（安全技术及工程专业论文）矿井通风系统评判及安全预警系统研究.pdf

山东科技大学硕士学位论文摘要 a b s t r a c t i nt h ep r o d u c i n gm i n e ，m i n ev e n t i l a t i o ns y s t e mi so n eo fi m p o r t a n t p r o d u c t i o ns y s t e m ，p l a y i n ga ne x t r e m e l yi m p o r t a n tr o l eo nm a i n t a i n i n gm i n e n o r m a lp r o d u c t i o na n ds a f e l yp r o d u c t i o n ：w h e t h e ram i n ev e n t i l a t i o ns y s t e mi s g o o dp l a y sa ni m p o r t a n tr o l eo nm i n es a v i n ge n e r g ya n dr e d u c i n gt h ec o s ta n d a n t i - d i s a s t e ra b i l i t y s oi no r d e rt oj u d g eam i n ev e n t i l a t i o ns y s t e m ，w em u s t e s t a b l i s har e a s o n a b l ea n de f f e c t i v em o d ea n dm e t h o dt oe v a l u a t em i n e v e n t il a t i o ns y s t e m ，t h ep a p e rd i s c u s s e sa n dt a k e sp r e li m i n a r yr e s e a r c ht ot h i s k i n do fp r o b l e mo nc e r t a i ne x t e n t i nt h ec o u r s eo fr e s e a r c h ，t h ea u t h o ru s e sf u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o h a n da r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r kt e c h n o l o g y o nt h eb a s i so fd e e pa n a l y s i st h e p r e v i o u sm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e mt a r g e t ，w ee s t a b l i s hak i n do fm i n ev e n t i l a t i o n s y s t e me v a l u a t i o na n df o r e c a s tm o d ea n dm e t h o dw h i c hc a ns u i tt h ep r a c t i c eo f m i n e ：d e p e n d i n go nm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e me v a l u a t i o na n df o r e c a s tm o d ea n d m e t h o d ，t h ea u t h o r h a sn e w l ye s t a b l i s h e dm i n ev e n t i l a t i o nc o m p r e h e n s i v e e v a u a t i o nt a r g e ts y s t e ma n df o r e c a s tt a r g e ts y s t e m ，a n dc o n fi r m e dt h e c o r r e s p o n dm e m b e r s h i pf u n c t i o na n dt a r g e tw e i g h t ：f i n a l l y ，u s i n gae a s ep r o v e s t h ee x a c t n e s sa n df e a s i b i l i t yo ft h em i n ev e n t i l a t i o ns y s t e mc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o na n df o r e c a s tm e t h o d i nt h er e s e a r c ho fm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e me v a l