張宇鑫

（遼寧工程技術(shù)大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 葫蘆島 125105）

0 引言

通風(fēng)系統(tǒng)在煤礦、地下工程等環(huán)境中起著至關(guān)重要的作用，能夠確保工作場所中的空氣清新，并有效控制有害氣體和粉塵的擴散。穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)可以保證工作人員的安全和健康，避免空氣污染和爆炸等事故的發(fā)生[1-3]。通風(fēng)專家繆爾格根據(jù)礦井風(fēng)量和礦井風(fēng)壓之間的關(guān)系，利用礦井的等積孔評價了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的難易程度，并提出了“通風(fēng)度”的概念。我國學(xué)者黃元平最早從礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全可靠性和經(jīng)濟合理性兩個角度總結(jié)了總風(fēng)阻、總風(fēng)壓、等積孔等評價指標(biāo)，提出了礦井通風(fēng)系統(tǒng)綜合評價方法[4]。隨著計算機和應(yīng)用數(shù)學(xué)的發(fā)展，學(xué)者們將一些應(yīng)用數(shù)學(xué)方法和智能算法應(yīng)用于礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評價或預(yù)警預(yù)判研究中。劉劍等[5]以風(fēng)量為特征，通過構(gòu)建基于SVM 分類器和回歸器的模型來確定阻變型故障的拓撲位置和等效風(fēng)阻，有針對性地發(fā)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的影響因素，進一步提高了通風(fēng)系統(tǒng)可靠度。馬恒等[6]以系統(tǒng)動力學(xué)和屬性數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)從技術(shù)穩(wěn)定性、安全穩(wěn)定性和經(jīng)濟穩(wěn)定性的角度構(gòu)建礦井通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性的動態(tài)評價模型并進行實例仿真模擬。針對通風(fēng)異常時期，劉業(yè)嬌等[7]從通風(fēng)系統(tǒng)環(huán)境、通風(fēng)防火設(shè)備設(shè)施、通風(fēng)防火安全管理、防火抗災(zāi)系統(tǒng)情況和避災(zāi)救災(zāi)能力5 個方面構(gòu)建出火災(zāi)時期礦井通風(fēng)系統(tǒng)抗災(zāi)能力評價指標(biāo)體系。荊紅梅等[8]從動態(tài)視角出發(fā)建立了基于模糊綜合評價法-層次分析法（FCE-AHP）的礦井通風(fēng)質(zhì)量動態(tài)評價模型，用以對煤礦的通風(fēng)質(zhì)量進行實時評價。任子暉等[9]選取21 項影響因素作為健康評價指標(biāo)，綜合運用模糊綜合評價法、層次分析法、變權(quán)理論，構(gòu)建礦井通風(fēng)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系。CHEBOUBA 等[10]通過多目標(biāo)優(yōu)化算法解決了系統(tǒng)可靠性冗余分配問題，考慮了系統(tǒng)整體可靠性和成本，并證明了該方法具有識別最優(yōu)解集的能力，為決策者提供了最優(yōu)解空間以便判斷系統(tǒng)可靠性。REZAEI 等[11]提出了一種基于割集法的逐步評價方法，用巷道阻力和各支路流量變化作為煤礦井下網(wǎng)絡(luò)可靠性的指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。邵良杉等[12]提出基于三角模糊數(shù)改進熵權(quán)法建立礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性可拓評價模型，為通風(fēng)系統(tǒng)安全評價拓展了新方法。

然而，上述方法難以考慮系統(tǒng)的復(fù)雜性，易受數(shù)據(jù)不確定性影響。為了解決這些問題，提出將熵權(quán)法和序關(guān)系法結(jié)合應(yīng)用于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性評估中。熵權(quán)法是一種基于信息熵的可靠性評估方法，通過計算系統(tǒng)的熵權(quán)值來評估系統(tǒng)的可靠性。序關(guān)系法則是一種基于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可靠性評估方法，通過分析系統(tǒng)中元件之間的序關(guān)系，找出最弱的環(huán)節(jié)來評估系統(tǒng)的可靠性。這兩種方法各有優(yōu)勢，相結(jié)合可以彌補彼此的缺點，提高評估結(jié)果的準(zhǔn)確性和可信度。目前該方法已經(jīng)成功應(yīng)用于電力、工程、文化等多個領(lǐng)域的評價[13-15]，但還沒有在礦井通風(fēng)系統(tǒng)中應(yīng)用。本文研究將基于序關(guān)系法-熵權(quán)法對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性進行評價，并利用礦井實際數(shù)據(jù)證明其可行性。

1 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性評價體系指標(biāo)

礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)評價體系指標(biāo)的選取應(yīng)既能全面體現(xiàn)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的真實狀態(tài)，其數(shù)值又能通過科學(xué)的方法與手段進行獲取，且獲取后也能通過現(xiàn)階段所擁有的技術(shù)進行整理與計算，因此，評價指標(biāo)的選取應(yīng)遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、可行性、普適性等原則，以此建立一個可靠、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性評價體系。礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性評價體系分為總體指標(biāo)集和分支指標(biāo)集2 個層級，其中，總體指標(biāo)集主要從滿足礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性的基本需求出發(fā)并建立；分支指標(biāo)集是對主題指標(biāo)集的細化，從而得到更具體、更精細的指標(biāo)，進而能夠更直觀、更有效地反應(yīng)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性?？傮w指標(biāo)集與分支指標(biāo)集之間存在一定的邏輯關(guān)系，總體指標(biāo)集是對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)這個整體的可靠性的評價，而分支指標(biāo)集是通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的類型、機站的設(shè)置、礦井的支護方式、風(fēng)機的參數(shù)等細節(jié)方面的指標(biāo)。

1.1 總體評價指標(biāo)集

總體評價指標(biāo)集涉及范圍廣，需要考慮的因素眾多。為了確保指標(biāo)集能夠反映礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性的真實情況，要慎重地選擇每一個指標(biāo)。一個可靠的礦井生產(chǎn)必須依靠一個長期穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)，而一個穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)需要成熟完備的技術(shù)和設(shè)備來維持。由于風(fēng)網(wǎng)的構(gòu)造和布局影響著礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)流的穩(wěn)定性和風(fēng)量的可調(diào)性，因此，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度也是評價礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性指標(biāo)的重要部分。并且風(fēng)壓與風(fēng)量的不合理匹配會增大管理難度，造成漏風(fēng)等情況，進而加大了瓦斯自燃的幾率，所以保證礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)壓的合理性也很必要。此外，整體系統(tǒng)的建設(shè)以及后期維護的費用是否在可承受范圍之內(nèi)也決定了礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠與否。綜上所述，將穩(wěn)定性、完備性、合理性、經(jīng)濟性作為礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性評價體系的總體評價指標(biāo)，并對其進行分析。

1）穩(wěn)定性：如果礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性不被滿足，就會出現(xiàn)整個通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)停擺、通風(fēng)故障等情況，影響生產(chǎn)的正常進行，其通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)也就喪失了可靠性。因此，安全穩(wěn)定是礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性的基礎(chǔ)，其量化指標(biāo)為通風(fēng)穩(wěn)定性。

2）完備性：如果礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中使用的設(shè)備與技術(shù)不夠成熟完備，就會出現(xiàn)當(dāng)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障和問題時，得不到及時有效的解決，會嚴(yán)重影響生產(chǎn)工作的進行，危害生產(chǎn)人員的人身安全，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)也就不具備可靠性。因此，一個可靠的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)要具有完備性，其量化指標(biāo)為設(shè)備技術(shù)完備性。

3）合理性：礦井的風(fēng)量與風(fēng)壓合理匹配是可靠性分析的重要因素之一。礦井通風(fēng)需要消耗能量，風(fēng)壓越高，表明消耗的能量就越多，使得礦井通風(fēng)管理難度越大，漏風(fēng)的幾率和風(fēng)量也越大，從而導(dǎo)致煤炭自燃和瓦斯積聚的可能性也越大，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)就越不可靠，其量化指標(biāo)為風(fēng)壓的合理性。

4）經(jīng)濟性：如果這一特性不被滿足，會出現(xiàn)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)造價成本極高，并時常產(chǎn)生大量的損耗等加大財政負擔(dān)的事情發(fā)生，日常維護費用不被滿足，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的安全性就會受到威脅，進而失去可靠性，其量化指標(biāo)為成本的經(jīng)濟性。

1.2 分支指標(biāo)集

分支指標(biāo)集由總體評價指標(biāo)集產(chǎn)生，是根據(jù)總體指標(biāo)細化出的一系列子集，二者之間存在著因果關(guān)系。分支指標(biāo)集之間也存在一定的邏輯關(guān)系，但彼此之間相互獨立，互不干擾。在滿足以上性質(zhì)且能夠完整準(zhǔn)確地反映出有關(guān)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的真實狀態(tài)后，根據(jù)總體評價指標(biāo)集，在礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性方面，將上述性質(zhì)劃分成以下分支指標(biāo)，即通風(fēng)方式、生產(chǎn)布局、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（以下簡稱“風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)”）、設(shè)備水平、能耗效率、成本造價。

1.2.1 各分支指標(biāo)內(nèi)涵

1.2.1.1 “生產(chǎn)布局”的具體內(nèi)涵

在礦井通風(fēng)方面，“生產(chǎn)布局”是指對礦井內(nèi)不同區(qū)域、巷道和工作面的合理規(guī)劃和布置，以保障礦井內(nèi)空氣流動的通暢性、安全性和高效性，確保礦井工作業(yè)時的良好工作環(huán)境和礦井的高效生產(chǎn)運營，具體內(nèi)涵包括以下方面。

