基于AHP的瑤崗仙黑鎢礦區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)方案優(yōu)選

李 楊（湖南瑤崗仙礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖南郴州 424209）

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基于AHP的瑤崗仙黑鎢礦區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)方案優(yōu)選

李 楊
（湖南瑤崗仙礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖南郴州 424209）

針對(duì)瑤崗仙黑鎢礦區(qū)現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際情況，分析隨著生產(chǎn)重心向礦井深部轉(zhuǎn)移對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的影響。根據(jù)分析論證提出兩種通風(fēng)系統(tǒng)改造方案，采用層次分析法（AHP）從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和安全三個(gè)方面建立8個(gè)評(píng)判指標(biāo)對(duì)兩種方案進(jìn)行比較，從而選擇出方案一為較好的通風(fēng)系統(tǒng)改造方案。

通風(fēng)系統(tǒng)；層次分析法；風(fēng)阻風(fēng)量；方案優(yōu)選

湖南瑤崗仙礦業(yè)有限責(zé)任公司是以開(kāi)采鎢為主的中型金屬礦山。礦產(chǎn)資源分為黑鎢和白鎢兩大礦區(qū)，其中黑鎢礦區(qū)開(kāi)采至今已有101年的歷史。由于瑤崗仙黑鎢主礦區(qū)上下開(kāi)采中段高差較大，開(kāi)采中段和通往地表的窿口多，使之難以形成全礦穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)。

目前10中段以上的生產(chǎn)工作由于開(kāi)采年限久遠(yuǎn)，資源枯竭，已經(jīng)封停。井下生產(chǎn)重點(diǎn)已轉(zhuǎn)移到深部19－23中段的開(kāi)采以及24－26中段的開(kāi)拓，其中深部24－26中段生產(chǎn)開(kāi)拓系統(tǒng)已基本形成，26中段已掘進(jìn)一條長(zhǎng)約2 600m的平窿貫通地表，為更深一步的27－29中段開(kāi)拓做準(zhǔn)備。隨著井下生產(chǎn)布局的調(diào)整和復(fù)雜化，現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)已與生產(chǎn)要求不相適應(yīng)，特別是15中段以上部分區(qū)域的資源綜合回收工作的通風(fēng)完全靠自然風(fēng)壓和局部通風(fēng)來(lái)控制，作業(yè)環(huán)境無(wú)法滿(mǎn)足井下開(kāi)采通風(fēng)的需要，給井下安全生產(chǎn)留下了較大的隱患。為了滿(mǎn)足井下開(kāi)采通風(fēng)安全的需要，必須對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造和優(yōu)化［1，2］。

1 通風(fēng)系統(tǒng)方案介紹

1.1 現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)方案介紹

現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)主要采用各平窿口進(jìn)風(fēng)，通過(guò)各個(gè)中段的回風(fēng)井階梯式、接力式回風(fēng)，最終匯入13中段，從13中段平窿口排出地表。

目前由于井下生產(chǎn)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移，通風(fēng)條件日益復(fù)雜，現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)存在以下隱患：

1.無(wú)專(zhuān)用回風(fēng)井，系統(tǒng)回風(fēng)不穩(wěn)定。最初的回風(fēng)線路設(shè)計(jì)過(guò)于理想化，設(shè)計(jì)中采用的是礦脈端部階梯式回風(fēng)，其要求做到同一礦脈上部中段開(kāi)采完成后方能進(jìn)行下一中段的開(kāi)采，而實(shí)際上是多個(gè)中段同時(shí)開(kāi)采，因此造成污風(fēng)串聯(lián)嚴(yán)重。

2.風(fēng)壓風(fēng)量未得到合理的分配。由于中段多且無(wú)專(zhuān)用回風(fēng)井，漏風(fēng)與風(fēng)流短路現(xiàn)象較為突出，主風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓基本消耗在本中段及相鄰中段，造成風(fēng)壓與風(fēng)量得不到有效的分配。