u a t i o na n df o r e c a s t ，t h e p a p e re s t a b l i s h e ss e v e r a lk i n do ff e a s i b l ee v a l u a t i o na n df o r e c a s tm o d e ，o n e o fm o d e si sm a i n l yd e p e n d so nt h ec o n t e n to fr u l e sa n dl a w s ，a n dc o m b i n i n g e m p i r i c a ld a t a 、t h ed a t ao fm i n ev e n t i l a t i o nr e s i s t a n c e 、t h er e a l i t yt a r g e t o fm i n ea n dt h er e s u l to fc a l c u l a t i n go fm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e m ，t h e nu s i n g t h i sm e t h o dt os t u d ya n de v a l u a t et h ep r o d u c i n gm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e m i n t h i sk i n do fe v a l u a t i o na n df o r e c a s tm e t h o d ，t h ea u t h o rp u t sf o r w a r dp r o d u c i n g m i n ef o r e c a s tt a r g e ta n dt h ep r o p o s a lo fp r e v e n t i n ga c c i d e n t s ，o nt h eb a s i s c r e a t i n gac o m p u t e rp r o g r a mt or e a l i z et h ef u n c t i o n 2 山东科技大学硕： 学位论文摘要 i nt h ed u r i n go fm a k i n gc o m p u t e rp r o g r a m ，t h ea u t h o rm a i n l yu t i li z e sv b a n dm a t l a bt om a k i n gap r o g r a mo ns i n g l et a r g e t 、m u l t i t a r g e ta n du t i l i z i n g b pn e t w o r kt oe v a l u a t ea n df o r e c a s to fm i n ev e n t i l a t i o ns y s t e m i nt h ep r o g r a m o fb pn e t w o r km i n ev e n t i l a t i o ne v a l u a t i o ns y s t e m 。t h ea u t h o rp r o p o s e st h ea t n m o d eb pn e t w o r k t h i sk i n do fn e t w o r kh a st h ec h a r a c t e ro fh i g hp r e c i s i o nt o t r a d i t i o n a lb pn e t w o r k ，e s p e c i a l l ys u i t a b l ef o rb pn e t w o r kw i t has m a l la m o u n t o fs a m p l et oc l a s s i f yi nt h ec o u r s ea n a l y s i s u t i li z i n gt h ep r o g r a m ，t h ea u t h o rh a su s e di tt oe v a l u a t ea n df o r e c a s tt h e v e n t i l a t i o ns y s t e mo fs a nh e k o uc o l l i e r y ，a n dt h e np r o v i n gt h ep r o g r a mi sg o o d k e y w o r d s ：m i n ev e n t i l a t i o ns y s t e mf u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n b pn e t w o r k f o r e c a s t t a r g e ts y s t e m 3 声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认 的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它 任何学术机关作鉴定。 