1）工作面布置：工作面是礦井中進行煤礦或其他礦石開采的主要地點，其布置應(yīng)考慮到通風(fēng)風(fēng)險因素。通常情況下，工作面應(yīng)合理布置，避免過于密集，防止相鄰工作面之間通風(fēng)干擾，同時使通風(fēng)系統(tǒng)能夠充分覆蓋每個工作面。

2）巷道設(shè)計：巷道是礦井內(nèi)連接各個工作面和采區(qū)的通道。在巷道的設(shè)計中，要確保合理的斷面尺寸，以便保證足夠的通風(fēng)空間，并且便于通風(fēng)設(shè)備的安裝和維護。

3）風(fēng)機位置：通風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)機位置對礦井通風(fēng)效果至關(guān)重要。風(fēng)機應(yīng)該放置在合適的位置，能夠產(chǎn)生足夠的風(fēng)量，并使其能夠有效地流經(jīng)所有工作面和巷道。

4）風(fēng)井和風(fēng)眼布局：風(fēng)井是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的重要組成部分，負責(zé)將新鮮空氣送入礦井并排出有害氣體。風(fēng)井的位置和數(shù)量應(yīng)根據(jù)礦井的尺寸、深度和生產(chǎn)量來確定。同時，風(fēng)眼的設(shè)置也應(yīng)該合理，以增加風(fēng)流通道，優(yōu)化通風(fēng)效果。

5）通風(fēng)系統(tǒng)管道：通風(fēng)系統(tǒng)中的管道布局要合理，以確保風(fēng)量均勻分布到各個工作面和巷道，減少壓力損失和漏風(fēng)現(xiàn)象。

6）風(fēng)流控制：根據(jù)不同區(qū)域的通風(fēng)需求，可能需要在通風(fēng)系統(tǒng)中設(shè)置風(fēng)門、隔墻和封堵物等，以實現(xiàn)通風(fēng)的分區(qū)控制，保障不同區(qū)域的通風(fēng)要求。

7）應(yīng)急通風(fēng)布局：礦井內(nèi)可能會發(fā)生火災(zāi)、瓦斯爆炸等突發(fā)事件，因此，在生產(chǎn)布局中要考慮應(yīng)急通風(fēng)的布置，確保在緊急情況下能夠迅速疏散有害氣體，保障礦工的生命安全。

總的來說，生產(chǎn)布局在礦井通風(fēng)方面強調(diào)的是合理規(guī)劃和布置，以優(yōu)化通風(fēng)效果，提高生產(chǎn)效率，確保礦工的安全和健康。只有在生產(chǎn)布局設(shè)計良好的情況下，通風(fēng)系統(tǒng)才能在礦井內(nèi)發(fā)揮最大的作用，滿足礦井生產(chǎn)的需求。

1.2.1.2 “風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)”的具體內(nèi)涵

在礦井通風(fēng)方面，“風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)”是指礦井內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)的組成和布置結(jié)構(gòu)，包括礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的各種組件、設(shè)備和通道，以及它們之間的連接關(guān)系?！帮L(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)”的合理設(shè)計和優(yōu)化對于保障礦井通風(fēng)的有效性和安全性至關(guān)重要，具體內(nèi)涵主要包括以下方面。

1）風(fēng)井系統(tǒng)：風(fēng)井是通風(fēng)系統(tǒng)的核心組成部分，負責(zé)將新鮮空氣送入礦井，并將有害氣體排出。風(fēng)井可以是立井、斜井或豎井，其位置和數(shù)量的選擇取決于礦井的尺寸、深度和通風(fēng)需求。

2）風(fēng)門和隔墻：風(fēng)門和隔墻用于在通風(fēng)系統(tǒng)中實現(xiàn)通風(fēng)流量的分區(qū)控制。它們可以調(diào)節(jié)風(fēng)流的路徑和分配，確保通風(fēng)氣流按需流向各個工作面和巷道。

3）通風(fēng)管道：通風(fēng)管道是礦井內(nèi)空氣流動的通道，將風(fēng)從風(fēng)井輸送到各個工作面和巷道，同時將排放的廢氣排出礦井。通風(fēng)管道的尺寸和布局應(yīng)合理，以減少阻力和能量損失，確保風(fēng)量均勻分布。

4）風(fēng)機和風(fēng)機站：風(fēng)機是通風(fēng)系統(tǒng)的能量來源，用于產(chǎn)生風(fēng)流，推動空氣在通風(fēng)管道中流動。風(fēng)機站是風(fēng)機的安裝位置，應(yīng)選在通風(fēng)管道的合適位置，以確保風(fēng)機能夠有效地覆蓋整個礦井。

