计分法在矿井通风系统方案优选中的应用

2014-05-23王时彬陈日辉孟祥允刘世涛

中国钨业 2014年3期

王时彬，陈日辉，孟祥允，刘世涛

（昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明 650093）

矿井通风是现代矿井采矿生产体系的重要组成部分，是保障矿山生产安全的最重要的技术手段之一。它是指利用机械或自然通风为动力，让地面的新鲜空气从进风井中进入矿井中并在巷道中定向和定量的流动，将巷道中和工作面产生的污浊气体通过回风井排出矿井[1]。矿井通风系统一般由通风网络、通风动力和通风控制设施三大部分构成[2]。一个好的矿井通风系统不仅能保证矿山安全生产，而且具有能耗低、运营成本低和风流稳定性好等优点，故对选择最优的矿井通风系统方案有重大意义。矿井通风系统优化是一个定性和定量相互结合、相互关联、相互制约的多因素多目标决策问题。通风方案选优主要有两项工作：通风系统评判指标体系的建立和选优方法。本文默认评判指标体系已建立，仅讨论选优方法。

1 评判指标体系的建立

评判指标体系的建立包括评判指标的确立和指标权重的确定两方面。

对于评判现代矿井通风系统这样一个复杂整体，需要寻找系统中具体的指标进行定性和定量的分析，寻找这种指标的过程可称为评判指标的确立。涉及矿井通风系统的重要指标有风量合格率、风质合格率、作业环境空气质量合格率、有效风量率、风机效率、风量供需比等基本指标和综合指标，以及评判经济效益和能耗的辅助指标[3]。目前已有不少学者对矿井通风系统评判指标体系的确立进行了研究，有从有效性、安全性、稳定性和经济性四大方面着手[4-5]，也有从技术先进性、安全可靠性和经济合理性三方面入手[6-7]，目前后者在工程上运用较多。

根据矿井通风系统的评判指标对系统的重要性不同赋予不同的分值，将这分值进行归一化处理得到指标的权重。目前方法有专家咨询权数法（特尔斐法）、因子分析权数法、信息量权数法、主成分分析法、层次分析法（AHP法）、熵权法、独立性权数法等[8]。这些方法各有优缺点，可综合运用几种，对各方法得出指标的权重取平均值，减小误差使结果更合理[9]。

2 计分选优方法

矿井通风系统方案有多个评判指标，进行方案选优时需综合考虑各指标间的关系，使其构成一个多因素多目标决策问题。虽然构建决策问题的方法很多，但各种方法得出的最优方案应一致，同时，最优方案的突出程度随方法不同而异。本着简单、客观，又突出最优方案的原则，在此提出计分法。

通风系统评判指标可分为两类：值越大越优类和值越小越优类。记几种方案中指标最优值为a1j，最差值为a0j（j=1，2，···，n）。将所有最优指标值组合成一组最优参考方案，相反将所有最差指标值组合成一组最差参考方案。通风系统方案评判指标值见表1。

表1 通风系统方案评判指标参数

将几种方案中各指标最优值计得分为1，最差值计得分为0。将同类指标中最差值和最优值之间划分若干份，则xij得分由计分法得分公式计算xij′为：

为方便理解，一般最差值和最优值之间划分1000份或10000份，即得分xij′计算结果保留小数点三位数或四位数。得分公式与加权相对偏离值最小法[10]公式相似，依次计算可得几个方案的得分向量：

又各指标的权重向量为 W=（w1，w2，…，wn）

故得各方案的加权总得分为Xi′×W，总得分最高方案为最优方案。

3 工程实例验证

以某矿山矿井通风系统方案选优为例，从技术先进性、安全可靠性和经济合理性三方面，筛选确定了12个指标作为矿井通风系统的方案选优评判指标[11]。其中表明技术先进性的指标有5项，即矿井风压、矿井总等积孔、风量供需比、有效风量率和风机种类及型号；表明经济合理性的指标有4项，即吨矿通风机电费、通风机效率、通风井巷工程费和年经营费；表明安全可靠性的指标有3项，即风机串并联作业、用风地点风流稳定性和矿井抗灾能力。方案评判指标中有8个定量指标，4个定性指标（有风机种类及型号、风机串并联作业、用风地点风流稳定性和矿井抗灾能力），定性指标值由专家打分确定（见表2）。原文中运用灰色关联分析法进行方案选优，计算篇幅相对较长。下面采用本文介绍的计分法来选择最优方案，并与灰色关联分析法结果进行对比。计分法计算过程由Excel办公软件中完成，结果见表3。