基于层次分析法的煤矿通风安全稳定性评价研究

李 强

（山西焦煤霍州煤电集团霍宝干河煤矿有限公司，山西 洪洞 041602）

***总书记就全国安全生产工作多次强调，“要始终把人民生命安全放在首位，发展决不能以牺牲安全为代价”。通风安全是保证煤矿企业安全生产的关键，是煤矿企业采煤、运输、机电等安全生产大系统的生存命脉，同样也是煤矿企业安全事故的高发领域。对煤矿企业通风系统安全稳定性评价体系进行研究，有助于全面了解煤矿通风安全事故影响因素，并对影响因素进行科学分析、合理管控，从而减少和避免煤矿通风类安全事故发生。

层次分析法是一种集定量分析与定性分析相结合，通过建立有序的递阶层次模型结构，从目标层（最高层）到方案层（最底层）逐层系统分析的系统决策方法。它具有系统性、实用性和简洁性等优点，计算简单方便，结果明确，能处理传统的优化方法所不能解决的问题，便于决策者直接了解和掌握。

1 影响煤矿通风系统安全稳定性因素

煤矿通风系统是一个复杂的、非稳定性动态系统，由主要通风机、井下巷道风网及其风流、通风构筑物及井下设施设备等多因素构成。随着矿井开采年限的增长和开采区域的延伸，井下通风设施、巷道空间、矿井阻力分布、风流风量等都会随之发生变化，矿井整个通风系统也会越来越复杂，给煤矿企业通风管理和安全生产带来诸多困难和隐患。根据影响通风系统安全稳定性因素发生的概率大小和造成破坏的严重程度，采用层次分析法，对各影响因素进行分类管理，加强安全管理监控，能够有效避免煤矿通风安全事故的发生，提高整个通风系统安全管理的稳定性。

1.1 矿井通风环境状况影响

矿井通风环境状况主要涉及有井下通风质量状况、通风方式方法、矿井内部漏风程度、通风网络复杂程度等因素，另外矿井自然风压变化也会影响到矿井通风系统的安全稳定性。不同季节煤矿井下巷道内的相对湿度差别和温度差别，以及进回风井筒的高度差都会导致自然风压发生变化。

不同通风巷道的阻力分布也会对通风系统的安全稳定性造成不同程度影响。煤矿井下开采工作是动态的、持续变化的，矿井阻力分布也会随着发生变化。受到地表压力、积水存污、阻塞、设备支架老化变形等影响，巷道时常会发生粗糙度增加、断面面积减少、断面形状改变等变化，都会影响到通风巷道的阻力分布，进而影响整个矿井通风系统的安全稳定性。

1.2 矿井通风设施状况

矿井通风设施状况主要涉及矿井通风机、通风构筑物、通风监测设施、巷道开采情况等因素。矿井通风机的运转稳定性是煤矿正常生产工作的前提，但其长时间持续性工作，机械间磨损、损耗、发生喘振等故障，外界空气环境的侵蚀老化等都会对通风机正常运转造成一定影响。另外通风机的结构设计和制造质量好坏也是影响煤矿通风系统安全稳定性的一个重要因素，因此通风机设备的安装质量、安装精度、日常维护与管理等对于煤矿生产也尤为重要。

井下通风构筑物合理性影响。通过在矿井适当的位置安设控制风流的设施和装置如挡风墙、井口密闭、风帘和风门等，对矿井巷道实施一定增阻，会达到引导、控制和调节风量的目的，从而实现井下风量按需分配，有助于提高通风系统安全管理的稳定性。

矿井巷道间的联接形式也对通风系统安全稳定性造成一定影响。一般矿井井下各巷道间分串联、并联和角联三种联接形式，而不同的联接形式具有不同的通风特性和安全效果。

1.3 矿井通风安全管理状况

矿井通风安全管理状况主要涉及矿井通风机的日常管理、矿井防灾减灾能力、矿井巷道测风管理、矿井通风阻力测定、员工综合素质能力等因素。矿井需要有完善的通风机管理、监测等一系列制度措施，配有安全通风员值班负责，做到日常监管记录齐全、操作得当。

