李亞俊，劉偉強，李印洪

(湖南有色冶金勞動保護研究院， 湖南 長沙 410001)

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基于突變理論的某礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案選擇

李亞俊，劉偉強，李印洪

(湖南有色冶金勞動保護研究院， 湖南 長沙 410001)

在礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化過程中，對通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案進行優(yōu)選，選出技術(shù)可行、經(jīng)濟與安全的方案對礦井通風(fēng)優(yōu)化決策具有重要意義，應(yīng)用突變理論對礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案進行綜合評價，將礦井通風(fēng)系統(tǒng)定性分析問題簡化為定量選擇，避免了通風(fēng)方案選擇中的主觀性，為礦井通風(fēng)方案的優(yōu)選提供了客觀判斷依據(jù)。

礦井；通風(fēng)系統(tǒng)；方案選擇；突變理論

本文針對湖南某金屬礦山的井下通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計，應(yīng)用突變理論對優(yōu)化方案進行優(yōu)選，并確定最合理的方案，證明了突變理論在礦井通風(fēng)方案選擇中的應(yīng)用具有可行性。

1 突變理論簡介

突變理論研究的是從一種穩(wěn)定組態(tài)躍遷到另一種穩(wěn)定組態(tài)的現(xiàn)象和規(guī)律。應(yīng)用突變理論建立的數(shù)學(xué)模型通常是通過突變勢函數(shù)來構(gòu)建，勢函數(shù)的狀態(tài)由臨界點決定，控制變量決定系數(shù)狀態(tài)的變化，突變理論中常用的為初等突變，其主要形式有尖點突變、燕尾突變和蝴蝶突變。

利用突變理論對礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造方案進行優(yōu)選的步驟是：構(gòu)建通風(fēng)系統(tǒng)評價體系并將其劃分為多層次系統(tǒng)；確定通風(fēng)優(yōu)化系統(tǒng)評價底層指標(biāo)值，并對其進行規(guī)格化處理，確定評價體系最底層指標(biāo)隸屬度函數(shù)值；確定系統(tǒng)突變模型，利用歸一公式對各方案評價體系分層次進行量化遞歸計算，并確定突變級數(shù)值，不同的方案其突變函數(shù)值不同，最后得到總突變函值，且數(shù)值越大越優(yōu)，即挑選總突變函數(shù)隸屬度值較大的為最優(yōu)方案。突變理論優(yōu)選改造方案流程見圖1。

2 礦井通風(fēng)方案優(yōu)選實例

2.1 礦井通風(fēng)方案

以湖南某金屬礦山已開采多年，近年來作業(yè)區(qū)域擴大，開采深度加深，開采作業(yè)重點轉(zhuǎn)移，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)變的復(fù)雜，現(xiàn)井下通風(fēng)存在總進風(fēng)量不足、風(fēng)量分配不合理、污風(fēng)循環(huán)、通風(fēng)構(gòu)筑物不完善等諸多問題，現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)已不能滿足需求，需要對其進行改造?，F(xiàn)擬定2種通風(fēng)方案，利用突變理論進行運算，將結(jié)果進行比較，確定最為合理的通風(fēng)方案。

圖1 改造方案確定系統(tǒng)

擬定的兩種通風(fēng)方案見表1，方案1充分合理利用現(xiàn)有的通風(fēng)井巷，并在其基礎(chǔ)上進行完善，施工周期短；方案2需掘進新的通風(fēng)井巷，完善主輔扇設(shè)置，風(fēng)路長，通風(fēng)阻力大，施工周期長，可靠性強，兩通風(fēng)方案需進一步比較。

表1 擬定的兩種通風(fēng)方案

2.2 礦井通風(fēng)方案評價指標(biāo)

現(xiàn)我國金屬礦山礦井通風(fēng)系統(tǒng)的評價指標(biāo)很多，且因不同礦井的各自差異其評價方式亦不能一概而論，如若根據(jù)礦山實際狀況把所用影響因素都加以考慮，則計算過程過于復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)礦山通風(fēng)實際選取主要影響因素為評價指標(biāo)。

2.2.1評價指標(biāo)的建立

查閱文獻資料并結(jié)合該礦山通風(fēng)的現(xiàn)實狀況，確定礦機通風(fēng)綜合評價分為技術(shù)、可靠性、成本3大方面，確定底層評價指標(biāo)為風(fēng)壓、風(fēng)量、風(fēng)流穩(wěn)定性、風(fēng)機效率等9個，其通風(fēng)方案優(yōu)選評價模型見圖2。

利用相關(guān)通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算和專家評定得到各底層的評價指標(biāo)數(shù)值見表2。

2.2.2 隸屬度分析

應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)理論對表2中指標(biāo)進行處理，得到該項評價各底層指標(biāo)的隸屬度函數(shù)值，表3為該礦山兩種通風(fēng)改造方案評價體系最底層指標(biāo)隸屬度函數(shù)對比數(shù)值，表中數(shù)值為[0,1]的無量綱值，具有數(shù)值越大越優(yōu)的特性。

圖2 通風(fēng)系統(tǒng)評價模型

方案ⅠⅠ1/PaⅠ2/(m3/s)Ⅰ3ⅡⅡ1Ⅱ2Ⅱ3ⅢⅢ1/%Ⅲ2/(元/t)Ⅲ3/萬元1941．639．911．029090850．853．38127．9221138．741．21．088090900．833．85180．58

表3 歸一化處理后最底層隸屬函數(shù)值

2.2.3 遞歸運算

在應(yīng)用突變理論模型進行評價時，評價層次體系中控制變量存在相互關(guān)聯(lián)則為“互補型”系統(tǒng)，否則為“非互補型”，“互補型”上層狀態(tài)變量模糊隸屬函數(shù)值為該層中所有突變級數(shù)值平均值；“非互補型”則為其最小值。該評價模型選用燕尾突變計算，系統(tǒng)Ⅰ、Ⅲ為互補型，Ⅱ為非互補型。對各評價指標(biāo)進行量化遞歸運算，底層指標(biāo)子系統(tǒng)選用相對應(yīng)的歸一公式，算出各突變級數(shù)值如表4所示，中間層變量Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相應(yīng)的突變級數(shù)值見表5。

表4 底層指標(biāo)突變級數(shù)

表5 中間層變量計算結(jié)果

根據(jù)表5可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ與X構(gòu)成互補型系統(tǒng)，由此可得，方案1總突變隸屬函數(shù)值為0.992，方案2總突變隸屬函數(shù)值為0.978。方案1的總突變隸屬函數(shù)值大于方案2的總突變隸屬函數(shù)值，因此，Ⅰ方案為最佳方案。

3 結(jié) 論

將突變理論應(yīng)用于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的方案選擇是可行的，將技術(shù)性、可靠性及成本多種指標(biāo)進行量化遞歸計算，運用突變理論進行方案優(yōu)選確定總突變隸屬函數(shù)值，實例結(jié)果顯示方案1的總突變隸屬函數(shù)值大于方案2的，可確定方案1為該礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造最佳方案。

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李亞俊(1991-)，男，河南駐馬店人，助工，碩士，主要研究方向為礦井通風(fēng)理論，Email：565768546@qq.com。