＊李曉平

（山西省長(zhǎng)治市上黨區(qū)能源局能源發(fā)展中心 山西 046000）

引言

煤礦資源是工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)保證，更是保障人民生活水平和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)資源。如今煤礦在經(jīng)過(guò)多年的開采以后，潛層的煤礦基本已經(jīng)開采完成，需要延伸生產(chǎn)礦井，增加礦井生產(chǎn)能力。隨著礦井開采的深度不斷加深，面臨的地質(zhì)條件也更加復(fù)雜，時(shí)而會(huì)出現(xiàn)煤礦安全事故，而絕大多數(shù)的煤礦事故都直接或間接地受到礦井通風(fēng)情況的影響，比如，通風(fēng)不暢的位置將會(huì)有瓦斯聚集，若碰到電火花等，會(huì)瞬間導(dǎo)致煤礦或者瓦斯爆炸，所以礦井通風(fēng)的重要性不言而喻。

1.煤礦礦井通風(fēng)改造方案的評(píng)判因子與數(shù)學(xué)描述

(1)評(píng)判因子確定的原則

①科學(xué)與合理的原則

制定的評(píng)判因子必須要與礦井的正常發(fā)展趨勢(shì)相適應(yīng)，保證科學(xué)性與合理性，可以對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量問(wèn)題，以及影響通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其功能的因素做出清晰且明確的反應(yīng)。

②定性與定量的原則

在選取評(píng)判因子的時(shí)候，要求包含有理論研究的數(shù)值和測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)值，所以這就要求選取的評(píng)價(jià)因子必須要結(jié)合定量和定性分析，從而保證得到的評(píng)價(jià)結(jié)果更加具有有效性和準(zhǔn)確性。

③普遍性與特殊性的原則

在選取判定因子的時(shí)候，必須要保證判定因子兼具特殊性和普遍性，既可以分析出礦井通風(fēng)管理中存在的個(gè)性化指標(biāo)，還可以將存在的共性指標(biāo)分析出來(lái)。

(2)評(píng)判因子的數(shù)學(xué)描述

①礦井內(nèi)部總風(fēng)壓

礦井內(nèi)部總風(fēng)壓在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，主要是1m/s的空氣在流經(jīng)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候所產(chǎn)生的機(jī)械能消耗，當(dāng)?shù)V井內(nèi)部的風(fēng)壓增加的時(shí)候，管理通風(fēng)系統(tǒng)的難度也將會(huì)增加。礦井內(nèi)部總風(fēng)壓計(jì)算的關(guān)系表達(dá)式如式（1）所示：

式中，h表示礦井內(nèi)部的總風(fēng)壓；R表示井巷位置的摩擦風(fēng)阻值；Q表示礦井內(nèi)部通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量大小。

②礦井內(nèi)部有效風(fēng)量率

礦井內(nèi)部有效風(fēng)量率表示的礦井內(nèi)部的采掘工作面、回采工作面、機(jī)電設(shè)備、避難室、炸藥房等用風(fēng)位置的總風(fēng)量和實(shí)際進(jìn)風(fēng)量之間的比值，礦井內(nèi)部有效風(fēng)量率計(jì)算的關(guān)系表達(dá)式如公式（2）所示：

式中，Qs表示用風(fēng)位置所需要使用的風(fēng)量；Qj表示礦井內(nèi)部的實(shí)際進(jìn)風(fēng)量。

③礦井內(nèi)部總等積孔

礦井內(nèi)部總等積孔計(jì)算的關(guān)系表達(dá)式如公式（3）所示：

式中，Qi表示風(fēng)機(jī)的風(fēng)量；hi表示風(fēng)機(jī)設(shè)備的風(fēng)壓值。

④礦井工作面風(fēng)量達(dá)標(biāo)率

礦井工作面風(fēng)量達(dá)標(biāo)率計(jì)算的關(guān)系表達(dá)式如公式（4）所示：

式中，e表示礦井工作面位置風(fēng)量達(dá)標(biāo)率；a表示當(dāng)風(fēng)量達(dá)到設(shè)計(jì)需風(fēng)量的工作面數(shù)量；b表示在同一時(shí)間段內(nèi)工作的工作面數(shù)量總數(shù)。

⑤通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行效率

通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行效率計(jì)算的關(guān)系表達(dá)式如公式（5）所示：

式中，Hf表示通風(fēng)設(shè)備的全壓；Qf表示通風(fēng)設(shè)備的風(fēng)量；N表示通風(fēng)設(shè)備電機(jī)的輸入功率值；表示通風(fēng)設(shè)備電機(jī)的運(yùn)行效率；表示通風(fēng)設(shè)備電機(jī)的傳動(dòng)效率。

⑥通風(fēng)設(shè)備優(yōu)化完善的資金

通風(fēng)設(shè)備優(yōu)化完善的資金可劃分成為三個(gè)部分，分別為維修巷道費(fèi)用，購(gòu)置設(shè)備的費(fèi)用以及井巷工程費(fèi)用。其中井巷工程費(fèi)用計(jì)算的關(guān)系表達(dá)式如公式（6）所示：

式中，kj表示井巷掘進(jìn)過(guò)程中的資金支出；sj表示掘進(jìn)第j條井巷的時(shí)候初選斷面的面積；Lj表示第j條掘進(jìn)的井巷長(zhǎng)度值。

購(gòu)置設(shè)備的費(fèi)用主要是指重要通風(fēng)設(shè)備的資金支出。維修費(fèi)用主要是指井巷在進(jìn)行維修的過(guò)程中，人工費(fèi)用支出、各種材料設(shè)備的費(fèi)用支出。

