在煤礦通風系統評價中主成分分析法的應用

王俊　王帥

摘 要：通過分析煤礦安全評價打分數據，利用多元統計分析方法制定了能夠綜合評價煤礦安全的數學函數模型，明確了生產礦井各項指標的風險值，最后達到了評價煤礦安全程度定量化的目標。如此一來，減少了重疊的指標信息，使評價指標變量與煤礦安全之間的線性關系得以建立，簡化了劃分安全風險層次方面所用的層次分析法，降低了處理煤礦安全評價數據的工作量，從而為安全生產提供了更好的決策意見和管理方案。

關鍵詞：安全評價；主成分分析；優化函數；通風設計

中圖分類號：TD724 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.16.038

煤礦通風系統具有模糊性、復雜性和影響因素眾多的特點，所以對于煤礦而言，必須要有一個能夠全面評價、分析其通風系統安全性能，能夠降低安全風險的安全生產方案。因為定性評價的主觀性因素太多，不能具體量化其所需評價的數據指標，加上還沒有較適合的定量評價方法，所以本文選取的評價方法主要為主成分分析法。使用該方法能夠在量化指標的基礎上轉變相關變量為獨立性變量，讓每個指標相關性影響都得到消除，用最少的工作量來獲取主成分指標，從而更快地評價煤礦的通風系統。

1 通風系統評價指標確定

其通風評價的數據精確度受到選擇的評價指標的影響，所以應該將能具體反映礦井通風系統的特點和狀態的指標作為評價指標，并在檢驗效度過程中消除重疊類型數據，以減小指標相關性。

“人-機-環”是當前通風評價系統構建評價指標方面運用的主要思想，其構建都是利用經濟性能、管理性能和可靠性技術三個指標作為主要指標體系。本文量化分析了煤礦通風指標評價系統，然后根據當地實際情況選擇了三大類別共計10項來自三大方面的通風系統評價指標。

1.1 通風設計及通風能力指標

通風設計及通風能力指標主要涉及到通風系統的設計、局部通風情況和通風設施三個方面。

1.2 技術指標

瓦斯爆炸和火災是煤礦多發事故，對此，煤礦企業必須要有具體的、有針對性的解決和預防措施，從而保證礦井安全通風系統的正常運行。所以煤礦企業所選擇的指標主要為綜合防塵、自然發火預防和抽采瓦斯。

1.3 管理指標

一般而言，在煤礦安全指標當中，管理是非常重要的指標之一。在煤礦生產中，需要管理井下的爆破、瓦斯、制度和監控通風安全系統。

2 基于主成分分析的通風系統評價方法

可以將函數映射運用到安全評價當中，設定指標評價變量為n，維向量為X，評價數據信息為Y，函數映射從變量X到結果信息Y就是整個安全評價的過程。所謂“主成分析法”，就是提取特征或者壓縮數據的一種統計多變量的分析技術，其能夠集中眾多變量，進而形成較小數量的綜合變量，將主成分變成原變量的線性組合。通風系統所運用的主成分分析法的大致過程如下：①收集樣本數據。先將安全打分表編制好，然后實際評價其煤礦的安全狀況，最后再收集樣本數據。②標準化原始數據信息，即排除一些數據的數量級差異或數量量綱，然后利用SPSS軟件進行自動標準化。③計算其系數矩陣，即根據SPSS軟件對其數據相關系數矩陣進行標準化構建。④利用F=u，X，+utzXz+uX3+…+u這一公式提取主成分與其他成分的線性關系。⑤優化函數。利用主成分累計共享率a和主成分個數等因素，從而對其函數進行構造，即F=a，F，+azFz+a3F3+…+ap.⑥分析其最后所得評價數據。排序F、主成分和F綜合主成分如果有一致性較高的排序結果，即表示其有著非常合理的主成分提取，從而能更好地將指標的重點內容體現出來。

3 基于主成分分析的通風系統評價方法

根據計算情況可得，前四個特征值有著高達92.6%的貢獻率累計，即表示這幾個主成分將所有指標信息幾乎全部覆蓋，因此需要提取前四個特征值。

通過計算第一主成分“X4”、第二主成分“X5”、第三主成分“X1”和第四主成分“X10”，綜合評價函數構建方面主要運用前四個主成分數據指標，為X=47.7X4+20.09X5+16.46X1+8.35X10.在第一個主成分表達式當中，較大系數的指標為第二個、第四個和第七個，即這三個指標是主要指標，所以第一主成分就是能夠反映礦井綜合安全性質的指標，利用瓦斯粉塵防治、監控通風情況來保證生產安全；第二主成分影響最大的指標為第一個和第五個，即防治瓦斯事故和提升運輸安全性等方面的綜合數據指標；第三主成分影響較大的指標為第九項和第十項，是關于礦井滅火防御和電氣滅火預防方面的；第四主成分系數較大的為第八項指標，其主要是防治礦井當中水的指標。

4 結束語

結合綜合評價函數X評價煤礦的安全性，從而構建量化評價煤礦安全的目標模型。礦井安全程度與函數X呈正相關，比較各項評價安全指標內X值的大小，然后明確組成煤礦安全評價的相關因素，評估其風險項目安全決策需要通過評價綜合指標項目安全來實現。如果有關系較為復雜的多個影響因素時，就不能很好地聚類或劃分層次，此時，可以單獨考慮各個因素，然后再分析其主成分，這樣會有更好的效果。

參考文獻

[1]張儉讓，楊日麗.主成分分析法在煤礦通風系統評價中的應用[J].西安科技大學學報，2011（06）.

〔編輯：王霞〕

Abstract： Through the analysis of coal mine safety evaluation scoring data， using multivariate statistical analysis methods are put forward to the mathematical function model of the comprehensive evaluation of coal mine safety， clear production mine the indicators of value at risk， finally reached the evaluation of coal mine safety degree of quantitative targets. Thus， reducing the overlap index information， to be able to establish the linear relationship between the evaluation index variables and coal mine safety， simplifying the level division of the security risk level analysis method， reduce the workload of the coal mine safety evaluation data processing， thus providing better decisions and management scheme for the safety in production.

Key words： safety assessment； principal component analysis； optimization function； ventilation design