3.隨著生產(chǎn)情況的變化，生產(chǎn)重心逐漸轉(zhuǎn)移到深部，深部19－26中段生產(chǎn)污風(fēng)回風(fēng)線路長(zhǎng)，風(fēng)阻大，回風(fēng)困難也造成進(jìn)風(fēng)困難，已無(wú)法滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。

1.2 通風(fēng)系統(tǒng)改造方案介紹

根據(jù)礦山實(shí)際的情況，提出兩種可行的通風(fēng)系統(tǒng)改造方案［3～5］。

方案一總體規(guī)劃：由各平窿口進(jìn)風(fēng)，污風(fēng)通過(guò)11中段平窿口排出地表，各中段開(kāi)掘?qū)Ｓ没仫L(fēng)井相互連通。并在風(fēng)路節(jié)點(diǎn)處加裝風(fēng)機(jī)站，克服風(fēng)阻，彌補(bǔ)風(fēng)量損失。專(zhuān)用回風(fēng)井均設(shè)置在礦體西北部縱深233脈組處。具體方案如下：

1.順風(fēng)時(shí)期（冬春季）：新鮮風(fēng)流從26、23、21、19、17、16、13中段平窿口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)中段主運(yùn)輸巷道進(jìn)入需風(fēng)點(diǎn)，通過(guò)風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒的作用將在各個(gè)中段污風(fēng)集中排往233脈組端部脈外專(zhuān)用回風(fēng)井，最終將污風(fēng)排至11中段排出地表。

2.反風(fēng)時(shí)期（夏秋季）：新鮮風(fēng)流從26中段平窿口及2＃豎井進(jìn)入，經(jīng)過(guò)26平窿及1＃斜井，將新鮮風(fēng)流送至各個(gè)中段主運(yùn)輸巷道進(jìn)入需風(fēng)點(diǎn)，通過(guò)風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒的作用將在各個(gè)中段污風(fēng)集中排往233脈組端部脈外專(zhuān)用回風(fēng)井，最終將污風(fēng)排至11中段排出地表。

3.機(jī)站安排及風(fēng)機(jī)安裝位置。Ⅰ級(jí)機(jī)站：在26平窿安裝Ⅰ級(jí)機(jī)站，安裝軸流式風(fēng)機(jī)2臺(tái)，總功率2 ×90 kW。克服26平窿、26中段巷道的風(fēng)阻和26至19中段反向自然風(fēng)壓，強(qiáng)制進(jìn)風(fēng)。Ⅱ級(jí)機(jī)站：在25、24、23、22、21等5個(gè)中段安裝Ⅱ級(jí)機(jī)站，安裝軸流式風(fēng)機(jī)5臺(tái)，總功率5×15 kW，克服所在中段風(fēng)阻，調(diào)節(jié)風(fēng)量，輔助回風(fēng)。Ⅲ級(jí)機(jī)站：在19中段安裝Ⅲ級(jí)機(jī)站，安裝軸流式風(fēng)機(jī)2臺(tái)，總功率2×37 kW。克服19至11中段回風(fēng)井風(fēng)阻，為19中段以下總回風(fēng)機(jī)站。Ⅳ級(jí)機(jī)站：在12中段安裝Ⅳ級(jí)機(jī)站，安裝軸流式風(fēng)機(jī)2臺(tái)，總功率2×55 kW?？朔?1中段風(fēng)阻、19至11中段自然反向風(fēng)壓，為全礦井總回風(fēng)機(jī)站。

方案二總體規(guī)劃：由各平窿口進(jìn)風(fēng)，污風(fēng)通過(guò)17中段回風(fēng)道排往16中段501采空區(qū)，各中段開(kāi)掘?qū)Ｓ没仫L(fēng)井相互連通。并在風(fēng)路節(jié)點(diǎn)處加裝風(fēng)機(jī)站，克服風(fēng)阻，彌補(bǔ)風(fēng)量損失。專(zhuān)用回風(fēng)井均設(shè)置在礦體西北部縱深233脈組處。具體方案如下：

