矿井瓦斯抽采系统安全评价研究与应用

2023-02-08

煤矿安全评价指的是利用系统的工程方法对煤矿工程或者相关系统中可能存在的危险及严重后果进行评价预测, 针对事故风险大小, 提出一些相应的安全防范措施, 进而保障煤矿井下人员的人身安全, 尽量降低煤矿的经济损失。煤矿瓦斯抽采系统是保证煤矿井下安全的重要设施, 能够将井下瓦斯及时抽出, 避免瓦斯浓度过高, 导致瓦斯爆炸, 影响煤矿瓦斯抽采系统运行安全的因素非常多, 因此对该系统进行安全评价十分有必要。

一、煤矿瓦斯抽采系统及其评价概述

煤矿瓦斯抽采系统主要由瓦斯抽采监测监控系统、进气抽采管道系统、汽水分离器系统、水环式真空泵系统、阀门控制系统等部分组成, 实际的使用过程中, 首先在地面建立好瓦斯抽放泵, 将瓦斯抽放钻孔与井下抽放瓦斯管道系统链接起来, 抽放泵运转时产生负压会将井下的瓦斯抽出, 如果瓦斯的含量较少可以直接排放的空气中, 如果较多许多送入到瓦斯罐中, 提供给相应的用户使用。瓦斯抽采系统具有采集功能、控制功能、安全功能等一系列功能, 在矿井瓦斯含量防控方面发挥重要作用。但矿井瓦斯抽采系统比较复杂, 任何一部分出现问题, 都可能会影响到系统的安全运行, 因此对系统进行安全评价, 能够及时的发现系统运行过程中隐藏的各种问题, 并采取对应的调整改造措施, 这对于矿井瓦斯抽采系统的管理十分有意义。

二、矿井瓦斯抽采系统评价方法确定及评价指标体系构建

矿井瓦斯抽采系统中许多因素会相互关联, 比较复杂, 属于一个动态的系统, 该系统的安全评价其实是一个多因素综合评价问题, 其中许多因素只能定性确定, 而不能定量测量。就目前来说出现的一些评价方法主要有层次分析法、模糊评价法等几种, 模糊综合评价法在解决多目标、多因素问题比较有效。单一的定量分析或者定性分析方法难以有效的解决具体问题, 因此在对瓦斯抽采系统进行安全评价时要将两者结合起来, 模糊数学能够将定性及定量统一。

模糊综合评价的前提是建立一个评价指标体系, 该评价指标体系是将评价对象、评价方法、评价者联系起来的重要桥梁。评价指标确定可以采用专家咨询法进行, 这一方法具有匿名性、实际应用性以及结果统计性三个特点。指标体系初步建立后需要利用典型指标方法将一些次要指标筛选出去, 选择典型指标。不同评价指标对于评价对象的作用利用指标权重反映。层次分析法是一种比较常见的指标权重确定方法, 利用层次分析法确定指标权重时需要首先根据问题性质, 将其系列分层化, 建立一个阶梯层次模型, 然后分别对各层的因素进行赋值, 建立一个判断矩阵, 每层的元素应小于9个。

瓦斯抽采系统安全评价指标体系阶梯层次结构模型如图1所示, 主要包括目标层、准则层、评价指标及方案层四个层次。

通过对矿井瓦斯抽采系统中可能影响系统安全的因素以及容易出现的安全事故进行探讨分析, 初步的划分出系统安全评价指标体系, 该体系主要由A瓦斯抽采系统环境、B瓦斯抽采设施安全性、C瓦斯抽采系统安全管理、D系统瓦斯事故隐患控制四部分组成, 其中各部分又可以详细的划分为不同的子因素, 比如抽采系统环境影响因素主要有瓦斯抽采率、抽放量、煤层自身含瓦斯条件、封孔等, 各部分详细内容本文不再一一赘述。

利用层次分析法建构评价矩阵计算各评价指标的权重值时首先需要建立一个树状的层次结构模型, 然后对比同一层次的评价指标, 针对上一层次的相关因素, 构成一个数值判断矩阵, 按照正矩阵理论, 将需要计算的含n个因素的矩阵的最大特征根计算出来, 通过和积法计算出权值向量, 根据层次分析法原理, 判断及检验矩阵的一致性及准确性。

三、瓦斯抽采系统安全评价的模糊综合评价

模糊综合评价的原理是模糊变换原理、原则是最大隶属度原则, 着眼点是综合评价中需要考虑的各相关因素。从指标集到评语集的模糊处理器为模糊关系矩阵。本文采用多级模糊评价方法, 评价过程中, 首先将评价对象按照各自的属性分为不同的大因素, 然后对各类大因素进行初级模糊综合评价, 最后对初级评价结果进行高级综合评价。

矿井瓦斯安全评价指标较多, 各指标权重值都不相同, 许多因素都具有很强的不确定性, 容易受到环境影响, 为此, 利用模糊综合评价方法改进及完善矿井瓦斯抽采系统非常有必要。以抽采系统中抽放泵安装运行为例, 利用模糊综合评价方法评价一些定性因素时, 首先决定抽放泵安全稳定的因素集中主要包括抽放泵检测试要求、配套设施、自身性能装置三个因素, 评语集主要有优、良、合格、不合格四个因素, 根据评价集评定备选对象的评价指标, 建立一个模糊映射, 组成模糊变换矩阵。然后根据不同评价指标的重要程度以及有关专家学者的工作经验利用层次分析法就各项评价指标的权重值进行确定, 结合隶属度最大原则, 确定矿井抽放泵安装运行这一过程的评语。为了确保评价结果的客观性, 需要将不同专家学者的评价分数进行统计分析, 计算出不同评价等级的个数频率, 然后得出模糊评价结果, 完成矿井瓦斯抽采系统安全评价指标体系的优化改进过程。

结束语

我国上世纪80年代就已经引入了安全系统工程, 国家及相关行业针对安全评价工作制定了许多相应法律法规, 但总体而言我国的安全评价工作依然处于发展阶段, 存在着许多不完善的地方。矿井瓦斯抽采系统本身是一个动态的非线性系统, 实际的工作状态十分的复杂多变, 本文仅仅就如何建立矿井瓦斯抽采系统安全评价指标体系进行了简单的探讨分析, 其中还存在许多不足之处, 还需要相关研究人员的深入实践分析。

摘要：矿井瓦斯抽采系统对于维护矿井安全有着重要意义, 能够有效的降低矿井瓦斯事故。但矿井瓦斯抽采系统在实际的使用过程中, 会出现一些影响其运行安全性的因素, 本文对这些因素进行简单的分析, 确定安全评价的内容及方法, 建立一个评价指标体系及评价模型, 希望能够对矿井瓦斯抽采系统的安全运行有着一定的促进作用。

关键词：矿井瓦斯抽采系统,安全评价,评价指标体系,模糊评价