矿井通风系统可靠性分配方法研究.docxVIP

矿井通风系统可靠性分配方法研究摘要矿井通风系统的可靠性是矿井安全生产的一项重要安全指标，以可靠性工程的基本理论作为基础，研究矿井通风系统的可靠性问题。关键词可靠性分配通风系统可靠度矿井通风是由向井下作业地点供给新鲜空气并排出污浊空气的通风网络、通风动力和通风控制设施构成的通风系统。矿井通风系统与井下各作业地点密切联系，通风系统的可靠性对矿井的通风安全状况具有全局性的影响。矿井通风系统是一个可修复系统，评价其通风网络、通风设备和通风控制设施的主要可靠性指标是有效度，本文主要是从矿井通风控制设施、通风设备、通风网络和通风系统的有效度分析矿井通风系统的可靠性。矿井通风系统是多环节、多设备的复杂系统，加上矿井地下通风系统的特殊环境和作业场所的动态性，从而就存在影响正常矿井通风的随机因素。从可靠性工程理论来研究矿井通风状况，进行矿井通风系统有效度分析，从而找出影响通风系统运转良好与否的主要因素，掌握整个矿井的通风状况。工作面是矿井生产的主要单元，我们以工作面作为考查对象，通过对各个工作面通风状况的统计分析，进行通风系统可靠性计算。工作面是井下最重要的通风地点，必须保证工作面通风正常。除了工作面之外，还有诸如通风设备、回风大巷、风门等最终也会导致通风系统的通风失效，最终也是导致工作面通风失效。抛开具体巷道、工作面，以影响通风系统的因素为研究对象，即矿井风机、通风构筑物、局扇、有毒有害气体以及其他因素的统计分析，进行通风系统可靠性计算，在实际中，各矿根据自己实际条件，确定考查的具体因素。1矿井通风系统可靠性评价的指标可靠性分析中，系统可分为可修复系统和不可修复系统，矿井通风系统是一种可修复系统。本文提出以下几个可靠性指标：有效度有效度是系统可靠性理论的重要指标之一，其工程含义是系统、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（时刻t正常）。矿井通风有效度是通风设备、有毒有害气体以及影响通风断面的堆积物等因素影响条件下，在任意时刻t内能够达到上述通风目的的概率，用A表示。矿井通风之目的可归纳为如下几点：提供各巷道、工作面稳定的、足够的新鲜风量；保证作业空间有良好的气候条件；冲淡或稀释有毒有害气体和矿尘。由此可以作出以下定义：矿井通风有效度是在通风设备、有毒有害气体及粉尘、影响矿井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。通风系统可靠性指标的求解方法工作面通风有效度的计算矿井通风系统是一个可修复系统。如果工作面通风量不足造成瓦斯超限，此时该工作面处于通风失效状态。失效后，马上进行处理，在人为处理之后，工作面恢复到有效通风状态，这种状态的转移如下图。图1 工作面通风状态转移图1-通风有效图 2-通风失效图根据可靠性工程理论，工作面通风有效度可用下列公式计算：式中：失效率，即由状态1转移到状态2的转移率，，失效前的平均时间；修复率，即由状态2转移到状态1的转移率，，平均失效时间间隔。（1）对于一个矿井来说，矿井主要通风机必须装置两套相同能力的通风机，其中1套运转，另1套作为备用。因此，可将矿井主要通风机看作由两个同型部件组成的冷贮备系统，其中一套工作，另1台处于冷贮备状态。若1台主要风机发生故障，马上启动另1台开始工作，同时又1各修理组对故障主要通风机进行修理，故障主要通风机修复后，又处于贮备状态。只有当2台主要风机均发生故障，通风系统才处于故障状态。由系统工程基本知识可知，这是2个单元构成的并联系统。如果矿井的故障时间分布和维修时间分布服从指数分布，瞬间发生故障的概率为，完成维修的概率为，则系统可能处于三种状态：两通风机都正常的状态，一个通风机正常的状态和两通风机都故障的状态。这时的转移矩阵为图2冷储备系统状态转移图其状态转移图为图2。由于两元素同时运转，所以由状态转移到状态的概率为。设系统处于状态的概率为，处于状态的概率为，处于状态的概率为，则解方程组得到系统可用度为设矿井有n个工作面，每个工作面任意时刻的通风状态有两种，有效和失效。任一工作面通风失效，都会给整个矿井的安全造成威胁，即整个矿井通风失效。若任一工作面失效后都有人去处理，那么，矿井通风系统实际上是由n各工作面和n各维修工组成的串联系统。设各工作面的失效率和修复率分别为（），这时矿井通风共有n+1各状态：对工作面通风状态考查写实的结果表明，其失效前平均失效间隔时间均服从指数分布。因此，矿井通风有效度可用马尔柯夫理论求得。为了区别工作面通风系统的不同情形，我们定义通风系统的状态：状态0：所有工作面都正常，矿井通风处于有效状态状态i：第i个工作面失效，其余工作面正常都正常，i=1,2, ,n. 显然矿井通风系统的状态及其转移情况由下图所示.进而可得系统的状态转移矩阵为用Lap