5）風(fēng)眼：風(fēng)眼是通風(fēng)系統(tǒng)中的出風(fēng)口，通常位于礦井底部或高處。通過合理設(shè)置風(fēng)眼，可以實現(xiàn)風(fēng)流的回路閉合，優(yōu)化通風(fēng)效果。

6）瓦斯抽放系統(tǒng)：在煤礦等含瓦斯的礦井中，瓦斯抽放系統(tǒng)用于收集和排放瓦斯，減少瓦斯積聚，降低瓦斯爆炸的風(fēng)險。

7）應(yīng)急通風(fēng)系統(tǒng)：應(yīng)急通風(fēng)系統(tǒng)用于在礦井發(fā)生事故或緊急情況時，迅速疏散有害氣體，保障礦工的生命安全。

總的來說，風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的骨架，決定了通風(fēng)系統(tǒng)的效率和安全性。合理設(shè)計風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以優(yōu)化通風(fēng)效果，確保礦井內(nèi)空氣流動暢通，為礦工提供一個良好的工作環(huán)境，降低瓦斯積聚和有害氣體的風(fēng)險。

1.2.1.3 “通風(fēng)方式”的具體內(nèi)涵

通風(fēng)方式則是實現(xiàn)“排除礦井中的有害氣體、粉塵，保持礦井內(nèi)空氣清新，為作業(yè)人員提供良好的工作環(huán)境，同時還能維持礦井結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定”這一目標(biāo)的關(guān)鍵手段之一，它指的是在礦井中通過不同的方法對空氣進行流動控制和調(diào)節(jié)，以達到通風(fēng)的目的。具體來說，礦井通風(fēng)方式通常包括以下幾種。

1）自然通風(fēng)：利用自然風(fēng)力和熱力作用，通過礦井的通風(fēng)巷道、井筒等自然通風(fēng)口，使新鮮空氣進入礦井，有害氣體和粉塵排出到地面上。這種方式的優(yōu)點是簡單、經(jīng)濟，但受氣候、地形等條件限制，通風(fēng)效果較差。

2）強制通風(fēng)：通過安裝風(fēng)機、風(fēng)道等設(shè)備，強制空氣在礦井中流動。這種方式可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)通風(fēng)量和方向，適用于各種礦井工作條件，通常能夠提供更好的通風(fēng)效果。

3）輔助通風(fēng)：采用一些輔助設(shè)備或措施，如局部通風(fēng)、局部排風(fēng)等，針對特定區(qū)域或工藝過程進行通風(fēng)處理，以保證該區(qū)域的空氣質(zhì)量和工作環(huán)境。

4）集中通風(fēng)：將多個礦井的通風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)合起來，通過集中供風(fēng)或集中排風(fēng)的方式，實現(xiàn)對多個礦井的通風(fēng)調(diào)控，提高通風(fēng)效率和資源利用率。

總的來說，通風(fēng)方式在礦井通風(fēng)中起到了保障作業(yè)人員安全、維護礦井設(shè)施完整性、提高通風(fēng)效率和經(jīng)濟性等重要作用。通過合理選擇和實施通風(fēng)方式，可以最大程度地提高礦井的安全性和生產(chǎn)效率，保障礦井的持續(xù)穩(wěn)定運營。

1.2.1.4 “設(shè)備水平”的具體內(nèi)涵

在礦井通風(fēng)方面，“設(shè)備水平”是指礦井通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)機和其他通風(fēng)設(shè)備所設(shè)置的位置高度，是通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計中一個重要的參數(shù)，直接影響通風(fēng)效果和能耗，具體內(nèi)涵包括以下方面。

1）風(fēng)機設(shè)備水平：風(fēng)機設(shè)備水平是指風(fēng)機在礦井中的垂直位置。風(fēng)機通常安裝在風(fēng)機站或風(fēng)井內(nèi)，設(shè)備水平的高低會影響通風(fēng)系統(tǒng)的整體性能。通常情況下，風(fēng)機設(shè)備水平應(yīng)根據(jù)礦井的深度、風(fēng)流阻力和通風(fēng)需求來確定。設(shè)備水平過高可能會增加通風(fēng)阻力，設(shè)備水平過低可能會影響風(fēng)機的運行穩(wěn)定性和維護作業(yè)。

2）其他通風(fēng)設(shè)備水平：除了風(fēng)機，礦井通風(fēng)系統(tǒng)中還可能包括其他通風(fēng)設(shè)備，如空氣擋板、風(fēng)門等。這些設(shè)備的設(shè)置高度也需要考慮通風(fēng)效果和運行安全。例如，空氣擋板的設(shè)置高度應(yīng)根據(jù)需要來調(diào)整通風(fēng)氣流的分配，確保通風(fēng)系統(tǒng)在不同工作面和巷道之間實現(xiàn)良好的通風(fēng)平衡。

