在煤矿通风系统评价中主成分分析法的应用

王俊　王帅

摘 要：通过分析煤矿安全评价打分数据，利用多元统计分析方法制定了能够综合评价煤矿安全的数学函数模型，明确了生产矿井各项指标的风险值，最后达到了评价煤矿安全程度定量化的目标。如此一来，减少了重叠的指标信息，使评价指标变量与煤矿安全之间的线性关系得以建立，简化了划分安全风险层次方面所用的层次分析法，降低了处理煤矿安全评价数据的工作量，从而为安全生产提供了更好的决策意见和管理方案。

关键词：安全评价；主成分分析；优化函数；通风设计

中图分类号：TD724 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.16.038

煤矿通风系统具有模糊性、复杂性和影响因素众多的特点，所以对于煤矿而言，必须要有一个能够全面评价、分析其通风系统安全性能，能够降低安全风险的安全生产方案。因为定性评价的主观性因素太多，不能具体量化其所需评价的数据指标，加上还没有较适合的定量评价方法，所以本文选取的评价方法主要为主成分分析法。使用该方法能够在量化指标的基础上转变相关变量为独立性变量，让每个指标相关性影响都得到消除，用最少的工作量来获取主成分指标，从而更快地评价煤矿的通风系统。

1 通风系统评价指标确定

其通风评价的数据精确度受到选择的评价指标的影响，所以应该将能具体反映矿井通风系统的特点和状态的指标作为评价指标，并在检验效度过程中消除重叠类型数据，以减小指标相关性。

“人-机-环”是当前通风评价系统构建评价指标方面运用的主要思想，其构建都是利用经济性能、管理性能和可靠性技术三个指标作为主要指标体系。本文量化分析了煤矿通风指标评价系统，然后根据当地实际情况选择了三大类别共计10项来自三大方面的通风系统评价指标。

1.1 通风设计及通风能力指标

通风设计及通风能力指标主要涉及到通风系统的设计、局部通风情况和通风设施三个方面。

1.2 技术指标

瓦斯爆炸和火灾是煤矿多发事故，对此，煤矿企业必须要有具体的、有针对性的解决和预防措施，从而保证矿井安全通风系统的正常运行。所以煤矿企业所选择的指标主要为综合防尘、自然发火预防和抽采瓦斯。

1.3 管理指标

一般而言，在煤矿安全指标当中，管理是非常重要的指标之一。在煤矿生产中，需要管理井下的爆破、瓦斯、制度和监控通风安全系统。

2 基于主成分分析的通风系统评价方法

可以将函数映射运用到安全评价当中，设定指标评价变量为n，维向量为X，评价数据信息为Y，函数映射从变量X到结果信息Y就是整个安全评价的过程。所谓“主成分析法”，就是提取特征或者压缩数据的一种统计多变量的分析技术，其能够集中众多变量，进而形成较小数量的综合变量，将主成分变成原变量的线性组合。通风系统所运用的主成分分析法的大致过程如下：①收集样本数据。先将安全打分表编制好，然后实际评价其煤矿的安全状况，最后再收集样本数据。②标准化原始数据信息，即排除一些数据的数量级差异或数量量纲，然后利用SPSS软件进行自动标准化。③计算其系数矩阵，即根据SPSS软件对其数据相关系数矩阵进行标准化构建。④利用F=u，X，+utzXz+uX3+…+u这一公式提取主成分与其他成分的线性关系。⑤优化函数。利用主成分累计共享率a和主成分个数等因素，从而对其函数进行构造，即F=a，F，+azFz+a3F3+…+ap.⑥分析其最后所得评价数据。排序F、主成分和F综合主成分如果有一致性较高的排序结果，即表示其有着非常合理的主成分提取，从而能更好地将指标的重点内容体现出来。

3 基于主成分分析的通风系统评价方法

根据计算情况可得，前四个特征值有着高达92.6%的贡献率累计，即表示这几个主成分将所有指标信息几乎全部覆盖，因此需要提取前四个特征值。

通过计算第一主成分“X4”、第二主成分“X5”、第三主成分“X1”和第四主成分“X10”，综合评价函数构建方面主要运用前四个主成分数据指标，为X=47.7X4+20.09X5+16.46X1+8.35X10.在第一个主成分表达式当中，较大系数的指标为第二个、第四个和第七个，即这三个指标是主要指标，所以第一主成分就是能够反映矿井综合安全性质的指标，利用瓦斯粉尘防治、监控通风情况来保证生产安全；第二主成分影响最大的指标为第一个和第五个，即防治瓦斯事故和提升运输安全性等方面的综合数据指标；第三主成分影响较大的指标为第九项和第十项，是关于矿井灭火防御和电气灭火预防方面的；第四主成分系数较大的为第八项指标，其主要是防治矿井当中水的指标。

4 结束语

结合综合评价函数X评价煤矿的安全性，从而构建量化评价煤矿安全的目标模型。矿井安全程度与函数X呈正相关，比较各项评价安全指标内X值的大小，然后明确组成煤矿安全评价的相关因素，评估其风险项目安全决策需要通过评价综合指标项目安全来实现。如果有关系较为复杂的多个影响因素时，就不能很好地聚类或划分层次，此时，可以单独考虑各个因素，然后再分析其主成分，这样会有更好的效果。

参考文献

[1]张俭让，杨日丽.主成分分析法在煤矿通风系统评价中的应用[J].西安科技大学学报，2011（06）.

〔编辑：王霞〕

Abstract： Through the analysis of coal mine safety evaluation scoring data， using multivariate statistical analysis methods are put forward to the mathematical function model of the comprehensive evaluation of coal mine safety， clear production mine the indicators of value at risk， finally reached the evaluation of coal mine safety degree of quantitative targets. Thus， reducing the overlap index information， to be able to establish the linear relationship between the evaluation index variables and coal mine safety， simplifying the level division of the security risk level analysis method， reduce the workload of the coal mine safety evaluation data processing， thus providing better decisions and management scheme for the safety in production.

Key words： safety assessment； principal component analysis； optimization function； ventilation design