演习。反风效果符合《规程》要求。

8）矿井主要通风机装置外部漏风每年至少要测定-次。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%。

1.2矿井通风系统可靠性的定义及指标

可靠性是指一个元件、设备或系统在规定的时间内，在规 定的条件下完成规定功能的能力。

矿井通风系统的可靠性定义为：矿井通风系统在运行过程 中保持其工作参数值的能力，以维持井巷中必需的满足要求的清洁风量的供应。所谓矿井通风系统的工作能力是指通风网络的风量分配符合规定要求。具体讲通风系统可靠性应包含以下几方面的内容：

1）在生产时期利用通风动力，以最经济的方式向井下各用风地点供给保质保量的新鲜风流；

2）保证作业空间有良好的气候条件； 3）冲淡或稀释有毒有害气体和矿尘；

4〉在发生灾变时，能有效、及吋地控制风向及风量，并与 其它措施结合，防止灾害的扩大，进而消灭事故。

矿井通风系统可靠性的度量指标主要有可靠度、有效度、 灵敏度和通风网路复杂度。

1.3通风网路复杂度

通风网路按其复杂程度可分为简单网路和复杂网路，含有角联分支的网路为复杂网路，不含角联分支的网路为简单网路。角联分支在火灾、风阻变化等条件下可能发生风流方向的改变，这对正常通风条件下的风流稳定性及通风管理是不利的。大量角联分支的存在，势必使得网路变得复杂，因此用角联分支占分支总数的百分比作为通风网路的复杂度指标是合理的。即通风网路复杂度指标：

Rf=

式中：nj一一角联分支数；

n一一通风网路分支总数。

njn

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2矿井通风系统可靠度分析

2.1风路可靠度

可靠度是可靠性的度量指标之一。研究某条风路的可靠性时，不 仅要考虑该风路的风量是否在合理范围内，还应同时考虑该风路的粉尘浓度、温度、有毒有害气体浓度等指标是否在合理范围内，即该风路风量的数量和质量同时在规定范围内时，才能说该风路是可靠的。

根据上述分析，从通风的角度，风路的可靠度可定义如下： 在某一稳定状态S(t)下，在规定的时间内第i条风路的风量值qi 能够保持在一个合理区间范围之内，即qi1

约束条件就是风路风流发生失效的边界条件，约束条件完全按照《规程》来确定。只要风流的数量和质量符合规程的规定，那么从通风的角度讲该风路就是可靠的。具体说，包括以 下四方面：

1) 风速

2) 有毒有害气体浓度（一氧化碳、氧化氮、一氧化硫、硫 化氢、氨） 3) 温度

4) 煤尘、粉尘浓度

这四方面只要有一方面不满足《规程》的规定，风路就会失效；只有这四方面同时满足《规程》的规定，风路才是可靠的。

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（矿井通风系统可靠性研究）

3矿井通风系统有效度分析

有效度是系统可靠性理论的重要指标之一，其工程涵义是系统、设备、元件等在规定的条件下，在任意时刻t正常工作的概率,称为瞬时有效度。用A（t）表示，即A（t）=P（t时刻系统正常）。若极限limA（t）=A存在，则称A为稳定有效度。稳定有效度A是可修系统中重要指标之一，表示部件或系统在长期运行中，大约有A的时间比例处于正常工作状态,所以又称系统的时间利用率。下文所讲有效度均指稳定有效度。

3.1有效度的定义

如前所述，矿井通风系统可靠性应包含以下几方面的内容：

1)在生产时期利用通风动力，以最经济的方式向井下各用风地点供给保质保量的新鲜风流；

2)保证作业空间有良好的气候条件； 3)冲淡或稀释有毒有害气体和矿尘；

4)在发生灾变时，能有效、及时地控制风向及风量，并与其它措施结合，防止灾害的扩大，进而消灭事故。

据此作如下定义：矿井通风系统有效度是在通风设施（设备）、有毒有害气体、煤尘、火灾事故以及影响通风断面的堆积物等因素影响的条件下，在任意时刻t内能够达到上述通风目的的概率,用A表示。

3.2有效度的求解

有效度可以用平均正常通风时间和平均通风失效时间两个指标进行衡量。平均正常通风时间指从通风正常情况下开始到通风失效时平均时间间隔，记作tMTBF。平均通风失效时间指从通风失效开始到恢复正常通风的平均间隔时间，记作tMTTF。这里定义μ为通风系统的维修率，λ为通风系统的故障率，大量实例资料表明：通风系统维修率μ、 故障率λ和平均正常通风吋间tMTBF、平均通风失效吋间tMTTF存在以下 关系：

λ=1/tMTBF λ=1/tMTTF

则风路的有效度为：

1A=

平均正常通风时间平均正常通风时间?平均通风失效时间=

?1??1μ=

μ??μ

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通过对生产矿井工作面通风状况和关键通风因素的调查研究中发现：矿井平均正常通风时间和平均通风失效时间服从指数分布。因此，矿井通风系统有效度可以利用马尔可夫理论求得，在此不作讨论。

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