a f f i m 诅t 1 0 n 硕士生签名：懒 日 期：& 口艿彳彦 id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ea w a r do fm a s t e ro fp h i l o s o p h yi ns h a n d o n gu n i v e r s i t y o fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ，i s w h o l l ym yo w nw o r ku n l e s sr e f e r e n c e do f a c k n o w l e d g e t h ed o c u m e n th a sn o tb e e ns u b m i t t e df o rq u a l i f i c a t i o na ta n y o t h e ra c a d e m i ci n s t i t u t e s i g n a t u 汜融p 缸 d a t e ： 弘巧d 亏 山东科技大学碗士学位论文绪论 1 绪论 1 1 引言 矿井通风是保障矿井生产安全的最主要技术手段之一。在矿井生产过程中必须源源 不断地将地面空气输送到井下各作业地点，以供给人员呼吸，并可稀释和排除井下各种 有毒、有害气体和矿尘，创造良好的矿内工作环境，保障井下工作人员的身体健康和劳 动安全。 建立完善的矿井通风系统是矿井安全生产的基本保证。一个矿井的通风系统及其网 络结构对全矿的通风安全状况具有全局性和长效性的战略影响：任何具有核定生产能力 的矿井都必须具有可行、可靠与完善的通风系统。目前矿井通风系统的主要作用有排除 井下瓦斯、粉尘和热量。有资料表明，在生产矿井中，依靠矿井通风能够排除矿井总沼 气量的8 0 9 0 ，排除回采工作面沼气量的7 0 - - 8 0 ；排除装有抑尘装置回采工作面 粉尘量的2 0 一3 0 ；排除深井回采工作热量的6 0 - 7 0 。在影响矿井安全的诸因素中， 一个合理的矿井通风系统应当有利于排除矿井瓦斯、降低工作面温度和防止煤炭自燃。 矿井通风系统设计是矿井设计的主要内容之一，也是反映矿井设计质量和水平的关 键因素之一。它不仅关系着矿井建设速度、投产时间、基建投资的多少，而且对矿井投 入生产后的生产面貌和经济效益也有长远的影响。生产矿井由于生产布局的变化、自然 条件的影响及生产能力的提高，必须进行矿井通风系统的改造。矿井通风系统改造是生 产矿井改造的重要内容之一。因此，矿井通风系统的优化设计问题，一直是矿井通风技 术人员所关注的研究课题之一。尽管目前国内外对这一课题已经进行了大量研究，而且 在风量调节优化、井巷断面优化、风机优化选择、矿井进、排风井个数、井筒布置方式、 通风方式选择等方面已取得一定的进展，在矿井通风系统立体图绘制和网络图绘制也已 实现了计算机程序化，但是至今尚有许多关于矿井通风系统优化设计方面的问题没有解 决，有的问题还没有涉及。 以前人们常常用“等积孔”和“矿井有效风量”来评判矿井通风系统的好坏。但是随着 现代化技术和手段在矿井通风建设中的应用，使得矿井通风系统变得越来越复杂，单凭 以上两个单项指标，已难以真实反映整个矿井通风系统的好坏了。等积孔的大小，只是 反映了矿井通风的难易程度。等积孔大的矿井，通风就容易，但这并不能说明矿井通风 系统通风状况就好。有效风量利用率高的矿井也并不一定是矿井通风系统好的矿井，有 1 山东科拄大学硕士学位论立 两种情况能够说明虽然矿井有效风量率高，但矿井通风系统并不一定就好的状况；一是 当矿井总风阻大时，总进风量低，由于内部漏风小，矿井有效风量就大：二是当矿井总 进风量低于矿井实际所需风量时，由于内部漏风小，矿井有效风量就大。这两种情况都 能造成主扇效率低，且容易造成井下采掘工作面及硐室风量不足的问题。 因此，如何评判、确定一个矿井的通风系统优劣，必须建立一种合理的、行之有效 的矿井通风系统评判方式与方法，本文在一定程度上对这类问题进行一些探讨和初步研 究。 i 2 国内外研究现状 1 2 1 国内研究理状 2 0 世纪6 0 年代以来，我国矿井通风理论及技术研究得到了快速发展，取得了令人 瞩目的成就。这其中，有关矿井通风系统评判理论与方法的研究也发展很快，先后涌现 了许多用来评判矿井通风系统的方法。早在2 0 世纪7 0 年代，中国矿业大学的黄元平教 授即从安全可靠与经济合理两方面，就分析提出了应用“通风网络形式对风流稳定性影 响、通风机运转对风流稳定性影响、矿井抗灾能力、通风电费、矿并总风压、矿井等积 孔和总风量”等七项指标来评判矿井通风系统的方法。 2 0 世纪8 0 年代以来直至2 1 世纪初期，福州大学的沈斐敏教授月4 从“技术可行性、 经济合理性和安全可靠性”三个方面来统筹考虑，提出了以“矿井风压、矿井风量、矿 井等积孔、矿井风量供需比、通风方式、通风机输入功率、通风机平均效率、吨煤通风 机电费、通风井巷工程费、风机运转稳定性、用风地点风流稳定性、矿井抗灾能力”等 1 2 项定性和定量指标来综合评判矿井通风系统的方法。 