王時彬，陳日輝，孟祥允，劉世濤

（昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093）

礦井通風是現(xiàn)代礦井采礦生產(chǎn)體系的重要組成部分，是保障礦山生產(chǎn)安全的最重要的技術手段之一。它是指利用機械或自然通風為動力，讓地面的新鮮空氣從進風井中進入礦井中并在巷道中定向和定量的流動，將巷道中和工作面產(chǎn)生的污濁氣體通過回風井排出礦井[1]。礦井通風系統(tǒng)一般由通風網(wǎng)絡、通風動力和通風控制設施三大部分構(gòu)成[2]。一個好的礦井通風系統(tǒng)不僅能保證礦山安全生產(chǎn)，而且具有能耗低、運營成本低和風流穩(wěn)定性好等優(yōu)點，故對選擇最優(yōu)的礦井通風系統(tǒng)方案有重大意義。礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化是一個定性和定量相互結(jié)合、相互關聯(lián)、相互制約的多因素多目標決策問題。通風方案選優(yōu)主要有兩項工作：通風系統(tǒng)評判指標體系的建立和選優(yōu)方法。本文默認評判指標體系已建立，僅討論選優(yōu)方法。

1 評判指標體系的建立

評判指標體系的建立包括評判指標的確立和指標權(quán)重的確定兩方面。

對于評判現(xiàn)代礦井通風系統(tǒng)這樣一個復雜整體，需要尋找系統(tǒng)中具體的指標進行定性和定量的分析，尋找這種指標的過程可稱為評判指標的確立。涉及礦井通風系統(tǒng)的重要指標有風量合格率、風質(zhì)合格率、作業(yè)環(huán)境空氣質(zhì)量合格率、有效風量率、風機效率、風量供需比等基本指標和綜合指標，以及評判經(jīng)濟效益和能耗的輔助指標[3]。目前已有不少學者對礦井通風系統(tǒng)評判指標體系的確立進行了研究，有從有效性、安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性四大方面著手[4-5]，也有從技術先進性、安全可靠性和經(jīng)濟合理性三方面入手[6-7]，目前后者在工程上運用較多。

根據(jù)礦井通風系統(tǒng)的評判指標對系統(tǒng)的重要性不同賦予不同的分值，將這分值進行歸一化處理得到指標的權(quán)重。目前方法有專家咨詢權(quán)數(shù)法（特爾斐法）、因子分析權(quán)數(shù)法、信息量權(quán)數(shù)法、主成分分析法、層次分析法（AHP法）、熵權(quán)法、獨立性權(quán)數(shù)法等[8]。這些方法各有優(yōu)缺點，可綜合運用幾種，對各方法得出指標的權(quán)重取平均值，減小誤差使結(jié)果更合理[9]。

2 計分選優(yōu)方法

礦井通風系統(tǒng)方案有多個評判指標，進行方案選優(yōu)時需綜合考慮各指標間的關系，使其構(gòu)成一個多因素多目標決策問題。雖然構(gòu)建決策問題的方法很多，但各種方法得出的最優(yōu)方案應一致，同時，最優(yōu)方案的突出程度隨方法不同而異。本著簡單、客觀，又突出最優(yōu)方案的原則，在此提出計分法。

通風系統(tǒng)評判指標可分為兩類：值越大越優(yōu)類和值越小越優(yōu)類。記幾種方案中指標最優(yōu)值為a1j，最差值為a0j（j=1，2，···，n）。將所有最優(yōu)指標值組合成一組最優(yōu)參考方案，相反將所有最差指標值組合成一組最差參考方案。通風系統(tǒng)方案評判指標值見表1。

表1 通風系統(tǒng)方案評判指標參數(shù)

將幾種方案中各指標最優(yōu)值計得分為1，最差值計得分為0。將同類指標中最差值和最優(yōu)值之間劃分若干份，則xij得分由計分法得分公式計算xij′為：

為方便理解，一般最差值和最優(yōu)值之間劃分1000份或10000份，即得分xij′計算結(jié)果保留小數(shù)點三位數(shù)或四位數(shù)。得分公式與加權(quán)相對偏離值最小法[10]公式相似，依次計算可得幾個方案的得分向量：

