李亞俊，劉偉強(qiáng)，李印洪

(湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院， 湖南 長(zhǎng)沙 410001)

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基于突變理論的某礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案選擇

李亞俊，劉偉強(qiáng)，李印洪

(湖南有色冶金勞動(dòng)保護(hù)研究院， 湖南 長(zhǎng)沙 410001)

在礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程中，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案進(jìn)行優(yōu)選，選出技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)與安全的方案對(duì)礦井通風(fēng)優(yōu)化決策具有重要意義，應(yīng)用突變理論對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，將礦井通風(fēng)系統(tǒng)定性分析問(wèn)題簡(jiǎn)化為定量選擇，避免了通風(fēng)方案選擇中的主觀性，為礦井通風(fēng)方案的優(yōu)選提供了客觀判斷依據(jù)。

礦井；通風(fēng)系統(tǒng)；方案選擇；突變理論

本文針對(duì)湖南某金屬礦山的井下通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)用突變理論對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行優(yōu)選，并確定最合理的方案，證明了突變理論在礦井通風(fēng)方案選擇中的應(yīng)用具有可行性。

1 突變理論簡(jiǎn)介

突變理論研究的是從一種穩(wěn)定組態(tài)躍遷到另一種穩(wěn)定組態(tài)的現(xiàn)象和規(guī)律。應(yīng)用突變理論建立的數(shù)學(xué)模型通常是通過(guò)突變勢(shì)函數(shù)來(lái)構(gòu)建，勢(shì)函數(shù)的狀態(tài)由臨界點(diǎn)決定，控制變量決定系數(shù)狀態(tài)的變化，突變理論中常用的為初等突變，其主要形式有尖點(diǎn)突變、燕尾突變和蝴蝶突變。

利用突變理論對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造方案進(jìn)行優(yōu)選的步驟是：構(gòu)建通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系并將其劃分為多層次系統(tǒng)；確定通風(fēng)優(yōu)化系統(tǒng)評(píng)價(jià)底層指標(biāo)值，并對(duì)其進(jìn)行規(guī)格化處理，確定評(píng)價(jià)體系最底層指標(biāo)隸屬度函數(shù)值；確定系統(tǒng)突變模型，利用歸一公式對(duì)各方案評(píng)價(jià)體系分層次進(jìn)行量化遞歸計(jì)算，并確定突變級(jí)數(shù)值，不同的方案其突變函數(shù)值不同，最后得到總突變函值，且數(shù)值越大越優(yōu)，即挑選總突變函數(shù)隸屬度值較大的為最優(yōu)方案。突變理論優(yōu)選改造方案流程見(jiàn)圖1。

2 礦井通風(fēng)方案優(yōu)選實(shí)例

2.1 礦井通風(fēng)方案

以湖南某金屬礦山已開(kāi)采多年，近年來(lái)作業(yè)區(qū)域擴(kuò)大，開(kāi)采深度加深，開(kāi)采作業(yè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)變的復(fù)雜，現(xiàn)井下通風(fēng)存在總進(jìn)風(fēng)量不足、風(fēng)量分配不合理、污風(fēng)循環(huán)、通風(fēng)構(gòu)筑物不完善等諸多問(wèn)題，現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)已不能滿足需求，需要對(duì)其進(jìn)行改造?，F(xiàn)擬定2種通風(fēng)方案，利用突變理論進(jìn)行運(yùn)算，將結(jié)果進(jìn)行比較，確定最為合理的通風(fēng)方案。

圖1 改造方案確定系統(tǒng)

擬定的兩種通風(fēng)方案見(jiàn)表1，方案1充分合理利用現(xiàn)有的通風(fēng)井巷，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行完善，施工周期短；方案2需掘進(jìn)新的通風(fēng)井巷，完善主輔扇設(shè)置，風(fēng)路長(zhǎng)，通風(fēng)阻力大，施工周期長(zhǎng)，可靠性強(qiáng)，兩通風(fēng)方案需進(jìn)一步比較。

表1 擬定的兩種通風(fēng)方案

2.2 礦井通風(fēng)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)

