魯 璐

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司煤炭開采利用研究院，河南 平頂山 467000）

0 引 言

煤炭一直以來都是我國的主要能源，在經(jīng)過幾十年的工業(yè)化開采后，礦井開采深度日益增加，地應(yīng)力、瓦斯壓力、地?zé)岬任：﹄S之加重，造成煤礦事故頻發(fā)，給煤炭的開采帶來了一系列的難題[1-2]。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)是保證煤礦安全生產(chǎn)的主要系統(tǒng)之一，一方面可為井下人員提供足夠的新鮮空氣，另一方面可降低瓦斯和粉塵等有毒有害氣體的濃度，并將其排出井下工作面[3]。而通風(fēng)系統(tǒng)也時常出現(xiàn)故障，引起瓦斯爆炸、火災(zāi)、煤層自燃等災(zāi)害，若通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計安全合理，則可防治瓦斯、煤塵和火災(zāi)等災(zāi)害的發(fā)生[4]。可見，通風(fēng)系統(tǒng)對煤礦的安全生產(chǎn)具有極大的貢獻；因此，有必要開展基于復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論的煤礦通風(fēng)安全分析[5]。

1 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)簡介

一般來說煤礦通風(fēng)系統(tǒng)由通風(fēng)設(shè)備、通風(fēng)構(gòu)筑物、巷道風(fēng)流及用風(fēng)地點等幾部分構(gòu)成，常見的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)示意圖如圖1 所示。隨著煤炭資源開采深度的日益增加，許多煤礦的瓦斯涌出量也隨之增大，地?zé)岬葹?zāi)害亦趨于嚴重,礦井的需風(fēng)量大大提高，通風(fēng)系統(tǒng)更加復(fù)雜，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的時變性、關(guān)聯(lián)性等耦合因素較多，風(fēng)流的控制和調(diào)整難度增大。這種情況下，通風(fēng)系統(tǒng)的故障主要是井下通風(fēng)阻力隨時間逐漸演變的過程，而通風(fēng)阻力的隨機演變與煤礦本身的地質(zhì)條件、生產(chǎn)工藝等多種因素有關(guān)，可基于復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論來對通風(fēng)系統(tǒng)進行分析，從而確定通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性，阻斷脆性風(fēng)險的傳導(dǎo)。

圖1 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

2 復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論

2.1 脆性理論的基本概念

“脆性”一詞定義為物體在外力作用下未發(fā)生顯著變形而突然破壞的現(xiàn)象，即材料在破壞斷裂之先并沒有發(fā)生可察覺到的塑性形變。我們將物體的脆性定義引入到復(fù)雜系統(tǒng)中，便可形成復(fù)雜系統(tǒng)的脆性理論。復(fù)雜系統(tǒng)的脆性定義為：在復(fù)雜系統(tǒng)S 中，存在對外界環(huán)境較為敏感的子系統(tǒng)Si,當(dāng)外界環(huán)境作用于子系統(tǒng)Si 時，子系統(tǒng)Si 受到強烈的擾動發(fā)生崩潰，從而導(dǎo)致其他子系統(tǒng)和整個復(fù)雜系統(tǒng)的崩潰。引起復(fù)雜系統(tǒng)崩潰的子系統(tǒng)Si 稱為脆性源，若復(fù)雜系統(tǒng)具有脆性源則該系統(tǒng)具有脆性，發(fā)生脆性崩潰的現(xiàn)象為脆性行為。在工業(yè)社會中，脆性是一個復(fù)雜系統(tǒng)的固有屬性，對于煤礦通風(fēng)這種較為復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)，脆性表現(xiàn)得更加明顯。復(fù)雜系統(tǒng)的脆性被激發(fā)可使系統(tǒng)的生產(chǎn)指標急劇下降，系統(tǒng)需要一定的時間才能恢復(fù)到原來的生產(chǎn)水平，復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論如圖2 所示。

圖2 復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論

2.2 煤礦通風(fēng)事故的脆性特征

煤礦通風(fēng)事故的脆性特征是指煤礦通風(fēng)事故與復(fù)雜系統(tǒng)脆性所共有的特點，煤礦通風(fēng)事故的脆性特征如下：

1）隱蔽性。煤礦通風(fēng)事故的發(fā)生往往是由已存在的不安全因素導(dǎo)致的，這些不安全因素可能存在已久只是未被人員發(fā)現(xiàn)和重視。當(dāng)外界致災(zāi)因子作用于這些隱蔽的不安全因素時，便可引發(fā)事故，可見煤礦通風(fēng)系統(tǒng)事故具有隱蔽性。

2）關(guān)聯(lián)性。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，通風(fēng)巷道和構(gòu)筑物之間的影響和關(guān)聯(lián)性強，單一危險因子引起的事故可導(dǎo)致其他相關(guān)區(qū)域或構(gòu)筑物發(fā)生事故，甚至影響整個通風(fēng)系統(tǒng)。且通風(fēng)系統(tǒng)與礦井其他子系統(tǒng)如采掘系統(tǒng)、提升系統(tǒng)等也具有較強的關(guān)聯(lián)性，通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生的事故可波及這些子系統(tǒng)，影響整個礦井的生產(chǎn)系統(tǒng)。由此可以看出，對于煤礦來說不僅通風(fēng)系統(tǒng)具有脆性，礦井的整個生產(chǎn)系統(tǒng)同樣存在脆性。

3）破壞性。煤礦井下危險源較多，作業(yè)空間狹小更增加了事故發(fā)生后的破壞威力，對于通風(fēng)系統(tǒng)存在瓦斯、煤塵和其他有毒有害氣體等多種危險源。若通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生故障往往引起瓦斯煤塵爆炸、作業(yè)人員中毒窒息等重大事故。具有極強的破壞性，引起大量的人員傷亡和經(jīng)濟損失。