設(shè)備水平的合理設(shè)計對于確保通風(fēng)系統(tǒng)的高效運行至關(guān)重要。在礦井通風(fēng)系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計中，需要充分考慮設(shè)備水平和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的相互配合，確保風(fēng)機和其他通風(fēng)設(shè)備能夠發(fā)揮最佳的作用，提供穩(wěn)定、安全、高效的通風(fēng)環(huán)境，保障礦工的健康和礦井的生產(chǎn)運營。

1.2.1.5 “能耗效率”的具體內(nèi)涵

在礦井通風(fēng)方面，“能耗效率”是指通風(fēng)系統(tǒng)在滿足礦井通風(fēng)需求的前提下，實現(xiàn)通風(fēng)能耗的最小化。具體來說，它表示在保持通風(fēng)質(zhì)量和安全性的條件下，通風(fēng)系統(tǒng)所消耗的能量相對較少，從而達到節(jié)能和高效利用資源的目標(biāo)，具體內(nèi)涵包括以下方面。

1）風(fēng)機能效：通風(fēng)系統(tǒng)中風(fēng)機是主要的能耗設(shè)備，能效的高低直接影響整個通風(fēng)系統(tǒng)的能耗效率。為提高風(fēng)機能效，可以采用高效的風(fēng)機類型，如高效離心風(fēng)機或可調(diào)速風(fēng)機，以減少風(fēng)機運行時的能量損耗。

2）通風(fēng)管道和組件：通風(fēng)管道和組件的設(shè)計和選材也會影響能耗效率。采用光滑的內(nèi)表面、合理的管道直徑和低阻力的材料，能夠減少通風(fēng)系統(tǒng)的壓力損失和能量消耗。

3）通風(fēng)風(fēng)門和調(diào)節(jié)措施：通風(fēng)風(fēng)門的調(diào)節(jié)和控制措施能夠根據(jù)實際需求調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，以避免能量浪費。通過合理的風(fēng)門設(shè)計和控制策略，可以實現(xiàn)通風(fēng)流量的精確調(diào)節(jié)，避免通風(fēng)過?；蛲L(fēng)不足。

4）風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)：通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和布局也會影響能耗效率。優(yōu)化通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，合理規(guī)劃風(fēng)機和風(fēng)井的位置，以及通風(fēng)管道的布置，可以最大程度地減少能量損耗，并確保通風(fēng)系統(tǒng)的高效運行。

5）能源管理和監(jiān)控：對通風(fēng)系統(tǒng)進行有效的能源管理和監(jiān)控是提高能耗效率的關(guān)鍵。通過實時監(jiān)測通風(fēng)系統(tǒng)的運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題和處理問題，采取有效的節(jié)能措施，優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)的運行，從而實現(xiàn)能耗的最小化。

總體而言，能耗效率是在保障通風(fēng)系統(tǒng)功能和礦工安全的前提下，盡可能地降低通風(fēng)系統(tǒng)所消耗的能量。在礦井通風(fēng)設(shè)計和運營過程中，注重節(jié)能優(yōu)化，提高能耗效率，對于降低生產(chǎn)成本、減少環(huán)境負擔(dān)以及提高礦井的競爭力都具有重要意義。

1.2.1.6 “成本造價”的具體內(nèi)涵

在礦井通風(fēng)方面，“成本造價”是指通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計、建設(shè)、運營和維護過程中所涉及的所有費用和支出。具體來說，它包括與通風(fēng)系統(tǒng)相關(guān)的各種費用和成本，如設(shè)備采購費用、施工費用、能源費用、維護費用、人力成本等，具體內(nèi)涵包括以下方面。

1）設(shè)備采購費用：通風(fēng)系統(tǒng)的核心設(shè)備包括風(fēng)機、通風(fēng)管道、風(fēng)門、風(fēng)眼等。成本造價包括這些設(shè)備的采購費用，以及購買設(shè)備的成本和相關(guān)運輸費用。

2）施工費用：通風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)需要進行施工和安裝，包括風(fēng)井、通風(fēng)管道的鋪設(shè)、設(shè)備安裝等，這些施工費用也是成本造價的一部分。

3）能源費用：通風(fēng)系統(tǒng)需要消耗電力或其他能源來驅(qū)動風(fēng)機和其他設(shè)備，為了保障礦井通風(fēng)的正常運行，能源費用是通風(fēng)系統(tǒng)運營中不可避免的一項成本。

4）維護費用：通風(fēng)系統(tǒng)需要定期維護和保養(yǎng)，以確保設(shè)備和管道的正常運行，減少故障發(fā)生，這些維護費用也會納入成本造價。

5）人力成本：通風(fēng)系統(tǒng)的運營和管理需要相關(guān)的人員參與，包括設(shè)備操作員、維護人員、工程師等，相關(guān)人員的人力成本也是成本造價的一部分。