2 0 0 0 年冶金工业部安全与环保研究院通风防尘及环境评价研究所的杨娟、沈汉年 等。通过比较分析，提出了用“风量合格率、有效风量率、m 质合格率、主要通风机装 置台格率、风量供需比”等5 项指标和“有效风量所需功率、单位采掘量的通风费用、 年产万吨煤耗风量和单位采掘矿石量的通风电耗”等4 项辅助指标来评判矿井通风系统 优劣的方法1 1 i 。 2 0 0 0 年，兖矿集团鲍店煤矿的夏孝明，依据各项指标对矿井通风系统重要性序歹0 矩 阵法，确定了矿井通风系统的评判指标体系“矿井风压、矿井风量、矿井等积孔、 矿井风量供需比、通风机功率、吨煤主通风机电费、通风工程费和抗灾能力”等9 项指 矿井风量供需比、通风机功率、吨煤主通风机电费、通风工程费和抗灾能力”等9 项指 生变型茎查兰! 翌主兰竺堡苎堕笙 标，并依据各指标对矿井通风系统方案影响的重要程度，利用“相对重要性序列矩阵法” 求得了各指标的权值，解决了矿井通风系统方案的优选问题1 2 】。 2 0 0 2 年，中国矿业大学的周福保、王德明等又发表了以“矿井总风压、矿井总风量、 矿井等积孑l 、矿井风量供需比、通风方式、主通风机效率、主通风机耗电量、主通风机 年电费、通风井巷工程费、热环境指数、主通风机运转稳定性、矿井抗灾能力”等1 2 项指标来评判矿井通风系统优劣的论文p j 。 2 0 0 1 年，焦作工学院的井国勋针对煤矿通风系统评判中存在的不足，应用灰色系统 理论，提出了进行合理评判的指标“矿井等积孔、风流质量合格率、用风点风量合 格率、矿井有效风量率、主扇风机工作效率、有效通风能耗、风机装置合格率、用风点 允许串联合格率、通风构筑物合格率、吨煤耗电量”等1 0 项指标，建立了评价模型，并 结合实例进行了灰色关联分析与评判，较客观的确定了矿井通风系统合理性的优劣程度。 早在1 9 9 2 年，山东科技大学的辛嵩教授就提出了反映矿井通风系统“技术上先进、 经济上合理和安全上可靠”的评价指标“矿井风压、矿井风量供需比、矿井等积孔、 通风机效率、吨煤主要通风机电费、通风井巷工程费、风机运转稳定性、用风地点风流 稳定性、矿井抗灾能力”等9 项指标，并对定性指标进行了剖析，减少了人为主观倾向 性的影响，改变了以往直接运用指标值评价方案的做法，用白化函数处理指标值，增加 了矿井通风系统方案优选的合理性。实例分析表明，矿井通风系统方案的灰色综合评价 方法，能够简便、科学的反映出各通风方案的优劣程度1 5 】。 1 9 9 2 年前后，山东科技大学的谭允祯教授从“技术可行性、经济合理性和安全可靠 性”三个方面入手，首先提出了2 0 多项指标，然后又利用专家评分法，根据专家的意见 和自己多年的教学和科研经验，提出了从这2 0 多项指标中选择具有代表性的1 2 项指标 来评判矿井通风系统的方法。这1 2 项指标是：技术可行性指标包括“矿井风压、矿井风 量、矿井等积孔、矿井风量供需比和通风方式”，经济合理性指标包括“主要通风机功 率、通风机效率、吨煤电费和通风井巷工程费”，安全可靠性指标包括“风机运转稳定 性、用风地点风流稳定性和矿井抗灾能力等【6 】，。应当指出的是，谭教授提出的1 2 项指 标体系比较全面、科学、合理，并且符合科学、可测、可比与简明的原则，为矿井通风 系统评判理论的发展做出了重要贡献，具有较大的应用价值。 另外，华中科技大学的高新春运用模糊数学原理，建立了矿井通风状况评价指标体 系及评价指标隶属度，并且应用这种模糊综合评价方法取得了较好的实际应用效果”1 。 3 坐至型垫查兰堡主兰些丝兰 绪论 北京科技大学的谢贤平针对非煤矿山通风系统使用多风机、多级机站通风方法的特点， 探讨了用于多个设计方案优化决策时的评判指标体系，并在实际应用中得到了较满意的 结果峭j 。谢贤平在“矿井通风系统评价的人工神经网络模型”一文中，提出了针对矿井 通风系统评价中有限的时空检测数据所能提供的信息是不完全的和非确知的特点，运用 人工神经网络中的b p 网络模型，实现了对矿井通风系统的评判。 1 2 2 国外研究现状 国外学者在矿井通风系统优化与评价研究方面也取得了较大发展，尤其在网路解算 研究领域中的研究进展令人瞩目。在通风网络解算方面，1 9 3 1 年，h 柴操德提出以几何 算法计算0 型网络风量的方法；1 9 3 8 年，s w a k e s 提出了简单网络的图解法：2 0 世纪5 0 年代，w ，m a r k s 等提出了以电力模拟法解算复杂网络的方法；而d r s c c o t t 在h c r o s s 水力管网解算法的基础上，提出了至今仍有重要影响的网络迭代试算法。 在控制型分风网络方面，由于其具有线性特点，其优化研究工作进展较快、较成熟 和完善，已提出了许多用于工程网络中寻求网络最优调节方案的方法，诸如割集运算、 最小费用流、线性规划、整数规划方法等。尽管这类网络在实际中很少见，但它是进行 一般通风网络优化研究的基础。 y j w a n g 提出的工程网络关键路径法的实质是；先求出一组最优解，然后通过割集 运算求不同最优调节方案的方法，该方法是将网络中节点和分支通风参数和工程网络中 的事件、活动与时间作类比，得出它们之间的对应关系。