礦井通風(fēng)系統(tǒng)中監(jiān)測點的優(yōu)化與研究

沈德順,謝賢平

(1.湖南有色金屬職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖南 株洲市 412006；2.昆明理工大學(xué)國土資源工程學(xué)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(fēng)、熱害、地壓等復(fù)雜的技術(shù)難題。為解決以上技術(shù)難題，加強井下人員安全管理、提高企業(yè)生產(chǎn)效益和效率，必須走數(shù)字化礦山建設(shè)之路。國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局于2011年7月15號發(fā)布了“六大系統(tǒng)”建設(shè)規(guī)范，于2011年9月1號實施。

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是向井下作業(yè)地點供給新鮮空氣，同時排出污濁空氣的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、通風(fēng)動力和通風(fēng)控制設(shè)施等構(gòu)成的工程體系。通風(fēng)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是指在井下適當(dāng)位置上布置一定數(shù)量的監(jiān)測點，利用該監(jiān)測點提供的監(jiān)測信息，以反映和估計整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)。而監(jiān)測點位置的選擇和數(shù)量的選取，是關(guān)于資金投入和運行管理優(yōu)化的問題。

模糊聚類分析法的基本數(shù)學(xué)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(biāo)。從幾何理論上來講，聚類分析就是根據(jù)某種準(zhǔn)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(shù)或距離兩種量綱來表示。

1 Matlab軟件中的模糊聚類函數(shù)

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

(2) Sqareform函數(shù)。Sqareform函數(shù)的主要作用是將pdist函數(shù)計算得到的結(jié)果轉(zhuǎn)化為方矩陣。

(3) Linkage函數(shù)。Linkage是創(chuàng)建系統(tǒng)聚類樹函數(shù)。

(4) Dendrogram函數(shù)。繪制聚類譜系圖。

2 南溫河鎢礦通風(fēng)監(jiān)測點優(yōu)化布局

選取南溫河鎢礦1232 m中段14個監(jiān)測點為優(yōu)化布置的原始點，以風(fēng)壓、風(fēng)量和風(fēng)速為影響因素，14個監(jiān)測數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)見表1。

表1 南溫河鎢礦1232 m中段監(jiān)測點風(fēng)速、風(fēng)量和風(fēng)壓表

第一步運用矩陣標(biāo)準(zhǔn)化計算公式，求出影響因素矩陣的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(fēng)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(shù)Pdist函數(shù)、Sqareform函數(shù)、Linkage函數(shù)、Dendrogram函數(shù)，對標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z聚類，其結(jié)果見圖1。

圖1 14個監(jiān)測點的聚類分析樹狀圖

由圖1可知，上述14個監(jiān)測點共分為6大類：

第一類：8號監(jiān)測點；

第二類：1號監(jiān)測點；

第三類：7號監(jiān)測點；

第四類：3、9、14號監(jiān)測點；

第五類：2、6、13號監(jiān)測點；

第六類：4、5、10、11、12號監(jiān)測點。

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

3 結(jié) 論

礦山井下通風(fēng)系統(tǒng)中監(jiān)測點的數(shù)量和布置是一個經(jīng)濟問題和管理問題的矛盾統(tǒng)一體，過去通常采用人工統(tǒng)計經(jīng)驗決策的方法，但該方法存在周期長、監(jiān)測點不合理等問題。本文針對南溫河通風(fēng)系統(tǒng)中監(jiān)測點多、管理難度大和“六大系統(tǒng)”建設(shè)要求竣工時間緊迫的現(xiàn)實問題，提出運用一種新的關(guān)于井下通風(fēng)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測點布局優(yōu)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(fù)雜、人工計算難以實現(xiàn)等問題，提出運用Matlab軟件輔助函數(shù)進行計算，大大提高了計算的精確和效率，為礦山節(jié)約了建設(shè)成本、縮短了建設(shè)時間、優(yōu)化了井下管理，取得了理想的經(jīng)濟效益和社會效益。

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