6）投資成本：通風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)和改造可能需要一定的投資，包括資本投入、貸款利息等，這些也是成本造價的組成部分。

7）應(yīng)急成本：在礦井通風(fēng)系統(tǒng)中，應(yīng)急情況下可能需要采取一些緊急措施，如緊急排風(fēng)、救援等，這些應(yīng)急成本也會計入成本造價。

成本造價的合理控制是礦井通風(fēng)管理的重要方面。通過優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計、采購成本、節(jié)能措施以及維護管理，可以降低通風(fēng)系統(tǒng)的運營成本，提高通風(fēng)系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。同時，科學(xué)的成本控制也有助于確保通風(fēng)系統(tǒng)的可持續(xù)運行，提高礦井的生產(chǎn)效率和安全性。

1.3 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性評價指標(biāo)體系

本文研究利用魚骨圖法對穩(wěn)定性、完備性、合理性、經(jīng)濟性4 個總體指標(biāo)進行分析，得到各個分支指標(biāo)，分支指標(biāo)代表了礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的真實狀況。為了反映礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的真實狀況、評價可靠與否，應(yīng)建立分支指標(biāo)體系。魚骨圖如圖1 所示。

圖1 分支指標(biāo)與總指標(biāo)關(guān)系魚骨圖Fig.1 Fishbone diagram of the relationship between branched indicators and overall indicators

綜上所述，本文研究建立的分層分級礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性評價體系指標(biāo)層從上至下分別為：評估目標(biāo)層O=｛礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性｝，二級子目標(biāo)：A=｛通風(fēng)方式、生產(chǎn)布局、風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備水平、能耗效率、成本造價｝。由于數(shù)據(jù)的局限性，本文設(shè)置了以下三級子目標(biāo)：B=｛分支、節(jié)點、回路、通路數(shù)量、風(fēng)量大小、風(fēng)的阻力大小、能耗用量、設(shè)備價格、井巷工程造價｝。

2 基于序關(guān)系法-熵權(quán)法的指標(biāo)權(quán)重計算

針對上述評價體系，采用主觀權(quán)重與客觀權(quán)重相結(jié)合的組合賦權(quán)方法對總體評價指標(biāo)和分支指標(biāo)進行組合賦權(quán)的評價方法。主觀權(quán)重應(yīng)賦予主觀指標(biāo)，其特征為不可能或難以直接度量或計數(shù)取值，需借助人們的想法感受進行分析，對應(yīng)的是總體評價指標(biāo)。因此，選擇充分利用專家的經(jīng)驗優(yōu)勢對主觀權(quán)重進行賦值。為了使結(jié)果更具有客觀性，選擇用客觀性更強的G1 法也稱序關(guān)系分析法對主觀權(quán)重進行賦值。而客觀權(quán)重應(yīng)賦予客觀指標(biāo)，其特征是能通過統(tǒng)計指標(biāo)反映客觀現(xiàn)象，對應(yīng)的是分支指標(biāo)。因此，賦值要避免人為因素帶來的偏差，應(yīng)選擇精度更高、客觀性更強的熵權(quán)法對客觀權(quán)重進行賦值。選擇矩估計原理來尋找主觀權(quán)重、客觀權(quán)重的組合權(quán)重。

2.1 序關(guān)系法（G1）計算主觀權(quán)重

步驟一：明確本文研究中序關(guān)系法的評價對象。

步驟二：確定通風(fēng)方式、生產(chǎn)布局、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（以下簡稱“風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)”）、設(shè)備水平、能耗效率、成本造價的順序先后。首先，設(shè)主觀評價指標(biāo)為A，且這幾個主觀評價指標(biāo)分別為x1，x2，...，xn。其次，根據(jù)指標(biāo)對該評價指標(biāo)的重要程度、客觀事實，以及專家對評價指標(biāo)的建議準(zhǔn)則來確定評價對象的先后順序，評價指標(biāo)越重要評價順序就越靠前。將排在最前面的設(shè)為x1*，其次是x2*，以此類推最后一位則為xn*。最后將這些評價指標(biāo)以x1*?x2*?......?xn*方式排序，即確定指標(biāo)的序關(guān)系。

步驟三：判斷指標(biāo)間的重要程度比。假設(shè)專家判斷xk-1*和xk*的重要程度值分別為wk-1和wk，二者比值rk，計算見式（1）。

式中，rk為語氣算子。在研究中，語氣算子能將評價中的具有主觀程度或不確定性的詞語或短語具象化，其數(shù)值大小由專家確定。

步驟四：計算權(quán)重。對其中一項權(quán)重進行計算，見式（2）。

再根據(jù)上一項權(quán)重確定下一項權(quán)重，見式（3）。

1）將通風(fēng)方式、生產(chǎn)布局、風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備水平、能耗效率和成本造價分別表示為s1、s2、s3、s4、s5和s6，并進行排序。在大多數(shù)情況下，生產(chǎn)布局的重要性最高，通風(fēng)方式次之，風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備水平、能耗效率以及成本造價的重要性最低[16-19]。因此，排序結(jié)果為s2＞s1＞s3＞s4＞s5＞s6。