由于煤矿井下巷道空间有限，矿车运行、罐笼提升等运行设备会占据部分井巷一定空间，尤其是当矿车运行、罐笼提升时都会造成井巷断面的动态变化，从而导致各巷道间局部阻力发生变化，因此要随时进行井下定点测风，建立完善的测风制度，加强巷道测风及阻力测定管理。

员工综合素质能力也是影响通风系统安全稳定性的一个重要因素，提高通风安全管理人员的素质和能力，加强日常教育和培训，减少人为性事故隐患是提升矿井通风系统安全稳定性的重要途径。

1.4 矿井通风经济效益状况

矿井通风经济效益状况反映的是矿井通风系统的实际能耗和经济效益，包括煤矿通风机综合利用效率、矿井通风电耗比、矿井有效风量率、矿井通风能力比等因素。通风机综合效率是指通风机系统工作中的输入功率与输出功率百分比，主要反映通风机的性能及工作状况程度。矿井通风电耗比则反映的是通风系统总的消耗费用与矿井实际开采产量间的比例程度。

2 煤矿通风安全稳定性评价体系的建立

2.1 建立递阶层次结构

建立煤矿通风系统安全稳定性评价体系，需要根据现代化矿井实际特点，结合影响通风系统安全稳定性的各项因素，明确各类指标，再运用层次分析法进行系统分析。首先要根据影响因素间相互关系，将影响因素分成三个组别，每一组作为一个层次，建立层次结构模型。即根据通风系统安全稳定性评价指标建立1个总目标层(即矿井通风系统安全监管稳定性)，4个一级指标层（包括矿井通风环境状况、矿井通风安全管理状况、矿井通风设施状况及经济效率状况），18个二级指标层（包括通风机运转质量、通风网络复杂程度、井下通风构筑物、自然风压变化等），评价因素指标体系如图1。

图1 煤矿通风安全稳定性评价指标体系图

2.2 指标体系分级标准

在煤矿通风安全稳定性评价体系中，用分级标准量化法把煤矿通风安全稳定性各项定性指标转换为定量指标。将每个指标都划分为“安全稳定、比较安全稳定、一般、不安全稳定、非常不安全稳定”五个级别，再给每一级别都明确具体数值和取值标准，从而确定各项评价指标的等级，为提高矿井通风安全稳定性能提供依据。

2.3 建立判断矩阵

在计算各项指标相对权重过程中，应采用矩阵方式将每一层次各因素的相对重要性表示出来。假定煤矿通风系统安全稳定性评价指标的第一层中A因素与下一层次中因素a1，a2，a3……an有联系，那么构造的判断矩阵如表1所示。

表1 判断矩阵统计表

对于总目标A而言，amn中要素m与要素n重要性比较结果，其中a12表示a1比a2的相对重要程度。

2.4 计算各指标相对权重

计算各指标相对权重最常用的就是几何平均法（根法），就是先计算出判断矩阵A中a1，a2，a3……an的乘积，得到一个n行一列的矩阵B；再计算矩阵每个元素的n次方根得到矩阵C；对矩阵C进行归一化处理后，就会得到相关指标的相对重要性权值。

再通过计算检验矩阵的一致性指标，判断其是否符合一致性。

当 (λmax-n)值越大，CR值越小，说明判断矩阵的一致性指标越好；反之越差。如果CR＜0.1，就表示该判断矩阵通过一致性检验，否则就不具有满意一致性。

3 小结

煤矿通风安全稳定性评价体系建设是一个多因素综合的复杂过程。采用层次分析法，建立有序的递阶层次模型，通过判断矩阵，计算出各项指标的权重并分析其重要性，按照分解、比较、判断、综合的思维方式进行决策，就可以对煤矿通风安全稳定性进行综合性评价。煤矿企业可以根据评价结果，为提升矿井通风系统稳定性、优化安全管理改造升级、制定相应对策提供科学的参考和依据。