工程网络计算的目的，是寻找 完成一个具有相互关联的多种活动的工程至少所需多少时间；而控制型分风网络计算的 目的是要找出最大阻力路径，即不需设调节风窗的分支。根据该路径阻力可确定风机所 需最小风压，同时确定需要安设调节风窗的分支风道。关键路径和割集运算法虽然简明， 但对于多台风机、多入口和出口的网络，则显得复杂烦琐。 t h y s b j o h n s o n 提出用网络最小费用流求最优解的方法，并采用网络规划的瑕疵算法 ( o u t 。o f - k i l t e r ) 求解。t h y s b j o h n s o n 认为这一技术能更有效地处理含有多台风机和调 节风窗的控制型分风网络，计算速度快，容易掌握。 s b h a m i d i p a t i 提出包括使动力消耗、风机购置、安装及维护等通风费用最小的控制 型分风网络线性规划和工程网络联合优化模型。求解的方法是，首先在地表风机运行时 用线性规划求得网络各分支的阻力，找出最大阻力路径；其次将风机逐台加入最大阻力 路径各分支中，进行灵敏度分析，并分别计算其动力消耗费用和年度总费用。取年度总 生查型垫_ 人兰婴主堂丝堡苎 堑兰 费用最小方案；然后找出新的最大阻力路径，重复上述计算步骤，直到在新的最大阻力 分支上加设风机使年度总费用上升时停止。根据年度总费用最小的方案，应设几台风机， 设在哪一分支中的答案即可求出。n l o m a s a m o r l e y 指出，应一次考虑整个网络风机的安 设而不是逐次向最大阻力路径加设风机，因为后来安设的风机可能影响前面安设的风机 的合理性；他提出了使控制型分风网络年度总费用最小的混合整数规划模型，并用分枝 定界法求解。求解前可事先根据安全规程和技术上的可能性，选定一些分支安设风机和 调节风窗作为输入数据。该模型允许各个风机有不同的购置安装和维护费，但解算时间 长，所需计算机内存容量较大。 a a ，c k o q h c k h f i 首先证明了多台风机联合作业的自然型分风网络动力消耗最小 的条件。是各台风机的工作风压相等，此后又有把此结论推广到复杂网络的证明。自然 型分风网络的数值解算方法较多，其中以s c o t t h i n s l e y 法用得较为普遍，许多人对该算 法进行了改进，提高了收敛速度。t h u e n g 、y j w a n g 、s b h a m i d i p a i i 用容度模型进行 计算，能避免s c o n h i n s l e y 法的不稳定收敛特性以及对复杂网络求解范围的局限性。 国外在矿井通风网络优化和解算方面的软件较多，也较成熟。如a k r au n i v e r s i t y 开 发的通风网络模拟软件v e m s i m ，现在的版本已经达到6 2 ，主要能实现通风系统的网络 解算及二、三维通风网络的自动生成等；波兰科学院开发的v e n t - - g r a f 系统；美国 m i n ev e n t i j a t i o ns e r v i c e s ，i n c 开发的v n e t p c 系统，现在的版本已到2 0 0 3 版。 1 3 本文研究意义及主要内容 综上所述，综观国内外同类研究现状，我们认为，前人的研究虽然已经取得了重大 进展和显著成就，但仍存在如下欠缺和不足： ( 1 ) 尽管国内外有关矿井通风系统优化与评判方面的研究已比较深入，各个时期学 者们所提出的方法也比较多，但由于各个矿井之间影响因素的千差万别，致使至今也没 有一个统一的、标准的矿井通风系统评判指标体系与规范通用的方法，这就给有效的进 行矿井通风系统评判工作造成了一定难度。为适应时代与科技发展的客观要求，当前迫 切需要在深入分析研究的前提下，推出一种适应目前技术发展要求的评判方法体系； ( 2 ) 前述分析表明，尽管国内外学者所提出的方法较多，但在实际应用中已经显现 出，其中许多的评判方法并不十分完善，尚需要结合新的技术迸一步对其加以必要的改 进与完善； ( 3 ) 目前所进行的矿井通风系统优化与评判工作，基本上属于对设计或生产矿井通 5 生查型垫查兰堡主堂竺丝兰 竺笙 风系统状况的评价或评判，而缺少依据结果及时进行预警方面的研究内容，即现有的方 法均存在“只可评判不可预警”的缺陷： ( 4 ) 目前，现有的技术评判多受人为主观意念的制约和控制，对于具有不同知识结 构或技术层次的研究者来说，各自所提出的评价或评判方法往往差别较大，有的方法仅 局限于某个特殊矿井中比较适合使用，即缺乏通用性和规范性： ( 5 ) 众所周知，生产矿井中的通风系统、网络结构、通风机工况等都是始终处于实 时变化和动态改变的过程之中；而生产矿井中的生产实际又要求必须确保安全生产，各 级管理部门和人员也需要实时掌握全矿井的安全状况、安全状态和安全形势，这就迫切 需要有些方法并利用计算机监控预警技术来协助管理者实时的实现这些目标的方式， 例如建立有效的生产矿井通风系统评判与预警监控系统等。 针对上述问题和不足，作者试图在广泛学习的基础上，对上述所提及的缺陷与不足 加以分析和研究。