現(xiàn)我國(guó)金屬礦山礦井通風(fēng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)很多，且因不同礦井的各自差異其評(píng)價(jià)方式亦不能一概而論，如若根據(jù)礦山實(shí)際狀況把所用影響因素都加以考慮，則計(jì)算過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)礦山通風(fēng)實(shí)際選取主要影響因素為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2.1評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立

查閱文獻(xiàn)資料并結(jié)合該礦山通風(fēng)的現(xiàn)實(shí)狀況，確定礦機(jī)通風(fēng)綜合評(píng)價(jià)分為技術(shù)、可靠性、成本3大方面，確定底層評(píng)價(jià)指標(biāo)為風(fēng)壓、風(fēng)量、風(fēng)流穩(wěn)定性、風(fēng)機(jī)效率等9個(gè)，其通風(fēng)方案優(yōu)選評(píng)價(jià)模型見(jiàn)圖2。

利用相關(guān)通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算和專家評(píng)定得到各底層的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值見(jiàn)表2。

2.2.2 隸屬度分析

應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論對(duì)表2中指標(biāo)進(jìn)行處理，得到該項(xiàng)評(píng)價(jià)各底層指標(biāo)的隸屬度函數(shù)值，表3為該礦山兩種通風(fēng)改造方案評(píng)價(jià)體系最底層指標(biāo)隸屬度函數(shù)對(duì)比數(shù)值，表中數(shù)值為[0,1]的無(wú)量綱值，具有數(shù)值越大越優(yōu)的特性。

圖2 通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)模型

方案ⅠⅠ1/PaⅠ2/(m3/s)Ⅰ3ⅡⅡ1Ⅱ2Ⅱ3ⅢⅢ1/%Ⅲ2/(元/t)Ⅲ3/萬(wàn)元1941．639．911．029090850．853．38127．9221138．741．21．088090900．833．85180．58

表3 歸一化處理后最底層隸屬函數(shù)值

2.2.3 遞歸運(yùn)算

在應(yīng)用突變理論模型進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，評(píng)價(jià)層次體系中控制變量存在相互關(guān)聯(lián)則為“互補(bǔ)型”系統(tǒng)，否則為“非互補(bǔ)型”，“互補(bǔ)型”上層狀態(tài)變量模糊隸屬函數(shù)值為該層中所有突變級(jí)數(shù)值平均值；“非互補(bǔ)型”則為其最小值。該評(píng)價(jià)模型選用燕尾突變計(jì)算，系統(tǒng)Ⅰ、Ⅲ為互補(bǔ)型，Ⅱ?yàn)榉腔パa(bǔ)型。對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行量化遞歸運(yùn)算，底層指標(biāo)子系統(tǒng)選用相對(duì)應(yīng)的歸一公式，算出各突變級(jí)數(shù)值如表4所示，中間層變量Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相應(yīng)的突變級(jí)數(shù)值見(jiàn)表5。

表4 底層指標(biāo)突變級(jí)數(shù)

表5 中間層變量計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表5可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ與X構(gòu)成互補(bǔ)型系統(tǒng)，由此可得，方案1總突變隸屬函數(shù)值為0.992，方案2總突變隸屬函數(shù)值為0.978。方案1的總突變隸屬函數(shù)值大于方案2的總突變隸屬函數(shù)值，因此，Ⅰ方案為最佳方案。

3 結(jié) 論

將突變理論應(yīng)用于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的方案選擇是可行的，將技術(shù)性、可靠性及成本多種指標(biāo)進(jìn)行量化遞歸計(jì)算，運(yùn)用突變理論進(jìn)行方案優(yōu)選確定總突變隸屬函數(shù)值，實(shí)例結(jié)果顯示方案1的總突變隸屬函數(shù)值大于方案2的，可確定方案1為該礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造最佳方案。

[1]王宏圖,黃振華,范曉剛,等.粗糙集-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論在礦井通風(fēng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2011(09):90-94.

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李亞俊(1991-)，男，河南駐馬店人，助工，碩士，主要研究方向?yàn)榈V井通風(fēng)理論，Email：565768546@qq.com。