基于突變理論的某礦井通風系統優化方案選擇

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)

?

基于突變理論的某礦井通風系統優化方案選擇

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)

在礦井通風系統優化過程中，對通風系統優化方案進行優選，選出技術可行、經濟與安全的方案對礦井通風優化決策具有重要意義，應用突變理論對礦井通風系統方案進行綜合評價，將礦井通風系統定性分析問題簡化為定量選擇，避免了通風方案選擇中的主觀性，為礦井通風方案的優選提供了客觀判斷依據。

礦井；通風系統；方案選擇；突變理論

本文針對湖南某金屬礦山的井下通風優化設計，應用突變理論對優化方案進行優選，并確定最合理的方案，證明了突變理論在礦井通風方案選擇中的應用具有可行性。

1 突變理論簡介

突變理論研究的是從一種穩定組態躍遷到另一種穩定組態的現象和規律。應用突變理論建立的數學模型通常是通過突變勢函數來構建，勢函數的狀態由臨界點決定，控制變量決定系數狀態的變化，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系統改造方案進行優選的步驟是：構建通風系統評價體系并將其劃分為多層次系統；確定通風優化系統評價底層指標值，并對其進行規格化處理，確定評價體系最底層指標隸屬度函數值；確定系統突變模型，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，并確定突變級數值，不同的方案其突變函數值不同，最后得到總突變函值，且數值越大越優，即挑選總突變函數隸屬度值較大的為最優方案。突變理論優選改造方案流程見圖1。

2 礦井通風方案優選實例

2.1 礦井通風方案

以湖南某金屬礦山已開采多年，近年來作業區域擴大，開采深度加深，開采作業重點轉移，通風網絡變的復雜，現井下通風存在總進風量不足、風量分配不合理、污風循環、通風構筑物不完善等諸多問題，現通風系統已不能滿足需求，需要對其進行改造。現擬定2種通風方案，利用突變理論進行運算，將結果進行比較，確定最為合理的通風方案。

圖1 改造方案確定系統

擬定的兩種通風方案見表1，方案1充分合理利用現有的通風井巷，并在其基礎上進行完善，施工周期短；方案2需掘進新的通風井巷，完善主輔扇設置，風路長，通風阻力大，施工周期長，可靠性強，兩通風方案需進一步比較。

表1 擬定的兩種通風方案

2.2 礦井通風方案評價指標

現我國金屬礦山礦井通風系統的評價指標很多，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，則計算過程過于復雜，應根據礦山通風實際選取主要影響因素為評價指標。

2.2.1評價指標的建立

查閱文獻資料并結合該礦山通風的現實狀況，確定礦機通風綜合評價分為技術、可靠性、成本3大方面，確定底層評價指標為風壓、風量、風流穩定性、風機效率等9個，其通風方案優選評價模型見圖2。

利用相關通風系統網絡解算和專家評定得到各底層的評價指標數值見表2。

2.2.2 隸屬度分析

應用模糊數學理論對表2中指標進行處理，得到該項評價各底層指標的隸屬度函數值，表3為該礦山兩種通風改造方案評價體系最底層指標隸屬度函數對比數值，表中數值為[0,1]的無量綱值，具有數值越大越優的特性。

圖2 通風系統評價模型

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值

2.2.3 遞歸運算

在應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聯則為“互補型”系統，否則為“非互補型”，“互補型”上層狀態變量模糊隸屬函數值為該層中所有突變級數值平均值；“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Ⅰ、Ⅲ為互補型，Ⅱ為非互補型。對各評價指標進行量化遞歸運算，底層指標子系統選用相對應的歸一公式，算出各突變級數值如表4所示，中間層變量Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ相應的突變級數值見表5。

表4 底層指標突變級數

表5 中間層變量計算結果

根據表5可知，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ與X構成互補型系統，由此可得，方案1總突變隸屬函數值為0.992，方案2總突變隸屬函數值為0.978。方案1的總突變隸屬函數值大于方案2的總突變隸屬函數值，因此，Ⅰ方案為最佳方案。

3 結 論

將突變理論應用于礦井通風系統的方案選擇是可行的，將技術性、可靠性及成本多種指標進行量化遞歸計算，運用突變理論進行方案優選確定總突變隸屬函數值，實例結果顯示方案1的總突變隸屬函數值大于方案2的，可確定方案1為該礦井通風系統改造最佳方案。

[1]王宏圖,黃振華,范曉剛,等.粗糙集-神經網絡理論在礦井通風系統評價中的應用[J].重慶大學學報,2011(09):90-94.

[2]宋澤陽,李學創,齊文宇,等.礦井通風系統穩定性定量判定方法研究[J].中國安全科學學報,2011(09):119-124.

[3]陶樹銀,晏新平,彭 斌,等.應用突變理論優選礦井通風系統改造方案[J].中國鎢業,2013(03):19-22.

[4]王書偉.基于突變理論的礦井通風系統方案優選[J].現代礦業,2010(02):79-81.

[5]韓艷杰,張志軍,李亞俊.基于新型綜合集成法的礦井通風系統安全評價[J].中國安全生產科學技術,2014(02):75-80.(收稿日期：2015-09-22)

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理論，Email：565768546@qq.com。