2）將s1*、s2*、s3*、s4*、s5*、s6*分別重新賦值給s1、s2、s3、s4、s5、s6。這意味著原來排在第一位的s1被賦值為s2*，原來排在第二位的s2被賦值為s1*，以此類推。

3）本文中，專家確定的語氣算子的具體值與相關(guān)的四個前后關(guān)系rk有關(guān)，這些值將分別代入式（1）中的計算過程中。

4）按照式（2）將各個rk分別求和，并相加，以便依次確定s1、s2、s3、s4、s5、s6的值。其中，rk分別為1.3、1.0、1.2、1.1。

部分原始數(shù)據(jù)見表1，按照上述過程計算出的15 個礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)G1 法的評價結(jié)果見表2。

表1 部分原始數(shù)據(jù)Table 1 Part of the raw data

表2 15 個礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)G1 法評價結(jié)果Table 2 Evaluation results of G1 method of 15 mine ventilation networks

2.2 熵權(quán)法確定客觀權(quán)重

步驟一：對所收集的相關(guān)數(shù)據(jù)進行歸一化處理。其目的是統(tǒng)一計量，使指標(biāo)的絕對值轉(zhuǎn)化為指標(biāo)的相對值，并令xij=|xij|。其中，正向指標(biāo)的轉(zhuǎn)化公式見式（4）；負向指標(biāo)的轉(zhuǎn)化公式見式（5）。

步驟二：計算指標(biāo)的變異性。計算第j項指標(biāo)下第i方案指標(biāo)值的比重pij，見式（6）。

步驟三：計算信息熵。計算第j項指標(biāo)的信息熵值ej（e＞0），見式（7）。其中，k的計算見式（8）。

步驟四：計算信息熵的冗余度。計算第j項指標(biāo)的信息冗余度gj，見式（9）。

步驟五：計算各個指標(biāo)權(quán)重。計算第j項指標(biāo)的權(quán)重wj，見式（10）。15 個礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)熵權(quán)法評價結(jié)果見表3。

首先，假設(shè)15 個礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的各級指標(biāo)為Smn，判斷各級指標(biāo)是正向指標(biāo)還是負向指標(biāo)，在判斷時，可以考慮以下方面。①指標(biāo)含義：了解每個指標(biāo)的具體含義和目標(biāo)。正向指標(biāo)通常是越高或越大越好，表示所評估的特性或性能越優(yōu)越；而負向指標(biāo)則相反，越低或越小越好，表示所評估的特性或性能越優(yōu)越。②礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的特點：考慮礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的特點和目標(biāo)。根據(jù)礦井通風(fēng)的需求和目標(biāo)，判斷哪些指標(biāo)與其目標(biāo)一致，即指標(biāo)值越高或越大越符合礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的要求，即為正向指標(biāo)。③影響因素的關(guān)系：考慮各級指標(biāo)之間的相互影響關(guān)系。如果一個指標(biāo)的提高會對其他指標(biāo)產(chǎn)生正向影響，表示該指標(biāo)是正向指標(biāo)；相反，如果一個指標(biāo)的提高會對其他指標(biāo)產(chǎn)生負向影響，表示該指標(biāo)是負向指標(biāo)。

其次，對各項指標(biāo)進行歸一化處理。若是正向指標(biāo)則代入式（4），反之則代入式（5），并利用式（6）記算出各項指標(biāo)數(shù)值的變異度，將結(jié)果代入式（7）計算信息嫡。

最后，利用熵計算指標(biāo)權(quán)重。計算結(jié)果見表3。由表3 可知，在熵權(quán)總評中，評分最高的是13 號通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，評分最低的是2 號通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)；在G1 總評中，評分最高的是13 號通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，評分最低的是1 號通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)；在綜合總評中，評分最高的是13 號通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，評分最低的是2 號通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合其他通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)在熵權(quán)總評、G1 總評以及綜合總評排序上的變動，可以看出單靠一種評價方法對通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進行評價是不可靠的，多種評價方法的結(jié)合使得通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性評價更加準(zhǔn)確。

