礦井通風系統中監測點的優化與研究

沈德順,謝賢平

(1.湖南有色金屬職業技術學院， 湖南 株洲市 412006；2.昆明理工大學國土資源工程學院， 云南 昆明 650093)

隨著金屬非金屬地下礦山采礦深度的逐年增加，地下采礦將面臨著諸如：通風、熱害、地壓等復雜的技術難題。為解決以上技術難題，加強井下人員安全管理、提高企業生產效益和效率，必須走數字化礦山建設之路。國家安全生產監督管理總局于2011年7月15號發布了“六大系統”建設規范，于2011年9月1號實施。

礦井通風系統是向井下作業地點供給新鮮空氣，同時排出污濁空氣的通風網絡、通風動力和通風控制設施等構成的工程體系。通風監測監控系統是指在井下適當位置上布置一定數量的監測點，利用該監測點提供的監測信息，以反映和估計整個系統的運行狀態。而監測點位置的選擇和數量的選取，是關于資金投入和運行管理優化的問題。

模糊聚類分析法的基本數學原理是將研究對象或事物按照彼此間的相似度進行分類，以達到“物以類聚”的目的。聚類分析的研究對象或事物可以是某種樣品，也可以是某些變量或指標。從幾何理論上來講，聚類分析就是根據某種準則將空間某些比較接近的研究對象點按接近性進行聚類，而點與點之間的接近程度一般用相似系數或距離兩種量綱來表示。

1 Matlab軟件中的模糊聚類函數

(1) Pdist函數。Pdist函數是計算觀測量對象或者樣本之間距離的函數。

(2) Sqareform函數。Sqareform函數的主要作用是將pdist函數計算得到的結果轉化為方矩陣。

(3) Linkage函數。Linkage是創建系統聚類樹函數。

(4) Dendrogram函數。繪制聚類譜系圖。

2 南溫河鎢礦通風監測點優化布局

選取南溫河鎢礦1232 m中段14個監測點為優化布置的原始點，以風壓、風量和風速為影響因素，14個監測數據的原始數據見表1。

表1 南溫河鎢礦1232 m中段監測點風速、風量和風壓表

第一步運用矩陣標準化計算公式，求出影響因素矩陣的標準化矩陣Z：

Z =

中午，去美食街，充了兩百元的卡。一律熟悉的各色小吃，一路走過，如若故人重逢，簡直要落淚。徘徊了又徘徊，最后，要了一碗牛肚炒面，配一碗老鴨湯。妹妹給孩子們點了牛肉炒飯，她自己要了渣肉蒸飯配赤豆酒釀。老鴨湯火候掌握得好，湯汁清澈，碧灣灣的。江南人永遠那么精致——把鴨湯燒滾，下一塊豆腐皮，下一點粉絲，最后再另給一袋小米鍋巴，反復叮嚀：不要一起放進去啊，要隨放隨吃。我點點頭，都離開了，老板娘還不忘添一句：一塊塊地泡著吃啊。端一碗老鴨湯慢慢走，旁邊的餐桌旁，有人正饕餮涼拌面，比粉絲還要細的面，春風拂面的樣子，亮汪汪的，被人麻利地嘬著，一半在嘴里，一半拖在碗里——人間至樂圖，莫非如此。

0.6178 0.3657 0.4215

0.0620 0.0998 0.1421

0.2096 0.3057 0.4358

0.0111 0.0014 0.0019

0.0111 0 0

0.0620 0.0979 0.1394

0.3920 0.4042 0.5762

1.0000 1.0000 1.0000

0.1398 0.2114 0.3013

0.0041 0.0022 0.0030

0 0.0120 0.0171

0.0069 0.0991 0.1413

0.1398 0.2087 0.2975

第二步運用Matlab軟件中的模糊聚類函數Pdist函數、Sqareform函數、Linkage函數、Dendrogram函數，對標準化矩陣Z聚類，其結果見圖1。

圖1 14個監測點的聚類分析樹狀圖

由圖1可知，上述14個監測點共分為6大類：

第一類：8號監測點；

第二類：1號監測點；

第三類：7號監測點；

第四類：3、9、14號監測點；

第五類：2、6、13號監測點；

第六類：4、5、10、11、12號監測點。

根據模糊聚類分析法結果，每一類中選取1個監測點。也就是說，把南溫河鎢礦初選的14個監測點優化為6個。在運用最小平均距離法計算出每類中最優的監測點位置，優化后的監測點為：1、5、7、8、13、14。

3 結 論

礦山井下通風系統中監測點的數量和布置是一個經濟問題和管理問題的矛盾統一體，過去通常采用人工統計經驗決策的方法，但該方法存在周期長、監測點不合理等問題。本文針對南溫河通風系統中監測點多、管理難度大和“六大系統”建設要求竣工時間緊迫的現實問題，提出運用一種新的關于井下通風監測監控系統監測點布局優化的方法：模糊聚類分析法，由于在聚類分析中存在計算量大、計算復雜、人工計算難以實現等問題，提出運用Matlab軟件輔助函數進行計算，大大提高了計算的精確和效率，為礦山節約了建設成本、縮短了建設時間、優化了井下管理，取得了理想的經濟效益和社會效益。

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