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        五家溝煤礦工字鋼巷道的摩擦阻力系數(shù)的研究

        2013-04-29 17:43:11董學林皮子坤賈廷貴
        科技創(chuàng)新導報 2013年9期
        關(guān)鍵詞:摩擦阻力風阻工字鋼

        董學林 皮子坤 賈廷貴

        摘 要:通過對五家溝煤礦進行的通風阻力測試,所獲得的工字鋼支護巷道的實測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,運用SPSS軟件,采用Bootstrap重樣方法統(tǒng)計分析,對其進行了聚類分析、異常值的箱線圖分析、Kolmogorov- Smirnova檢驗和Shapiro-Wilk檢驗。統(tǒng)計結(jié)果表明:在所獲得的實測數(shù)據(jù)中,在剔除實測數(shù)據(jù)中存在的極端值和異常值之后,通過兩種檢驗方法得出摩擦阻力系數(shù)不服從正態(tài)分布。采用Bootstrap重樣抽樣方法,對其進行統(tǒng)計計算,得出了摩擦阻力系數(shù)取值范圍為[0.0070,0.0132] N·s2/m4。將該摩擦阻力系數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果應用于官地煤礦,通過實測與應用算出的百米摩擦風阻進行比較及相關(guān)性分析,相關(guān)性是高度顯著的,驗證了其正確性,從而提高了礦井工字鋼巷道摩擦阻力系數(shù)計算的準確性和可靠性,對礦山的通風安全管理具有重要的指導意義。

        關(guān)鍵詞:工字鋼巷道 摩擦阻力系數(shù) SPSS軟件 Bootstrap重樣方法

        中圖分類號:TD722 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2013)03(c)-00-03

        煤礦安全生產(chǎn)中,安全第一,預防為主,要做好“一通三防”工作,所以加強礦井通風系統(tǒng)的管理工作就顯得尤為重要。井下礦井通風工作的實質(zhì)任務就是要滿足各用風地點的風量要求,這就涉及到礦井下各用風地點風量的分配問題,而影響風量分配的重要因素就是各巷道的阻力分布情況。這要求我們有必要對礦井通風巷道的阻力進行必要的研究與分析[1]。該文從統(tǒng)計學的角度,對五家溝煤礦工字鋼巷道進行統(tǒng)計分析。

        1 工字鋼巷道摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

        通過對五家溝煤礦進行通風阻力測試,獲得104組工字鋼支護巷道實測的α值、斷面積S、周長U等數(shù)據(jù),并進行初步的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與整理[2]。利用SPSS軟件對摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)作描述性分析,如表1所示。

        表1是摩擦阻力系數(shù)的描述性分析表,結(jié)果表明:摩擦阻力系數(shù)的均值為0.01710N·s2/m4,標準差為0.01779 N·s2/m4,方差為0.000 N·s2/m4。

        2 工字鋼巷道摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)分析

        2.1 工字鋼巷道摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)聚類分析

        現(xiàn)將工字鋼巷道的各組摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)進行聚類分析[3],采用兩步聚類法(TwoStep Cluster 過程),距離測量選擇對數(shù)似然值(Log-likelihood),采用統(tǒng)計SPSS軟件計算,結(jié)果如圖1所示。圖1中聚類大小結(jié)果表明:用對數(shù)似然值,兩步聚類法分析,生成兩類:第一類占89.4%,第二類占10.6%。聚類效果非常好。由于在測試過程中,誤差是不可避免的,從聚類分析結(jié)果顯示,第二類數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)可能存在測量誤差,導致數(shù)據(jù)異常。

        2.2 工字鋼巷道摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)異常值的箱線圖分析

        箱線圖作為描述統(tǒng)計的工具之一,其功能有獨特之處,箱線圖能直觀明了地識別數(shù)據(jù)組中的異常值,有利于發(fā)現(xiàn)和剔除數(shù)據(jù)組中的異常值。利用統(tǒng)計SPSS軟件對摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)作箱線圖分析,如圖2所示。

        0.000

        摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)箱線圖顯示:摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)組中存在的溫和的異常值和極端的異常值共9個。它們的序號分別為:96,95,97,98,100,101,102,103,104。

        3 工字鋼巷道摩擦阻力系數(shù)正態(tài)性檢驗

        結(jié)合聚類分析和異常值的箱線圖分析的結(jié)果,序號為:94,95,96,97,98,99,100,101,102,103,104的數(shù)據(jù)為測試過程中產(chǎn)生誤差的極端值或異常值數(shù)據(jù)組,予以剔除?,F(xiàn)對剩下的數(shù)據(jù)組進行正態(tài)性檢驗,采用統(tǒng)計SPSS軟件計算,結(jié)果如表2所示。

        表2是摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)正態(tài)性檢驗結(jié)果表。這里分別利用Kolmogorov-Smirnova檢驗和Shapiro-Wilk檢驗兩種方法來確定變量是否服從正態(tài)分布。其中Statistic代表檢驗統(tǒng)計量值的值,df代表自由度,Sig.代表顯著水平。一般來說,Sig.<0.05則代表不接受假設。由于表中兩種檢驗方法的Sig.為0.000均小于0.05,因此不接受變量服從正態(tài)分布的假設,則摩擦阻力系數(shù)不服從正態(tài)分布。如圖3所示,呈右偏分布。

        4 工字鋼巷道摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)

        Bootstrap方法是一種再抽樣的統(tǒng)計方法[4]。同一般的抽樣方法不同,它是在初始數(shù)據(jù)中作有放回的再抽樣,然后對參數(shù)θ進行估計。樣本含量仍為n,初始數(shù)據(jù)中每個數(shù)