1.順風(fēng)時(shí)期（冬春季）：新鮮風(fēng)流從26、23、21、19、17窿口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)中段主運(yùn)輸巷道進(jìn)入需風(fēng)點(diǎn)，通過(guò)主要通風(fēng)機(jī)、輔助風(fēng)機(jī)作用將在各個(gè)中段污風(fēng)集中排往233脈組端部脈外專(zhuān)用回風(fēng)井，通過(guò)17中段398回風(fēng)道排往16中段501采空區(qū)。

2.反風(fēng)時(shí)期（夏秋季）：新鮮風(fēng)流從26窿口及2＃豎井進(jìn)入，經(jīng)過(guò)26平窿及1＃斜井，將新鮮風(fēng)流送至各個(gè)中段主運(yùn)輸巷道進(jìn)入需風(fēng)點(diǎn)，通過(guò)主要通風(fēng)機(jī)、輔助通風(fēng)機(jī)作用將在各個(gè)中段污風(fēng)集中排往233脈組端部脈外專(zhuān)用回風(fēng)井，通過(guò)17中段398回風(fēng)道排往16中段501采空區(qū)。

3.機(jī)站安排及風(fēng)機(jī)安裝位置。Ⅰ級(jí)機(jī)站：在26平窿安裝Ⅰ級(jí)機(jī)站，安裝軸流式風(fēng)機(jī)2臺(tái)，總功率2 ×90 kW。克服26平窿、26中段巷道的風(fēng)阻，26至19中段反向自然風(fēng)壓，強(qiáng)制進(jìn)風(fēng)。Ⅱ級(jí)機(jī)站：在25、24、23、22、21等5個(gè)中段安裝Ⅱ級(jí)機(jī)站，安裝軸流式風(fēng)機(jī)5臺(tái)，總功率5×15 kW?？朔谥卸物L(fēng)阻，調(diào)節(jié)風(fēng)量，輔助回風(fēng)。Ⅲ級(jí)機(jī)站：在19中段安裝Ⅲ級(jí)機(jī)站，安裝軸流式風(fēng)機(jī)2臺(tái)，總功率2×30 kW?？朔?6至17中段回風(fēng)井風(fēng)阻，為19中段以下總回風(fēng)機(jī)站。Ⅳ級(jí)機(jī)站：在17中段安裝Ⅳ級(jí)機(jī)站，安裝軸流式風(fēng)機(jī)2臺(tái)，總功率2×132 kW。克服17中段回風(fēng)道風(fēng)阻、19至16中段自然反向風(fēng)壓，為全礦井總回風(fēng)機(jī)站。

1.3 通風(fēng)系統(tǒng)改造方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)安全指標(biāo)

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造要求安全可靠，技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理。上述提出的兩個(gè)通風(fēng)初選方案，只有通過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全三方面的全面比較，才能得出最優(yōu)的符合礦山實(shí)際的井下通風(fēng)方案［6，7］。

1.3.1 技術(shù)指標(biāo)

通風(fēng)系統(tǒng)改造要求風(fēng)量符合相關(guān)要求和生產(chǎn)實(shí)際需求，風(fēng)阻較小，通風(fēng)系統(tǒng)工程量較小。根據(jù)調(diào)查研究和實(shí)際測(cè)量，方案一和方案二的風(fēng)阻和風(fēng)量見(jiàn)表1和表2。

表1 方案一風(fēng)阻風(fēng)量計(jì)算表

表2 方案二風(fēng)阻風(fēng)量計(jì)算表

由表1、表2可以看出，兩種方案主平窿進(jìn)風(fēng)量均為46.85 m3／s，方案一中回風(fēng)中段回風(fēng)量為71.31 m3／s，方案二回風(fēng)中段的回風(fēng)量為62.45 m3／s，說(shuō)明方案一對(duì)污風(fēng)排出能力更大。方案一總風(fēng)阻為1 918.8 Pa，方案二總風(fēng)阻為2 802.5 Pa，說(shuō)明方案一雖然通風(fēng)線路較長(zhǎng)，但風(fēng)阻較小。方案一新開(kāi)掘回風(fēng)井和通風(fēng)道工程量為16 982 m3，方案二新開(kāi)掘回風(fēng)井、回風(fēng)道和通風(fēng)道工程量為14 843 m3。