在本文的研究中，主要包括两项内容，一是建立一套利用生产矿井实 际技术指标及通风系统解算结果，对生产矿井安全状况进行评判并预警的方法和系统； 二是研究生产矿井通风系统安全状态的预警方案和通风系统安全隐患排查的解决方案， 并编制计算机软件予以实现。 本课题的意义在于通过对生产矿井实际指标的计算与评判，为将来在生产矿井中建 立和开发实用的、可以监控风网工况与通风系统安全状态的计算机预测预警软件系统做 准备。 6 山东科挫学砸士学位论立 矿扑通风系统主要( 实用) 评判理论与方法 2 矿井通风系统主要( 实用) 评判理论与方法 对生产矿井通风系统的技术评价可以采用许多不同的方法，而在本章之中，作者主 要采用的评判方法有因素评判法、模糊练台评判法以及人工神经网络评判法等。 2 1 因素评判法 2 1 1 单因素指标评判法 矿井通风系统的单因素指标评判法，就是直接应用生产矿井通风系统的单项因素指 标来评判生产矿井通风系统的优劣状况。例如单纯用矿井等积 l ( 总风阻) 或矿井线性 风导等单因素指标来快速评判矿井通风系统的现状与难易程度。 2 1 1 。1 矿井等积孔( 总风阻) 单指标评判法 1 ) 技术描述与模型 这种方法的实质，则是直接利用生产矿井通风系统测定分析结论中所得到的矿井等 积孔一( 或总风阻r 。) 即时评判矿井通风系统的现状与难易程度。具体方法是：根据 已知的矿井等积孔a ( 或总风阻r 。) 之值，对照表21 来确定生产矿井现阶段的通风状 况与琏易程度。 表2 1 矿井等积孔( 总风阻) 单固素指标评判法 t a b l e2 1 m i n ee q v i v a l e n t o r i f i c e ( t o t a lr e s i s t a n c e ) s i n g l e f a c t o r t a r g e t o v n | u a t i o n m e t h o d 实测矿井等积孔( 总风阻) 评判结果整改建议备注 a ，( m 3 ) r 。( n ，m 5 ) ) 2 o 3 5 5 容易 注意节能调节 i 203 5 5 】4 2 0中等 不需要 1 4 4 2 0 团难系统改造 矿井等积孔a 与矿井总风阻r 。的关系为 单并系统： 肚1 1 9 。纭一2 多井系统： 7 ( 2 1 ) 生墨型垫查兰堡：! = 兰竺笙；! ! ! ； 互茎堡墨墨竺圭矍! 壅里! 堡型里堕兰互鎏 ( 甜2 = ( 和r 川陬旺z ， a ，r 。的关系： 拈1 。m 2 或= 1 4 1 2 ，n s 2 一 ( 2 3 ) 必须指出，表2 1 所列的矿井等积孔( 总风阻) 单因素评判指标值，是1 8 7 3 年m u r g u e 根据当时的生产情况提出的，且一直沿用至今。由于目前现代化矿井的规模、开采方法、 机械化程度和通风机能力等较以前已有很大的发展和提高。表中数据对中、小型矿井还 有一定的参考价值，对大型矿井或多风机通风系统的矿井，衡量其矿井通风难易程度的 指标则有待研究。 2 ) 软件开发与实现 ( 1 ) 软件技术要点及功能 考虑到不同井型矿井所要求的指标值之间的差异，因此，在编程过程中建议对表 2 1 中的指标值做如下调整：对于中、小型矿井( 小于1 2 0 万t a ) 则直接按照表2 1 中的 技术指标值进行编程；对于大型、多风机系统矿井( 大于1 2 0 万t a ) ，井型每增加6 0 万t a 则等积孔指标值建议增加0 5 ，例如井型r 为18 0 万t a 时，则等积 l 彳乘以 女：1 + 0 5 x t - 1 2 0 的调整系数，并由此推算相应的矿井总风阻值； 图2 i 启动界面 f i g 2 1s t a r t i n gi n t e r f a c e 生垄型垫_ 大兰婴主兰垡堡竺 ! ! ! 塑墨墨竺兰薹! 壅旦! 堡型型堡兰塑鲨 软件中只要已知井型7 和风井系统数目疗，就能够对矿井通风系统的难易程度作 出评判： 软件开发平台以v i s u a lb a s i c 、m a t l a b 等为主进行开发。 ( 2 ) 软件开发与使用 启动界面：见图2 1 。 输入界面：见图2 2 。 计算结果显示：见2 3 图2 2 输入界面 f i g 2 2i n p u ti n t e r f a c e 图2 3结果输出界面 f 谵2 3 t h er e s u l to u t p u ti n t e r f a c e 9 山东科技大学颈：l 学位论文矿井通风系统主要( 实用) 评判理论与方法 2 1 2 矿井通风系统多因素综合评判法 用于矿井通风系统多因素综合评判的方法有很多种，诸如总分法、加权平均法、多 目标决策法、模糊综合评判法、灰色关联分析法、人工神经网络评价法等等。这些评判 方法过去通常是用来在新矿井通风设计或生产矿井通风系统改造时进行多方案的优选工 作，但目前也较多的用来对生产矿井通风系统所进行的多因素综合评判与评价工作之中。 矿井通风系统多因素综合评判的准则，主要有使矿井通风系统达到技术可行( 各项 技术指标必须可以实现，并符合规定) 、安全可靠( 井巷风流和风机运行稳定，矿井具 备良好的抗灾能力) 和经济合理( 矿井通风费用最小) 为目标，并使其量化达到可以分 析对比而提出的；评判工作的关键是提出确切反映矿并通风系统状况的评价指标、隶属 函数并确定其重要程度。 