金属非金属地下矿山通风系统评价指标体系 | [PDF全文] |
2. 95926部队,长春 130103
2. 95926 PLA troops, Changchun 130103, China
通风系统直接关系到金属非金属地下矿山的安全生产和劳动效率.对金属非金属地下矿山通风系统的评价要体现出科学合理性,必须要确定能够确切地反映金属非金属地下矿山通风系统实际状况的评价指标,建立一个科学合理的评价指标体系.
目前,我国《金属非金属地下矿山通风技术规范通风系统鉴定指标》能够较好地从定量的角度测定金属非金属地下矿山通风系统状态.但是,金属非金属地下矿山通风系统是一个具有随机性、动态性、复杂性、模糊性的庞大系统[1],其影响因素较多,简单地从定量的角度评价金属非金属地下矿山通风系统,不能全面体现出系统的状态.国内一些通风专家、学者早在20世纪80年代就提出了诸多指标体系,但大多以研究煤矿着手[2-3].其中,虽然有些指标间存在较强相对性,却不全面;有些指标比较全面,但个别指标可操作性差,或者个别指标意义重叠[4].基于以上问题,作者在前人研究的基础上着手建立了多层次的金属非金属地下矿山通风系统层次评价模型.
1 评价指标体系的建立通风系统评价的基础和关键是评价指标的建立,其直接影响到评价结果.评价指标体系应以能够反映矿井通风系统的状况和质量特征为目标.确定的评价指标太多,会增加指标体系的复杂程度和评价的难度,甚至会掩盖关键因素;若指标太少,评价简单易行,又难以全面反映通风系统的状况[5].
我国2008年发布了《金属非金属地下矿山通风技术规范通风系统鉴定指标》[6],该指标体系中包含6项基本指标,1项综合指标,3项辅助指标.作者以该指标体系为基础,结合矿井通风系统的定义,以安全经济、安全管理目标为依据,从通风环境适宜性、通风设备及设施可靠性、通风网络合理性、通风经济合理性、通风安全管理科学性5个方面来研究,确定了金属非金属地下矿山通风系统28个评价指标[7-8](如图 1所示).
2 评价指标的分析 2.1 通风环境适宜性
通风环境是相对于金属非金属地下矿山而言,是指围绕着通风系统,并对通风系统会产生某些影响的所有外界因素.对通风环境适宜性的评价能够直接反映金属非金属地下矿山通风系统的安全性与井下员工工作的舒适性.反映该项的指标如下.
(1)风量供需比.风量供需比为实际测得的主要通风机风量或者是一级机站通风机总风量的最大值与设计的矿井需风量的比值,该项指标反映的是风量的供需关系.
(2)风质合格率.风质合格率为矿井进风风源质量符合《金属非金属地下矿山通风技术规范通风系统》 [9]中4.1和4.3条标准的需风点数与需风点总数的百分比.该项指标反映的是风源的质量及其污染情况.风质合格率≥90 %为合格标准.
(3)有效风量率.有效风量率为金属非金属地下矿山通风系统中的有效风量与主要通风机风量的百分比.该项指标反映的是主要通风机风量的利用程度.有效风量率≥60 %为合格标准.
(4)自然风压的影响.实践表明,自然风压对矿井有效通风的影响,有时有利,有时却有弊[10].因此,要掌握自然风压的特点和规律,以便了解整个矿山通风环境.自然风压本身受以下因素影响:地表气温变化、矿井深度、地表大气压、矿内空气的气体成分和湿度、扇风机工作、风量.
(5)井下作业地点温度合格度.井下作业地点温度是构成矿内气候条件的重要因素,温度过高或过低对人体都有不良影响.井下作业地点温度最适宜工人劳动的区间是15~20 ℃.
(6)井下作业地点湿度合格度.井下作业地点湿度是指井下空气潮湿的程度,可以用相对湿度表示.相对湿度是指空气实际所含水蒸气量与同温下饱和水蒸气量比值的百分数.相对湿度人体感觉最佳舒适的是49 %~51 %,相对湿度过高或过低,对人体都不适,甚至有害.
(7)井下作业地点粉尘、有毒有害气体合格度.井下作业地点粉尘、有毒有害气体是危及人体健康的物质,会引起皮肤发炎、支气管发炎、肺水肿、肺癌、神经麻木,甚至死亡等等.本文的评价体系中的有毒有害气体包括放射性气体氡及氡子体. 《金属非金属矿山安全规程》 [11]对CO、NOx、H2S、SO2接触限值有明确规定,井下作业地点的空气中,有害物质的接触限值应不超过《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素》[12]的规定.
