計(jì)分法在礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案優(yōu)選中的應(yīng)用

王時(shí)彬，陳日輝，孟祥允，劉世濤

（昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093）

礦井通風(fēng)是現(xiàn)代礦井采礦生產(chǎn)體系的重要組成部分，是保障礦山生產(chǎn)安全的最重要的技術(shù)手段之一。它是指利用機(jī)械或自然通風(fēng)為動(dòng)力，讓地面的新鮮空氣從進(jìn)風(fēng)井中進(jìn)入礦井中并在巷道中定向和定量的流動(dòng)，將巷道中和工作面產(chǎn)生的污濁氣體通過回風(fēng)井排出礦井[1]。礦井通風(fēng)系統(tǒng)一般由通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動(dòng)力和通風(fēng)控制設(shè)施三大部分構(gòu)成[2]。一個(gè)好的礦井通風(fēng)系統(tǒng)不僅能保證礦山安全生產(chǎn)，而且具有能耗低、運(yùn)營成本低和風(fēng)流穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，故對(duì)選擇最優(yōu)的礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案有重大意義。礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化是一個(gè)定性和定量相互結(jié)合、相互關(guān)聯(lián)、相互制約的多因素多目標(biāo)決策問題。通風(fēng)方案選優(yōu)主要有兩項(xiàng)工作：通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)判指標(biāo)體系的建立和選優(yōu)方法。本文默認(rèn)評(píng)判指標(biāo)體系已建立，僅討論選優(yōu)方法。

1 評(píng)判指標(biāo)體系的建立

評(píng)判指標(biāo)體系的建立包括評(píng)判指標(biāo)的確立和指標(biāo)權(quán)重的確定兩方面。

對(duì)于評(píng)判現(xiàn)代礦井通風(fēng)系統(tǒng)這樣一個(gè)復(fù)雜整體，需要尋找系統(tǒng)中具體的指標(biāo)進(jìn)行定性和定量的分析，尋找這種指標(biāo)的過程可稱為評(píng)判指標(biāo)的確立。涉及礦井通風(fēng)系統(tǒng)的重要指標(biāo)有風(fēng)量合格率、風(fēng)質(zhì)合格率、作業(yè)環(huán)境空氣質(zhì)量合格率、有效風(fēng)量率、風(fēng)機(jī)效率、風(fēng)量供需比等基本指標(biāo)和綜合指標(biāo)，以及評(píng)判經(jīng)濟(jì)效益和能耗的輔助指標(biāo)[3]。目前已有不少學(xué)者對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)判指標(biāo)體系的確立進(jìn)行了研究，有從有效性、安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性四大方面著手[4-5]，也有從技術(shù)先進(jìn)性、安全可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性三方面入手[6-7]，目前后者在工程上運(yùn)用較多。

根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的評(píng)判指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的重要性不同賦予不同的分值，將這分值進(jìn)行歸一化處理得到指標(biāo)的權(quán)重。目前方法有專家咨詢權(quán)數(shù)法（特爾斐法）、因子分析權(quán)數(shù)法、信息量權(quán)數(shù)法、主成分分析法、層次分析法（AHP法）、熵權(quán)法、獨(dú)立性權(quán)數(shù)法等[8]。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，可綜合運(yùn)用幾種，對(duì)各方法得出指標(biāo)的權(quán)重取平均值，減小誤差使結(jié)果更合理[9]。

2 計(jì)分選優(yōu)方法

礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案有多個(gè)評(píng)判指標(biāo)，進(jìn)行方案選優(yōu)時(shí)需綜合考慮各指標(biāo)間的關(guān)系，使其構(gòu)成一個(gè)多因素多目標(biāo)決策問題。雖然構(gòu)建決策問題的方法很多，但各種方法得出的最優(yōu)方案應(yīng)一致，同時(shí)，最優(yōu)方案的突出程度隨方法不同而異。本著簡單、客觀，又突出最優(yōu)方案的原則，在此提出計(jì)分法。

通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)判指標(biāo)可分為兩類：值越大越優(yōu)類和值越小越優(yōu)類。記幾種方案中指標(biāo)最優(yōu)值為a1j，最差值為a0j（j=1，2，···，n）。將所有最優(yōu)指標(biāo)值組合成一組最優(yōu)參考方案，相反將所有最差指標(biāo)值組合成一組最差參考方案。通風(fēng)系統(tǒng)方案評(píng)判指標(biāo)值見表1。