2 1 2 1 多因素评判法及其数值模型 1 ) 总分法 卅 设某系统有删个指标，若对每一个指标都评定一个分数s f ，则求出的总分s = s i l - l 即称为该系统的总评结果。显然，总分越高，表明系统越好。例如，在评定各生产矿井 通风系统状况时，我们可用各矿每项指标所得分数的总和来评定，即： s = s l + s 2 + j 3 + - + j 坍 ( 2 4 ) 式中，s = 一某矿通风系统评定总分：5 1 ，s 2 ，j 。某矿通风系统中的具体项目( 或 指标) 的评定得分。 2 ) 加权平均法 若系统有m 个指标，每个指标的评定得分为s ，；则考虑到每个指标f 相对于系统重 要程度的差异，对每个指标视其重要程度赋以一定的权值系数n ( n 表示第i 个指标在 评价中所占的比重) 后，即可用下式表示对某系统的综合评定： m s = p i s i ( 2 5 ) f = l m 式中，p i = 1 ；其余意义同前。 山东科技大学硕士学位论文 矿井通风系统主要( 实用) 评判理论与方法 2 2 模糊综合评判法 模糊综合评判作为模糊数学的一种具体应用方法，最早是由我国学者汪培庄教授提 出的。这一实用方法多年来深受广大科技工作者的欢迎和重视，并且得到了广泛应用。 所谓模糊综合评判是指对多个涉及模糊相关因素影响的事物或方案进行总评决策的方 法，也称模糊综合评价。对受多因素影响的事物做出全面评价时，必须按照指定的评判 条件对每个对象赋予一个实数值作为综评指标，用以反映全面评价的高低。 2 2 1 模糊综合评判基本原理与实质 在复杂系统中，不仅需要考虑的因素很多，而且一个因素往往有多个层次，也就是 说一个因素往往又是由若干其它因素决定的，故应采用多层次模糊综合评判。 进行模糊综合评判，其实质就是应用模糊变换原理和最大隶属度原则，系统考虑与 被评价事物相关的各个因素而对其所作的综合评价。在具体的评价过程中，通常将评价 结果分成一定的等级，例如可以将某种评价结果划分为“很好”、“较好”、“一般”、 “较差”、“很差”五个等级。 对比较简单的问题，通过进行一级模糊综合评判即可得到比较合理的评判结果。但 是，对比较复杂的问题或在比较复杂的环境中进行评判时，由于要考虑的因素很多，各 个因素往往又具有不同的层次，许多因素还具有比较强烈的模糊性，如果仍采用一级模 糊综合评判，则难以适应实际的评判过程，甚至得不出合理的评判结果，这时必须采用 多层次模糊综合评判法。 2 2 2 模糊综合评判数值模型及其评判步骤 2 2 2 1 一级模糊综合评判法数值模型与步骤 一级模糊综合评判，是模糊综合评判的初级模型，其模型与评判步骤可简述如下： 设因素集合为： u = u l , “2 ，。) = 扣f ，o = 1 , 2 ，m ) ( 2 6 ) 设备择集合为： 矿= v l , v 2 ，v 。) = 扣i c ，= 1 , 2 ，胛) ( 2 7 ) 首先对因素集合u 中的单因素“f ( f = 1 , 2 ，m ) 进行单因素评判，然后再逐一确定单 因素甜f 对决策等级v ，c ，= 1 ，2 ，盯) 的隶属度物，于是便得出第f 个因素“，的单因素评判 1 1 山东科技大学硕士学位论文 矿井通风系统主要( 实用) 评判理论与方法 模糊子集为： ，= p n ，f 2 ，抽) ，( f = l ，2 ，肼) ( 2 8 ) 这样，由m 个单因素评判模糊子集组合起来，就可构造出一个总的模糊评判矩阵r ： r = r 1 1r 1 2 ，1 月 r 2 t r 2 2也h r , n lr m 2 。r m n ( 2 9 ) 从评判矩阵r 可以看出：, u r ( u i ，”j ) = 协表示因素“，对决策等级7 的隶属度。r 的 第i 行，反映了第i 个因素影响评判对象备择集中各个元素的程度；r 的第，列，则反映 了所有因素影响评判对象第，个备择元素的程度。因此可用每列元素之和 ? 7 1 r j = w o = 1 , 2 ，”) ( 2 1 0 ) ，= l 来反映所有因素”，对评判对象第个备择元素的综合影响。然而，这里并未考虑各因素“， 的重要程度。如果在( 2 1 0 ) 式的各项再作用以相应因素的权_ 重f i t a i ( i = 1 , 2 ，m ) ，则就 能合理地反映所有因素的综合影响了。因此，模糊综合评判的初始模型可表示为如下的 模糊变换关系： b = 一。月 ( 2 1 1 ) 式中，权重集a 可视为一行m 列的模糊矩阵。 上式可按模糊矩阵乘法进行运算，即： b = ( a l ，a 2 ，口) 。 其中 r 1 1q 2。n h r 2 1r 2 2 r 2 n r m lr m 2 r m n = ( 6 1 ，b 2 ，b 月) ( 2 1 2 ) 乃= 三o 口) o = 1 ，2 ，n ) ( 2 1 3 ) 式中，b 称为模糊综合评判集；b j ( = l ，2 ，h ) 称为模糊综合评判指标，简称 山东科技大学硕：e 学位般矿井通风系统主要( 实用) 评判理论与方法 评判指标，b j 即表示了综合考虑所有因素的影响时，评判对象对各择集中第，个元素v ， 的隶属度。显然，模糊综合评判集b 也应是备择集矿上的模糊子集。 