(8)风量(风速)合格率.风量(风速)合格率为实际测得风量(风速)符合《金属非金属地下矿山通风技术规范通风系统》第5.2条标准的需风点数与需风点总数的百分比.该项指标反映的是需风点的风量(风速)是否满足需要,以及风量分配是否合理.风量(风速)合格率≥65 %为合格标准.
(9)井下压力分布情况.掌握井下压力分布情况可以防止有毒有害气体析出,了解风流走向.
2.2 通风设备及设施可靠性通风设备及设施包括矿井通风动力与通风设施.矿井通风动力是指矿井主要通风机及其配套装置.其稳定运行直接影响着矿井运行的经济合理性与安全可靠性.矿井通风设施是指设置在井下通风巷道中用于控制风流大小和方向的通风构筑物,包括局部扇风机[13]、风门、风桥、风窗、风墙.矿井通风设施的布置与质量的合理与优劣性,直接影响矿井通风系统的可靠性和稳定性.反映该项的指标如下.
(1)主要通风机效率.主要通风机效率为主要通风机的输出功率与输入功率的百分比,该项指标反映的是主要通风机的性能、工况及其与通风网络的匹配情况.当有多台主要通风机并联工作时,利用风机效率的算术平均值表示.多级机站的通风系统中,所有风机效率的算术平均值为风机效率.主要通风机效率≥70 %(全压)为合格标准.
(2)主要通风机运转稳定性.主要通风机运转稳定性是指主要通风机安装时叶片是否有松动情况,多台风机同时运行时各风机之间是否相互干扰.该项指标对矿井通风系统的安全性具有决定性的影响,是表征矿井通风系统安全可靠性的重要指标.
(3)矿用通风设施匹配、合格性.矿用通风设施匹配、合格性是指各种通风设施选型必须匹配,质量都必须符合要求,功能齐全,性能可靠.
(4)通风机工作方式的合理性.通风机工作方式有压入式、抽出式和混合式3种,每种工作方式都有各自的适用范围,例如:崩落法开采、有氡及氡子体析出,适用于压入式通风,等等.可以利用各种通风机工作方式的适用范围判断矿井通风系统通风机工作方式的合理性.
(5)反风系统合格度.反风系统是造成井下风流反向的一种设施,风流反向目的是防止发生火灾时产生的有害气体进入作业区;为了适应救护工作有时也需要进行反风.反风系统要求定期进行检修,确保反风装置处于良好的工作状态;动作灵敏可靠,能在10 min内改变巷道中风流方向;反风装置结构要严密,漏风要少;反风量≥正常风量的60 %为合格.
(6)主要通风机能力备用系数.主要通风机能力备用系数是指主要通风机工作能力范围能不能满足服务年限.
(7)辅助扇风机的可靠性.辅助扇风机是指用于矿井通风网路的某一分支(某一区)风路,能够帮助主要通风机工作,用以保证该分支(该区域)所需风量的通风机.其可靠性包括辅助扇风机服务能力,工况适宜性,运行稳定性.
(8)仪器仪表的完善性.仪器仪表的完善性是指矿山是否配备了用于通风检测、监测的仪器仪表(如:测风、测尘仪表和气体测定分析仪),仪器仪表运行状况是否良好.
2.3 通风网络合理性.犬牙交错的井巷构成了矿井通风网络,随着生产不断开展,其分支风阻和网络结构也随之发生变化,进而引起井巷中风流的方向和大小及风压的变化.通风网络合理性直接影响到整个矿山通风系统的安全性与经济性,反映该项的指标如下.
(1)通风网络结构合理性.通风网络连接形式很复杂,是多种多样的,但基本连接形式可分为:串联、并联以及角联[14].连接方式会影响到井下风流的稳定性和井下风量的可调性,因此,要选择合理的网络结构.矿井通风网络简单,井下风流的稳定性与可调性强;反之,稳定性和可调性就差.
(2)风流有害角联分支数.有害角联是由于边缘巷道风阻比例关系变化,引起工作面风流方向改变或造成灾害的角联网路.有害角联分支数越多,对通风系统的破坏性越大.
(3)主要通风巷道维护情况.通风系统中主要通风巷道要定期进行维护,长期堆放杂物、冒落的矿石会增加风流的正面阻力,严重时会破坏整个通风网络.