2.3 矩估計理論確定組合權(quán)重

本文研究假設(shè)由序關(guān)系法得到的主觀權(quán)重值的集合為wk=｛ws（i）|1≦i≦n｝，又假設(shè)由熵值法得到的客觀權(quán)重值的集合為wo=｛wo（i）|1≦i≦n｝。為了得到客觀準(zhǔn)確的結(jié)果，同時既能滿足主觀權(quán)重的需求，又能滿足客觀權(quán)重的需要，實現(xiàn)二者需求的平衡，應(yīng)使ws和wo的差值越小越好。此外，由于針對主觀權(quán)重和客觀權(quán)重的重要性不同，選擇對其賦予不同的系數(shù)：ɑi和βi，分別對應(yīng)主觀權(quán)重和客觀權(quán)重。綜上，根據(jù)矩估計理論，構(gòu)造出整體的優(yōu)化模型，具體見式（11）。

主觀權(quán)重和客觀權(quán)重的系數(shù)ɑi和βi計算見式（12）。

總體的優(yōu)化模型見式（13）。

針對以上條件假設(shè)可以總結(jié)出組合權(quán)重的表達式見式（14）。

首先，將之前計算得出的15 個礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)熵權(quán)總評值與G1 總評值一一對應(yīng)；其次，利用式（11）計算使熵權(quán)總評值與G1 總評值的綜合權(quán)重差值達到最?。辉俅?，結(jié)合二者權(quán)重之和為1 的特點（式（14）），分別求出熵權(quán)總評值和G1 總評值的組合權(quán)重；最后，利用組合權(quán)重求得所需要的綜合總評。最終計算結(jié)果見表4。

表4 15 個礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)綜合評價結(jié)果Table 4 Comprehensive evaluation results of 15 mine ventilation networks

2.4 針對不同礦山應(yīng)用場景的補充

在面對多樣礦山應(yīng)用場景時，必須依循專家的相關(guān)建議，通過人工調(diào)控的手段，對各個所需評估的分支目標(biāo)所對應(yīng)的語氣算子rk予以明晰界定。借助于經(jīng)過調(diào)整和界定的語氣算子rk，將對所涉及的項目再次進行評價計算。這個階段的關(guān)鍵在于確保評估的一致性和可比性，以便能夠在不同場景下進行準(zhǔn)確的比較和分析。通過對語氣算子rk的敏感調(diào)整，能夠更好地反映出各個分支目標(biāo)所固有的重要性和優(yōu)先級，從而使評價結(jié)果更為客觀和有針對性。由于本文篇幅有限，在研究中僅選擇了與所考察礦山應(yīng)用場景相近的情境進行分析。然而，在實際應(yīng)用中，不同場景的差異可能會導(dǎo)致語氣算子rk的微調(diào)或調(diào)整[20]。因此，在將本文研究成果應(yīng)用于實際決策時，務(wù)必結(jié)合具體場景進行靈活性的調(diào)整，以確保評估結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在未來的研究中，應(yīng)將分析的視角進一步拓展，探討更廣泛的礦山應(yīng)用場景，以獲取更為全面和深入的認識。此外，還可以考慮將語氣算子rk的界定納入自動化算法或決策支持系統(tǒng)中，從而在實際應(yīng)用中實現(xiàn)更高效、精確的評估過程?？傊?，通過對語氣算子rk在多樣場景下的應(yīng)用與調(diào)整，有望在礦山應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更精準(zhǔn)的決策和評價，進一步提升行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和效益。

3 結(jié)論

礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性評價是確保礦井工作環(huán)境安全穩(wěn)定的關(guān)鍵任務(wù)之一。本文結(jié)合序關(guān)系法和熵權(quán)法建立了一種綜合評價方法，能夠準(zhǔn)確客觀地評價通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。結(jié)合實例數(shù)據(jù)進一步驗證了該評價方法的有效性，研究主要得出如下結(jié)論。

1）礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性評價采用了穩(wěn)定性、完備性、合理性和經(jīng)濟性作為總體評價指標(biāo)，同時分支指標(biāo)集包括通風(fēng)方式、生產(chǎn)布局、風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備水平、能耗效率和成本造價等指標(biāo)。這些指標(biāo)體系的建立使得評價結(jié)果能夠全面準(zhǔn)確地反映礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的真實情況。

2）序關(guān)系法和熵權(quán)法相結(jié)合的評價方法通過建立優(yōu)化模型和權(quán)重計算公式，能夠綜合考慮主觀權(quán)重和客觀權(quán)重的需求，得出礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的綜合權(quán)重，從而評估其可靠性水平。這種綜合運用提供了一種有效的方法和工具，幫助決策者得到科學(xué)合理的評估結(jié)果，以支持制定針對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)安全與穩(wěn)定的決策。

3）通過綜合應(yīng)用序關(guān)系法和熵權(quán)法對礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進行可靠性評價，并以實例數(shù)據(jù)支持，可以觀察到評分最高的是13 號通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，評分最低的是2 號通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。此外，15 個礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的實際情況與評價結(jié)果基本相符，說明構(gòu)建的基于序關(guān)系法-熵權(quán)法的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可靠性評價方法是合理有效的。