又各指標的權(quán)重向量為 W=（w1，w2，…，wn）

故得各方案的加權(quán)總得分為Xi′×W，總得分最高方案為最優(yōu)方案。

3 工程實例驗證

以某礦山礦井通風系統(tǒng)方案選優(yōu)為例，從技術先進性、安全可靠性和經(jīng)濟合理性三方面，篩選確定了12個指標作為礦井通風系統(tǒng)的方案選優(yōu)評判指標[11]。其中表明技術先進性的指標有5項，即礦井風壓、礦井總等積孔、風量供需比、有效風量率和風機種類及型號；表明經(jīng)濟合理性的指標有4項，即噸礦通風機電費、通風機效率、通風井巷工程費和年經(jīng)營費；表明安全可靠性的指標有3項，即風機串并聯(lián)作業(yè)、用風地點風流穩(wěn)定性和礦井抗災能力。方案評判指標中有8個定量指標，4個定性指標（有風機種類及型號、風機串并聯(lián)作業(yè)、用風地點風流穩(wěn)定性和礦井抗災能力），定性指標值由專家打分確定（見表2）。原文中運用灰色關聯(lián)分析法進行方案選優(yōu)，計算篇幅相對較長。下面采用本文介紹的計分法來選擇最優(yōu)方案，并與灰色關聯(lián)分析法結(jié)果進行對比。計分法計算過程由Excel辦公軟件中完成，結(jié)果見表3。

表2 某礦山礦井通風系統(tǒng)方案評判指標參數(shù)表

表3 某礦山礦井通風系統(tǒng)方案評判指標參數(shù)計分表

運用計分法原則計算三個方案的得分結(jié)果為：方案一得分最高，為0.783，方案二得分最低，僅為0.283，因此，得出在三個礦井通風系統(tǒng)方案中方案一最好，方案二最差的結(jié)論。結(jié)論與原作者用灰色關聯(lián)分析法進行選優(yōu)結(jié)果一致。此方法與灰色關聯(lián)分析法相比，計算過程更簡單，易操作。

4 結(jié)語

計分法雖簡單，但也存在不足，其指標的最優(yōu)值和最差值都是在已給定的方案中選擇，當幾種方案相差不大，各方案指標得分為0或1會相對其他相同指標會過小或過大，從而影響結(jié)果。

為減少評判指標得分過高或過低影響，可根據(jù)相關安全規(guī)程和礦井設計規(guī)范確定各指標的模糊取值范圍[12]來改進計分法，根據(jù)取值范圍重新制定最優(yōu)值和最差值。

計分法原理簡單、易于操作，其方案優(yōu)選計算過程可在Excel辦公軟件中完成。通過上述工程實例知：其計算結(jié)果離散程度好，評價的結(jié)果差異性也較好。此方法不僅能運用于礦井通風系統(tǒng)方案選優(yōu)，同樣也適用其他工程方案決策。

[1]張國樞.通風安全學[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2007.

[2]胡漢華.礦井通風系統(tǒng)設計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010.

[3]李賢敏.贛南鎢礦山通風系統(tǒng)現(xiàn)狀分析與對策[J]，中國鎢業(yè)，2011，26（1），20-22.

[4]郁鐘銘，伍宇光.層次分析法（AHP）在礦井通風系統(tǒng)方案優(yōu)化中的應用[J].貴州工業(yè)大學學報：自然科學版，1997，26（5）：62-69.

[5]張兆瑞，郭扁頓，郭建珠，等.礦井通風系統(tǒng)評價指標向量及其應用研究[J].西安科技大學學報，1995，（4）：379-384.

[6]趙伏軍，謝世勇，楊 磊，等.基于層次分析法一模糊綜合評價（AHP一FCE）模型優(yōu)化礦井通風系統(tǒng)的研究[J].中國安全科學學報，2006，16（4）：91-96.

[7]王志亮，周心權(quán)，徐景德.多目標決策法在礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化改造中的應用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2005，32（3）：46-48.

[8]王 暉，陳 麗，陳 墾，等.多指標綜合評價方法及權(quán)重系數(shù)的選擇[J].廣東藥學院學報，2007，23（5）：583-589.

[9]郭顯光.一種新的綜合評價方法一組合評價法 [J].統(tǒng)計研究，1995，12（5）：56-59.

[10]譚允禎.礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1992.

[11]馮興隆.大紅山銅礦礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化改造研究[D].昆明：昆明理工大學，2005.

[12]周福寶，王德明，李正軍.礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化評判的模糊優(yōu)選分析法[J].中國礦業(yè)大學學報，2002，31（3）：262-266.