2.4 通风经济合理性通风经济合理性主要用来衡量矿井通风系统的经济及能耗情况.反映该项的指标如下.
(1)单位有效风量所需功率.单位有效风量所需功率为每立方米有效风量通过单位长度的主风路的能耗,该项指标反映的是获得单位有效风量的能耗状况.
(2)单位采掘矿石量通风费用.单位采掘矿石量的通风费用为矿井通风总费用与年开采矿石量之比.
(3)年产万吨耗风量.年产万吨耗风量为主要通风机风量或一级机站风机总风量最大值与年开采矿石量的比值.该项指标用来直观地衡量万吨产量所需要的风量.
2.5 通风安全管理科学性通风安全管理是结合安全科学理论与技术,为确保安全生产,使通风系统达到最佳的安全状态的有组织、有目的的行为.反映该项的指标如下.
(1)员工培训程度.员工培训是指矿山为开展业务及培育人才的需要,采用多种多样的方式对员工进行有目的、有计划的培养和训练.目标是使员工不断地更新知识领域,拓展技能,改进员工的动机、态度与行为,更好的胜任本职工作或更高级别的职务,进而达到提高生产效率和实现生产目标的目的.矿山员工培训的程度直接影响到整个通风系统的日常维护[15].
(2)员工素质的高度.员工素质的核心是奉献意识和敬业精神,这是职工所有素质的基础,也是员工的技术素质和文化素质赖以不断提高的精神依据.员工素质的高度同样影响到整个通风系统的维护,例如:不乱停开局部扇风机,不图私利乱开、关风门、风窗等.
(3)通风监测、检测情况.通风系统要定期地进行检测和监测[16],如:《金属非金属地下矿山通风技术规范通风管理》 [17]4.2.6.4、4.2.6.5规定,井下各产尘点的空气含尘浓度要定期测定,凿岩工作面每月需测定2次;有毒有害气体,每季度应测定1次等.
(4)规章制度完善性及执行情况.金属非金属地下矿山关于通风系统应建立和完善各项规章制度,包括:通风安全生产奖惩制度、安全生产办公会议制度,等等.规章制度完善性及执行情况直接影响到通风系统的管理,因此,各项规章制度要严格按照安全生产标准化建设要求执行.
(5)通风专职人员的完善性.金属非金属地下矿山应建立一支完善的通风专职人员队伍.该队伍要有专职的通风技术人员、测风、测尘人员,要定期进行培训.该队伍要定期对通风系统进行安全检查,发生灾害时能够及时上报、及时采取措施.
3 应用意义与讨论该评价指标体系分3层关系阐述了评价金属非金属地下矿山通风系统的评价指标,既从定量角度出发也从定性的角度分析,充分体现出金属非金属地下矿山通风系统具有模糊性的特点.通过对各项指标的分析可以看出,各项指标间存在主次关系,可以利用层次分析法计算金属非金属地下矿山通风系统评价指标的权重,进而利用模糊评价理论评价金属非金属地下矿山通风系统.
该评价指标体系中,通风环境适宜性包含9个评价指标,该9项指标能够全面反映井下作业地点工作环境的舒适性与安全性.其中,风量供需比、有效风量率、温度、湿度风量(风速)指标,是舒适性的表征;风质合格率、自然风压影响、井下压力分布、粉尘、有毒有害气体指标,是安全性的表征.
通风网络、动力、通风构筑物是金属非金属地下矿山通风系统主要的三大组成部分,通风设备及设施可靠性与通风网络合理性共11项评价指标,能够全面反映三大组成部分的质量和安全性、经济性、可靠性以及匹配性.
首次将人-机-环境[18]科学理念引入金属非金属地下矿山通风系统评价指标体系当中,通风安全管理对通风系统的维护、日常管理十分重要,科学的管理可以从安全性、经济性给予建立完善的通风系统重要的帮助.
4 结论(1)建立了多层次的金属非金属地下矿山通风系统评价指标体系,通过对该评价模型28个评价指标分析,得出该评价指标体系可以系统地、科学地反映金属非金属地下矿山通风系统的状况.
(2)结合人-机-环境科学理念,将通风安全管理科学性纳入评价体系当中,可以更加综合性的评价金属非金属地下矿山通风系统.
(3)该评价指标体系可以应用到金属非金属地下矿山通风系统模糊评价方法当中.
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