1.3.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要包括設(shè)備和工程投入及年耗電量等。

工程和設(shè)備投入：方案一共需要安裝風(fēng)機(jī)11臺(tái)，總裝機(jī)功率439 kW，工程和設(shè)備投入1 007萬(wàn)元；方案二共需要安裝風(fēng)機(jī)11臺(tái)，總裝機(jī)功率579 kW，工程和設(shè)備投入約903萬(wàn)元。

年耗電量：通風(fēng)系統(tǒng)年運(yùn)行約340 d。順風(fēng)時(shí)期按170 d，每天運(yùn)行16 h，開(kāi)機(jī)功率（439÷2）kW；反風(fēng)時(shí)期按170 d，每天運(yùn)行24 h計(jì)算。方案一開(kāi)機(jī)功率439 kW，方案二開(kāi)機(jī)功率579 kW。計(jì)算得方案一年耗電量238.8萬(wàn)kWh，方案二年耗電量314.9萬(wàn)kWh。

1.3.3 安全指標(biāo)

安全指標(biāo)包括風(fēng)源風(fēng)質(zhì)，回風(fēng)效果和系統(tǒng)服務(wù)范圍等指標(biāo)。風(fēng)源風(fēng)質(zhì)主要要求進(jìn)風(fēng)的空氣質(zhì)量良好，風(fēng)源穩(wěn)定；回風(fēng)效果不僅要滿(mǎn)足井下污風(fēng)的通風(fēng)要求，還要使通風(fēng)系統(tǒng)的管理和維護(hù)盡量簡(jiǎn)單，風(fēng)路穩(wěn)定，不漏風(fēng)，不跑風(fēng)，不串風(fēng)，風(fēng)路風(fēng)量可調(diào)可控。服務(wù)范圍包括通風(fēng)系統(tǒng)控制到的通風(fēng)范圍。

方案一和方案二的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案比較表

2 層次分析法優(yōu)選過(guò)程

由于通風(fēng)改造方案涉及因素眾多，要綜合考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和安全三大方面的8個(gè)因素，因此僅憑表3的內(nèi)容無(wú)法科學(xué)、準(zhǔn)確地選擇兩種方案的優(yōu)劣。層次分析法（AHP）是一種針對(duì)多因素指標(biāo)的綜合評(píng)判體系，可以有效解決方案選擇中的主觀性和隨意性，更具準(zhǔn)確性。

2.1 構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)評(píng)判指標(biāo)間的層次關(guān)系，構(gòu)造各層次、各部分的指標(biāo)的判斷矩陣。設(shè)判斷矩陣為D＝（Xij），其中Xij表示評(píng)判指標(biāo)i相對(duì)與評(píng)判指標(biāo)j的重要程度，如公式（1）。

采用模糊語(yǔ)言算子的九標(biāo)度法描述不同目標(biāo)之間的相對(duì)重要程度（見(jiàn)表4）。

表4 九標(biāo)度法

2.2 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及一致性檢驗(yàn)

對(duì)于判斷矩陣D，用方根法計(jì)算其特征DW＝λmaxW方程，所得到的W經(jīng)規(guī)一化后作為指標(biāo)的排序權(quán)重。由數(shù)學(xué)理論可知正定互反矩陣D的最大特征根λmax存在且唯一，并且W也是唯一的，可由正分量組成［11］。用方根法計(jì)算特征方程的過(guò)程如下：