表1 通風(fēng)系統(tǒng)方案評(píng)判指標(biāo)參數(shù)

將幾種方案中各指標(biāo)最優(yōu)值計(jì)得分為1，最差值計(jì)得分為0。將同類指標(biāo)中最差值和最優(yōu)值之間劃分若干份，則xij得分由計(jì)分法得分公式計(jì)算xij′為：

為方便理解，一般最差值和最優(yōu)值之間劃分1000份或10000份，即得分xij′計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)三位數(shù)或四位數(shù)。得分公式與加權(quán)相對(duì)偏離值最小法[10]公式相似，依次計(jì)算可得幾個(gè)方案的得分向量：

又各指標(biāo)的權(quán)重向量為 W=（w1，w2，…，wn）

故得各方案的加權(quán)總得分為Xi′×W，總得分最高方案為最優(yōu)方案。

3 工程實(shí)例驗(yàn)證

以某礦山礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案選優(yōu)為例，從技術(shù)先進(jìn)性、安全可靠性和經(jīng)濟(jì)合理性三方面，篩選確定了12個(gè)指標(biāo)作為礦井通風(fēng)系統(tǒng)的方案選優(yōu)評(píng)判指標(biāo)[11]。其中表明技術(shù)先進(jìn)性的指標(biāo)有5項(xiàng)，即礦井風(fēng)壓、礦井總等積孔、風(fēng)量供需比、有效風(fēng)量率和風(fēng)機(jī)種類及型號(hào)；表明經(jīng)濟(jì)合理性的指標(biāo)有4項(xiàng)，即噸礦通風(fēng)機(jī)電費(fèi)、通風(fēng)機(jī)效率、通風(fēng)井巷工程費(fèi)和年經(jīng)營費(fèi)；表明安全可靠性的指標(biāo)有3項(xiàng)，即風(fēng)機(jī)串并聯(lián)作業(yè)、用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)流穩(wěn)定性和礦井抗災(zāi)能力。方案評(píng)判指標(biāo)中有8個(gè)定量指標(biāo)，4個(gè)定性指標(biāo)（有風(fēng)機(jī)種類及型號(hào)、風(fēng)機(jī)串并聯(lián)作業(yè)、用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)流穩(wěn)定性和礦井抗災(zāi)能力），定性指標(biāo)值由專家打分確定（見表2）。原文中運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析法進(jìn)行方案選優(yōu)，計(jì)算篇幅相對(duì)較長。下面采用本文介紹的計(jì)分法來選擇最優(yōu)方案，并與灰色關(guān)聯(lián)分析法結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。計(jì)分法計(jì)算過程由Excel辦公軟件中完成，結(jié)果見表3。

表2 某礦山礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案評(píng)判指標(biāo)參數(shù)表

表3 某礦山礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案評(píng)判指標(biāo)參數(shù)計(jì)分表

運(yùn)用計(jì)分法原則計(jì)算三個(gè)方案的得分結(jié)果為：方案一得分最高，為0.783，方案二得分最低，僅為0.283，因此，得出在三個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案中方案一最好，方案二最差的結(jié)論。結(jié)論與原作者用灰色關(guān)聯(lián)分析法進(jìn)行選優(yōu)結(jié)果一致。此方法與灰色關(guān)聯(lián)分析法相比，計(jì)算過程更簡單，易操作。

4 結(jié)語

計(jì)分法雖簡單，但也存在不足，其指標(biāo)的最優(yōu)值和最差值都是在已給定的方案中選擇，當(dāng)幾種方案相差不大，各方案指標(biāo)得分為0或1會(huì)相對(duì)其他相同指標(biāo)會(huì)過小或過大，從而影響結(jié)果。

為減少評(píng)判指標(biāo)得分過高或過低影響，可根據(jù)相關(guān)安全規(guī)程和礦井設(shè)計(jì)規(guī)范確定各指標(biāo)的模糊取值范圍[12]來改進(jìn)計(jì)分法，根據(jù)取值范圍重新制定最優(yōu)值和最差值。

計(jì)分法原理簡單、易于操作，其方案優(yōu)選計(jì)算過程可在Excel辦公軟件中完成。通過上述工程實(shí)例知：其計(jì)算結(jié)果離散程度好，評(píng)價(jià)的結(jié)果差異性也較好。此方法不僅能運(yùn)用于礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案選優(yōu)，同樣也適用其他工程方案決策。

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