⑦通風(fēng)費(fèi)用支出

通風(fēng)費(fèi)用支出是指平均每年礦井開采一噸煤炭的時(shí)候，通風(fēng)設(shè)備電費(fèi)的支出。其計(jì)算的關(guān)系表達(dá)式如公式（7）所示：

式中，N表示通風(fēng)設(shè)備輸入的功率；C表示通風(fēng)設(shè)備的傳動(dòng)效率；表示通風(fēng)設(shè)備電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率；表示電網(wǎng)運(yùn)行的效率；表示變壓器設(shè)備的運(yùn)行效率；b表示礦井每年的總產(chǎn)量。

⑧通風(fēng)位置角聯(lián)數(shù)

通風(fēng)位置角聯(lián)數(shù)主要是指礦井內(nèi)部用風(fēng)位置的角聯(lián)數(shù)量。

⑨風(fēng)速超限情況

風(fēng)速超限從量化角度進(jìn)行表示，其關(guān)系表達(dá)式如公式（8）所示：

⑩風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性情況

風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性情況主要是指不同的風(fēng)機(jī)相互之間不存在干擾的現(xiàn)象，即使是有所干擾，其工況仍舊處于合理的范圍，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，其關(guān)系表達(dá)式如公式（9）所示：

式中，Sf表示風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定指數(shù)；表示通風(fēng)設(shè)備運(yùn)行的效率；表示通風(fēng)設(shè)備最大的運(yùn)行效率；kr表示風(fēng)機(jī)設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候的穩(wěn)定性系數(shù)；kf表示風(fēng)機(jī)設(shè)備相互之間的影響系數(shù)。

?礦井抗災(zāi)能力

礦井抗災(zāi)能力是指在礦井施工期間，通風(fēng)系統(tǒng)有良好的瓦斯排放系統(tǒng)，并且對(duì)防滅火、降塵、控制溫度等等具有有效的解決措施。在進(jìn)行礦井抗災(zāi)能力評(píng)價(jià)時(shí)，重點(diǎn)從防災(zāi)設(shè)備和技術(shù)、通風(fēng)方式兩個(gè)主要的內(nèi)容展開評(píng)價(jià)。其計(jì)算的關(guān)系表達(dá)式如公式（10）所示：

式中，S表示礦井抗災(zāi)能力的指標(biāo)值；S1表示礦井通風(fēng)措施的得分情況；S2表示礦井防災(zāi)技術(shù)和設(shè)備的得分。

2.層次分析法明確指標(biāo)權(quán)重

(1)建立遞階層次結(jié)構(gòu)

在對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的多個(gè)方面存在的問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析以后，可以將通風(fēng)系統(tǒng)所含有的多個(gè)因素劃分成為多個(gè)層次[5]。一般情況下，可將其劃分成為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層和方案層等。

(2)構(gòu)造判斷矩陣

在已經(jīng)完成的層次結(jié)構(gòu)，已經(jīng)明確了不同層次元素之間存在的關(guān)系，對(duì)元素的重要性做出判斷，形式如下：

在計(jì)算權(quán)重的時(shí)候，選擇使用和積法實(shí)現(xiàn)，這種方法相對(duì)比較簡(jiǎn)單，其步驟可以分為以下幾步：

第一，正規(guī)化處理判斷矩陣的每一列元素。

第二，正規(guī)化處理每一列元素以后按行相加。

式中，(AW)i表示向量AW第i個(gè)元素；n表示判斷矩陣的維數(shù)。

在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，其基本條件是要求判斷矩陣是一致性矩陣，為了確保不同要素之間具有一致性，其步驟如下：

一致性指標(biāo)為：

CI值可以對(duì)決策者判斷思維的一致性情況做出相應(yīng)的判斷。一致性比率CR的計(jì)算關(guān)系表達(dá)式如公式（17）所示：

式中，RI表示平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

(3)計(jì)算標(biāo)權(quán)重

參照技術(shù)人員和眾多專家的評(píng)分意見構(gòu)建不同層次的不同因素的判斷矩陣，對(duì)矩陣對(duì)應(yīng)的特征向量和最大特征值做出判斷，之后再做出正規(guī)化處理，獲得不同層次的因素權(quán)值，如表1、表2所示。

表2 判斷矩陣B1-Ci及相應(yīng)權(quán)值

3.優(yōu)化煤礦礦井通風(fēng)方案

以某地區(qū)礦場(chǎng)為例，煤礦通風(fēng)系統(tǒng)如圖1。

圖1 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中，冒高的地點(diǎn)總共有六處，其中七水平巖石道到三水平電車道阻力最大區(qū)段是最大阻力路線。在進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的時(shí)候，為了將礦井內(nèi)部的阻力調(diào)整到七水平巖石巷向三水平電車到開拓的巖石航，需要基于現(xiàn)狀調(diào)整阻力、風(fēng)量等因素。在調(diào)整以后，所有的冒高地點(diǎn)被清理以后，六處冒高位置的風(fēng)量、斷面面積等都獲得較為顯著的增加，降低量百米阻力和摩擦風(fēng)阻。

4.結(jié)語(yǔ)

本文從安全可靠、技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理三個(gè)角度，論述在降低煤礦礦井通風(fēng)阻力方面措施制定的影響要素，確定了評(píng)判因子和權(quán)重，并構(gòu)建了通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化評(píng)判指標(biāo)，旨在解決實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題。