判斷矩陣D的各行元素相乘得Mi：

計(jì)算Mi的n次方根：

以上各式中，i＝1，2，…，n。

然后需對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，其公式為：

II斷矩陣的階數(shù)；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)（取值見(jiàn)表5）。當(dāng)CR＜0.1時(shí)，一般認(rèn)為判斷矩陣D具有滿(mǎn)意的一致性，否則需重新構(gòu)造判斷矩陣。

表5 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)取值

3 通風(fēng)系統(tǒng)改造方案選擇

3.1 構(gòu)建指標(biāo)評(píng)判體系

根據(jù)表3，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)改造方案的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行量化，其中對(duì)安全的三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行量化，并進(jìn)行數(shù)值歸一化，使其更具有可操作性，其中對(duì)于越大越好的指標(biāo)用＋，對(duì)于越大越不好的指標(biāo)用－，見(jiàn)表6。

表6 兩種方案指標(biāo)評(píng)判體系

3.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

依據(jù)層次分析法基本理論，在查閱大量文獻(xiàn)和分析礦山實(shí)際情況后，構(gòu)筑目標(biāo)層對(duì)應(yīng)于準(zhǔn)則層G－H的判斷矩陣，見(jiàn)表7。

依據(jù)WG可得判斷矩陣G－H的λmax0＝3，CI0＝0，RI0＝0.58，CR0＝0＜0.1，故判斷該矩陣G－H滿(mǎn)足一致性檢驗(yàn)要求，于是得到可接受的權(quán)重矩陣W＝［0.3，0.1，0.6］。

表7 G－H判斷矩陣

同理，可得H1－H1j，H2－H2j，H3－H3j各指標(biāo)層的權(quán)重系數(shù)如下：

所得各評(píng)判指標(biāo)權(quán)重見(jiàn)表8。

表8 各評(píng)判指標(biāo)權(quán)重

將表8指標(biāo)的權(quán)重與表6中的方案一和方案二的歸一化值相乘，并計(jì)算總和。對(duì)于越大越好的指標(biāo)用加法，對(duì)于越大越不好的指標(biāo)用減法。則得出方案一A1＝0.18，方案二A2＝0.12。由于A1＞A2，因此方案一優(yōu)于方案二。

4 結(jié) 論

1.根據(jù)對(duì)瑤崗仙黑鎢礦區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)研，提出兩種通風(fēng)系統(tǒng)改造方案，可改善目前由于生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)移造成的通風(fēng)困難和安全隱患。

2.運(yùn)用層次分析法（AHP）建立通風(fēng)系統(tǒng)改造方案指標(biāo)評(píng)判體系，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和安全3個(gè)方面確定了8個(gè)評(píng)判指標(biāo)，并運(yùn)用AHP計(jì)算出各指標(biāo)權(quán)重。通過(guò)綜合評(píng)判，得出方案一優(yōu)于方案二，即采用各平窿口進(jìn)風(fēng)，開(kāi)掘脈外專(zhuān)用回風(fēng)井相互連通，并在通風(fēng)節(jié)點(diǎn)處加裝風(fēng)機(jī)站，由11中段統(tǒng)一回風(fēng)為較好的改造方案。

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Based on the AHP Yaogangxian W olfram ite Qrea Ventilation System Plan Optim ization

LIYang
（Hunan Yaogangxian Mining Co.，Ltd.，Chenzhou 424209，China）

For Yaogangxian wolframite area of the actual situation of the existing ventilation system，it analyzes the impact on the existing ventilation system with the production center of gravity tomine deep.According to the analysis of the argument，put forward two kinds of ventilation system retrofit scheme，use the analytic hierarchy process（AHP）from the aspects of economy，technology and safety three to eight evaluation index to compare two kinds of schemes，to choose a retrofit scheme for good ventilation system.

ventilation system；analytic hierarchy process；wind resistance air volume；plan optimization

TD724

A

1003－5540（2017）03－0001－05

2017－04－06

李 楊（1988－），男，助理工程師，主要從事礦山安全和通風(fēng)管理工作。