        據(jù)每次被抽到的概率相等,為1/n,所得的

        樣本稱為bootstrap樣本,這樣重復B次后,就可以得到B個bootstrap樣本,最后再進行統(tǒng)計分析。

        由于摩擦阻力系數(shù)不服從正態(tài)分布,可以采用Bootstrap重樣抽樣的方法進行統(tǒng)計計算。考慮到正常情況下抽樣1000次(B=1000)即可得到較滿意的參數(shù)估計值,我們抽樣次數(shù)B定為1000次,運用統(tǒng)計SPSS軟件進行統(tǒng)計計算,結(jié)果如表3所。

        表3摩擦阻力系數(shù)1000次Bootstrap抽樣分析結(jié)果表明:95%的置信水平估計總體參數(shù)均值的取值區(qū)間為[0.01028,0.01344] N·s2/m4,95%的置信水平估計總體參數(shù)中值的取值區(qū)間為[0.00703,0.01324] N·s2/m4。由于摩擦阻力系數(shù)不服從正態(tài)分布,且存在極值,所以取中值會比均值更精確些,因此,摩擦阻力系數(shù)的取值區(qū)間為[0.0070,0.0132] N·s2/m4。

        5 官地煤礦實測數(shù)據(jù)檢驗分析

        通過對山西省官地煤礦進行通風阻力測試,獲得24組工字鋼巷道實測的α值、斷面積S、周長U等數(shù)據(jù),并進行初步的統(tǒng)計

        整理。

        5.1 官地煤礦摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)描述性分析

        利用SPSS軟件對摩擦阻力系數(shù)數(shù)據(jù)作描述性分析,如表4

        所示。

        表4是官地煤礦摩擦阻力系數(shù)的描述性分析表,結(jié)果表明:摩擦阻力系數(shù)的均值為0.01837 N·s2/m4,標準差為0.02389 N·s2/m4,方差為0.001 N·s2/m4。

        5.2 官地煤礦摩擦阻力系數(shù)實測數(shù)據(jù)比較分析

        由于統(tǒng)計分析計算得出的摩擦阻力系數(shù)的取值區(qū)間為[0.0070,0.0132] N·s2/m4,現(xiàn)取摩擦阻力系數(shù)的上限、下限分別計算出各巷道的百米摩擦風阻,并與實測的該巷道的百米摩擦風阻進行比較,作圖分析,如圖4所示。

        官地煤礦的巷道斷面面積數(shù)據(jù)顯示,巷道斷面面積在5.0 m2至10.0 m2之間,從而運用SPSS軟件,對原始數(shù)據(jù)中巷道斷面面積在5.0 m2至10.0 m2之間的巷道進行統(tǒng)計分析,得出巷道斷面面積在5.0 m2至10.0 m2之間的摩擦阻力系數(shù)在Bootstarp的95%置信區(qū)間的取值區(qū)間為[0.0079,0.0141] N·s2/m4,現(xiàn)取摩擦阻力系數(shù)的上限、下限分別計算出各

        巷道的百米摩擦風阻,并與實測的該巷道的百米摩擦風阻進行比較,作圖分析,如圖5所示。

        運用摩擦阻力系數(shù)的取值[0.0070,0.0132] N·s2/m4,取其上限與下限的平均值0.0101 N·s2/m4,計算各出巷道的摩擦風阻進行相。

        關(guān)性分析,運用統(tǒng)計SPSS軟件進行統(tǒng)計計算,如表5所示。

        表5實測與應用的百米摩擦風阻相關(guān)性分析是Pearson相關(guān)系數(shù)及顯著性檢驗結(jié)果。

        由于其相關(guān)系數(shù)為0.777,相關(guān)系數(shù)的顯著性為0.000,小于0.01。所以相關(guān)系數(shù)用“**”標記,說明實測的百米摩擦風阻與應用的百米摩擦風阻的相關(guān)性是高度顯著的。

        6 結(jié)語

        該文通過對實測的工字鋼巷道的104組數(shù)據(jù)進行整理、統(tǒng)計與分析,得到如下幾個結(jié)論。

        (1)通過統(tǒng)計分析得出,礦井工字鋼巷道摩擦阻力系數(shù)不服從正態(tài)分布。

        (2)利用SPSS軟件對礦井工字鋼巷道。

        摩擦阻力系數(shù)的統(tǒng)計計算,得到了工字鋼巷道摩擦阻力系數(shù)的取值區(qū)間[0.0070,0.0132] N.s2/m4。

        (3)運用官地煤礦實測的百米摩擦風阻跟統(tǒng)計分析出的取值區(qū)間上、下限的均值算得的百米摩擦風阻作比較及相關(guān)性分析,結(jié)果表明實測的百米摩擦風阻與統(tǒng)計算出的百米摩擦風阻的相關(guān)性是高度顯著的。

        參考文獻

        [1] 張攀.確定礦井巷道摩擦阻力系數(shù)的新方法研究[D].遼寧工程技術(shù)大學,2003.

        [2] 王方勝,白開圣,楊永平.巷道摩擦阻力系數(shù)的可變性研究[J].煤,2000(2):29-30.

        [3] 王昌映.井巷通風摩擦阻力系數(shù)的影響因素[J].煤礦設計,1986(5):1-3.

        [4] 陳峰,陸守曾,楊珉.Bootstrap估計及其應用[J].中國衛(wèi)生統(tǒng)計,1997(5):5-7.

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