评判指标的处理：通过运算得到评判指标6 ，( _ ，= 1 , 2 ，仃) 之后，即可采用最大隶属 度法确定评判对象的具体结果。即与最大的评判指标m a ) ( 0 相对应的备择集元素即为 评判的结果，即： v = b7 m a x b j j ( 2 1 4 ) 2 2 2 2 二级模糊综合评判法数值模型及其评判步骤 二级模糊综合评判，简单来说，就是在模糊综合评判的基础上再进行模糊综合评判。 其基本方法大致是：首先把因素集合u 按某些属性分成几类，先对每一类( 因素较少) 作综合评价，然后再对评价结果进行各个“类”之间的高层次的综合评价。二级模糊综 合评判的一般步骤介绍如下。 1 ) 将因素集合u 分类 把影响评判对象的众多因素u 进行分类( 每类包含的因素较少) ，先按一类中的各 个因素进行综合评判，然后再在类之间进行综合评判。 将众多因素【，按其性质分为若干类，例如分为类，也就是将因素集u 分为个因 素子集，& 口： u = u ，u 2 ，u 。) ( 2 1 5 ) 设每个因素子集u f - u i l , “1 2 ，u i k ，i = 1 , 2 ，n ，有k f 个因素，则显然n 类中的 因素总数仍然为m 个：k f _ 州，并且满足如下条件： u u j = u f = 1 u i n u = ，i ( 2 1 6 ) 值得注意的是，各类中的因素数目可以不等，即对不同的类u f 内部可以有不同数目 的因素数k i 。 2 ) 建立权重集4 ( 1 ) 因素类权重集 1 3 山东科技大学硕士学位论文 矿，f 通风系统主要( 实用) i ：t 5 判理论与方法 根据各类因素的重要程度，赋予每个因素类以相应的权值。设c ，类因素的重 要程度模糊子集为： a f - 扛膻l ( f = 1 , 2 ，n ) ( 2 1 7 ) 式中的因素个数应为，个。 ( 2 ) 因素权重集 在每个因素类u f 中，根据各个因素的重要程度可赋予每个因素以相应的权值。设第 f 类中的第j 个因素的板值为口f ( f = 1 , 2 ，n ；j = 1 , 2 ，k i ) ，则因素权重集为： 互= ( a i l , d f 2 ，d 谴) ( f = 1 , 2 ，n ) ( 2 1 8 ) 3 ) 建立备择集( 决策集合) 矿 因为备择集是以总评判的各种可能的结果为元素的集合，故不论因素分为多少类， 各择集都只有一个。设总评判的可能结果共有p 个，则各择集可一般地表示为： v = v 1 , v 2 ，一，v p = v 女 ，( = 1 , 2 ，一，p ) ( 2 1 9 ) 4 ) 初级评判( 一级模糊综合评判) 首先进行的是一级模糊综合评判，即按每一类中的各个因素进行的初级综合评判。 设按第f 类( j = 1 , 2 ，m ) 中( 以下为书写方便，可认为将因素集合u 分成肌类，每类中有 ”个因素进行描述) 的第，个因素0 = 1 , 2 ，刀) 进行评判，评判对象隶属于备择集中第k 个元素伍= 1 , 2 ，p ) 的隶属度为r o ( i = 1 , 2 ，m ；j = 1 , 2 ，n ；k = 1 , 2 ，p ) ，则一级模糊综 合评判的单因素评判矩阵为： r i = y i l l 7 i 2 i ： y i n l 。y i l p 。乃2 p ； 7 i n p ( j = 1 , 2 ，m ) ( 2 2 0 ) 以上矩阵的第行，表示按第f 类中的第j 个因素“f 评判的结果：第f 类中有多少个因素， r r 矩阵便有多少行；备择集有多少个因素，r i 矩阵便有多少列。 于是，第i 类因素的模糊综合评判集为 眦 山东科技大学硕士学位论文 矿井通风系统主要( 实用) 评判理论与方法 其中 研= a i 。r f = 0 f 1 口f 2 ，折) 。 = ( 6 ，1 6 f 2 ，b p ) y i l l y i l 2 。y i l p y i 2 1 y i 2 2 + y i 2 p y i n l y i n 2 + y i n p 州 ，f 0 一r ， ( 2 2 1 ) = 盖，k 协) ( f = 1 ，2 ，川，2 ，p ) ( 2 2 2 ) 5 ) 二级模糊综合评判 二级模糊综合评判则是属于在各类之间进行的综合评判。显然，二级模糊综合评判 时的单因素评判，应为相应的一级模糊综合评判。因此，二级模糊综合评判的单因素评 判矩阵，应为一级模糊综合评判矩阵，即： r = 岛 吃 ! b 4o r l a 2 0 r 2 a m o r m = h 】，。p 其中，= b i k ( f = 1 ，2 ，m ；k = 1 ，2 ，一，p ) 。 于是，二级模糊综合评判集为： b = a o r = a o a l 。r 1 a 2 0 r 2 a o r m = ( 6 1 ，6 2 , - - , b p ) ( 2 2 3 ) ( 2 2 4 ) 其中 驴三o ， r i k ) o _ l ，2 ，一，p ) ( 2 2 5 ) 上式中b t 即为二级模糊综合评判指标，它表示按所有各类因素评判时，评判对象对 各择集中第个元素的隶属度。上式结果也是着眼因素集合u = 缸1 ，“2 ，“。)