矿井通风系统中监测点的优化与研究

沈德顺,谢贤平

(1.湖南有色金属职业技术学院， 湖南 株洲市 412006；2.昆明理工大学国土资源工程学院， 云南 昆明 650093)

随着金属非金属地下矿山采矿深度的逐年增加，地下采矿将面临着诸如：通风、热害、地压等复杂的技术难题。为解决以上技术难题，加强井下人员安全管理、提高企业生产效益和效率，必须走数字化矿山建设之路。国家安全生产监督管理总局于2011年7月15号发布了“六大系统”建设规范，于2011年9月1号实施。

矿井通风系统是向井下作业地点供给新鲜空气，同时排出污浊空气的通风网络、通风动力和通风控制设施等构成的工程体系。通风监测监控系统是指在井下适当位置上布置一定数量的监测点，利用该监测点提供的监测信息，以反映和估计整个系统的运行状态。而监测点位置的选择和数量的选取，是关于资金投入和运行管理优化的问题。

模糊聚类分析法的基本数学原理是将研究对象或事物按照彼此间的相似度进行分类，以达到“物以类聚”的目的。聚类分析的研究对象或事物可以是某种样品，也可以是某些变量或指标。从几何理论上来讲，聚类分析就是根据某种准则将空间某些比较接近的研究对象点按接近性进行聚类，而点与点之间的接近程度一般用相似系数或距离两种量纲来表示。

1 Matlab软件中的模糊聚类函数

(1) Pdist函数。Pdist函数是计算观测量对象或者样本之间距离的函数。

(2) Sqareform函数。Sqareform函数的主要作用是将pdist函数计算得到的结果转化为方矩阵。

(3) Linkage函数。Linkage是创建系统聚类树函数。

(4) Dendrogram函数。绘制聚类谱系图。

2 南温河钨矿通风监测点优化布局

选取南温河钨矿1232 m中段14个监测点为优化布置的原始点，以风压、风量和风速为影响因素，14个监测数据的原始数据见表1。

表1 南温河钨矿1232 m中段监测点风速、风量和风压表

第一步运用矩阵标准化计算公式，求出影响因素矩阵的标准化矩阵Z：

Z =

中午，去美食街，充了两百元的卡。一律熟悉的各色小吃，一路走过，如若故人重逢，简直要落泪。徘徊了又徘徊，最后，要了一碗牛肚炒面，配一碗老鸭汤。妹妹给孩子们点了牛肉炒饭，她自己要了渣肉蒸饭配赤豆酒酿。老鸭汤火候掌握得好，汤汁清澈，碧湾湾的。江南人永远那么精致——把鸭汤烧滚，下一块豆腐皮，下一点粉丝，最后再另给一袋小米锅巴，反复叮咛：不要一起放进去啊，要随放随吃。我点点头，都离开了，老板娘还不忘添一句：一块块地泡着吃啊。端一碗老鸭汤慢慢走，旁边的餐桌旁，有人正饕餮凉拌面，比粉丝还要细的面，春风拂面的样子，亮汪汪的，被人麻利地嘬着，一半在嘴里，一半拖在碗里——人间至乐图，莫非如此。

0.6178 0.3657 0.4215

0.0620 0.0998 0.1421

0.2096 0.3057 0.4358

0.0111 0.0014 0.0019

0.0111 0 0

0.0620 0.0979 0.1394

0.3920 0.4042 0.5762

1.0000 1.0000 1.0000

0.1398 0.2114 0.3013

0.0041 0.0022 0.0030

0 0.0120 0.0171

0.0069 0.0991 0.1413

0.1398 0.2087 0.2975

第二步运用Matlab软件中的模糊聚类函数Pdist函数、Sqareform函数、Linkage函数、Dendrogram函数，对标准化矩阵Z聚类，其结果见图1。

图1 14个监测点的聚类分析树状图

由图1可知，上述14个监测点共分为6大类：

第一类：8号监测点；

第二类：1号监测点；

第三类：7号监测点；

第四类：3、9、14号监测点；

第五类：2、6、13号监测点；

第六类：4、5、10、11、12号监测点。

根据模糊聚类分析法结果，每一类中选取1个监测点。也就是说，把南温河钨矿初选的14个监测点优化为6个。在运用最小平均距离法计算出每类中最优的监测点位置，优化后的监测点为：1、5、7、8、13、14。

3 结 论

矿山井下通风系统中监测点的数量和布置是一个经济问题和管理问题的矛盾统一体，过去通常采用人工统计经验决策的方法，但该方法存在周期长、监测点不合理等问题。本文针对南温河通风系统中监测点多、管理难度大和“六大系统”建设要求竣工时间紧迫的现实问题，提出运用一种新的关于井下通风监测监控系统监测点布局优化的方法：模糊聚类分析法，由于在聚类分析中存在计算量大、计算复杂、人工计算难以实现等问题，提出运用Matlab软件辅助函数进行计算，大大提高了计算的精确和效率，为矿山节约了建设成本、缩短了建设时间、优化了井下管理，取得了理想的经济效益和社会效益。

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