4）多樣性。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的事故可以是設(shè)備的損失，人員的傷亡，也可是通風(fēng)線路和構(gòu)筑物的破壞和故障等，可見，煤礦通風(fēng)系統(tǒng)事故具有多樣性。所以煤礦通風(fēng)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的脆性系統(tǒng)。

3 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)脆性分析

3.1 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)子系統(tǒng)確定及脆性分析

依據(jù)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的特點，可將煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的脆性分析從“人”、“機”、“環(huán)”、“管”的角度分為參與者子系統(tǒng)，設(shè)備設(shè)施子系統(tǒng)和安全管理子系統(tǒng)。下文將對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)脆性分析的各子系統(tǒng)作詳細介紹，并建立各子系統(tǒng)的脆性分析因子。

1）參與者子系統(tǒng)?！叭恕笔且磺猩鐣I(yè)生產(chǎn)的核心元素，人的行為受自身和外界環(huán)境的影響表現(xiàn)出多變性、差異性和不規(guī)范性等。對于煤礦通風(fēng)系統(tǒng)來說，人的安全行為是保證通風(fēng)系統(tǒng)安全的核心，并在很大程度上影響著通風(fēng)系統(tǒng)的脆性特征。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，煤礦生產(chǎn)中，人的不安全行為引起的事故占事故總數(shù)的50%以上。對于煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中參與者子系統(tǒng)的脆性因子可從特種人員持證上崗制度、作業(yè)人員教育水平、員工培訓(xùn)和再教育、個人安全意識和操作經(jīng)驗及生理和心理素質(zhì)鍛煉等方面來構(gòu)建，如圖3 所示。

圖3 參與者子系統(tǒng)脆性因子構(gòu)建及關(guān)聯(lián)圖

2）設(shè)備設(shè)施子系統(tǒng)。對于綜合機械化開采的煤礦來說機械設(shè)備的重要程度不言而喻，煤礦通風(fēng)系統(tǒng)同樣包含主要通風(fēng)機、輔助通風(fēng)機、局部通風(fēng)機及其他風(fēng)阻、風(fēng)壓等監(jiān)測設(shè)備。這些設(shè)備正常運轉(zhuǎn)是保證通風(fēng)系統(tǒng)安全的重要條件，但是在實際生產(chǎn)中常常發(fā)生超負荷運轉(zhuǎn)、人員不當(dāng)操作等引起的設(shè)備設(shè)施損耗。對于煤礦通風(fēng)設(shè)備設(shè)施子系統(tǒng)的脆性因子可從通風(fēng)構(gòu)筑物如風(fēng)門、風(fēng)窗的密閉性、供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性及瓦斯抽放設(shè)備、防塵防火設(shè)備、安全監(jiān)測設(shè)備、通風(fēng)機等方面構(gòu)建，如圖4 所示。

圖4 設(shè)備設(shè)施子系統(tǒng)脆性因子構(gòu)建及關(guān)聯(lián)圖

3）安全管理子系統(tǒng)。安全管理是進行工業(yè)生產(chǎn)的必備過程，同樣也是一個動態(tài)變化的過程。煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的安全管理是使各子系統(tǒng)能夠相互結(jié)合、統(tǒng)一管理，達到安全狀態(tài)的有機過程。安全管理的主要目的是在保證安全生產(chǎn)的條件下，進行一系列的安全管理工作，提高作業(yè)人員安全意識和系統(tǒng)安全水平，保證煤礦的正常生產(chǎn)經(jīng)營。煤礦通風(fēng)安全管理子系統(tǒng)的脆性因子可從管理人員的技術(shù)水平、組織機構(gòu)的合理性、設(shè)備管理制度、員工再教育制度和安全承諾，危險源及隱患整改及通風(fēng)系統(tǒng)特殊物資的管理水平等方面來構(gòu)建，如圖5 所示。

圖5 安全管理子系統(tǒng)脆性因子構(gòu)建及關(guān)聯(lián)圖

3.2 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)脆性分析總體結(jié)構(gòu)

由參與者子系統(tǒng)，設(shè)備設(shè)施子系統(tǒng)和安全管理子系統(tǒng)所構(gòu)建的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)脆性分析總體結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

由圖6 可知，關(guān)鍵脆性因子之間存在單向或雙向的可傳遞的脆性聯(lián)系，如供電線路的損壞可導(dǎo)致通風(fēng)機停轉(zhuǎn)，引起巷道瓦斯積聚等事故。事故脆性結(jié)構(gòu)的特點決定了事故發(fā)生路徑，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，也意味著管理和防御措施越多。切斷脆性傳導(dǎo)路徑，能夠有效預(yù)防和阻斷脆性風(fēng)險的傳導(dǎo)。

圖6 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)脆性分析總體結(jié)構(gòu)

4 結(jié) 論

1）簡述了煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的組成，闡明了脆性理論的基本概念，總結(jié)了煤礦通風(fēng)事故的脆性特征包括：隱蔽性、關(guān)聯(lián)性、破壞性和多樣性。

2）基于復(fù)雜系統(tǒng)脆性理論將煤礦通風(fēng)系統(tǒng)從“人”、“機”、“環(huán)”、“管”的角度分為參與者子系統(tǒng)，設(shè)備設(shè)施子系統(tǒng)和安全管理子系統(tǒng)，構(gòu)建了3 類子系統(tǒng)的脆性因子和其關(guān)聯(lián)性，并確立了煤礦通風(fēng)系統(tǒng)脆性分析的總體結(jié)構(gòu)，依據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)脆性分析結(jié)構(gòu)，可切斷脆性傳導(dǎo)路徑，有效預(yù)防和阻斷脆性風(fēng)險的傳導(dǎo)。