基于灰色關(guān)聯(lián)分析的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)兩級評價

1、基于灰色關(guān)聯(lián)分析的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)兩級評價    摘要：通過大量的統(tǒng)計分析。得到影響煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的主要因素，確定了煤礦通風(fēng)系統(tǒng)綜合評價指標(biāo)體系，引進(jìn)了灰色關(guān)聯(lián)度多層次分析法，構(gòu)建了煤礦通風(fēng)系統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)評價模型，最后給出模型予以驗證。 關(guān)鍵詞：煤礦通風(fēng)系統(tǒng)；灰色關(guān)聯(lián)度；安全評價礦井通風(fēng)系統(tǒng)是利用通風(fēng)動力向井下備用風(fēng)地點提供優(yōu)量足夠的新鮮空氣，稀釋并排出有毒有害氣體，營造一個安全舒適的作業(yè)環(huán)境，其優(yōu)劣與否直接影響工人的身體健康和生命安全。由于影響通風(fēng)系統(tǒng)的因素很多，衡量礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)劣的指標(biāo)也很多。因此，評價礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全與否是個重要而復(fù)雜的問題，做好這項工作

2、，對提高礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理具有重要意義。本文選用了灰色關(guān)聯(lián)分析的通風(fēng)系統(tǒng)兩級評價方法，理由如下：(1)灰色關(guān)聯(lián)度評價法簡便可行，評價結(jié)果直觀、可靠，又彌補了模糊綜合評判法的不足。(2)目前，礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全評價方法有多種，這些方法各有優(yōu)缺點，但評價的精確性和礦井通風(fēng)系統(tǒng)的不完全可知性之間的矛盾都未能解決。近年來，模糊數(shù)學(xué)評價方法引起了人們的重視。然而礦井通風(fēng)系統(tǒng)除了模糊性之外，還有一種特性，即系統(tǒng)的灰色性信息的不完全性和非確知性。系統(tǒng)的灰色性不但包含了隨機性和模糊性，還包括了這兩種不確定性以外的系統(tǒng)的更為廣泛的特性，因此，采用灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度評價法對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行評價，能有效地彌補模糊綜合評判法

3、的不足，使評價結(jié)果更為客觀、合理。(3)在以風(fēng)定產(chǎn)的煤礦企業(yè)，為了搞好煤礦的通風(fēng)工作，許多礦務(wù)局都開展了相互學(xué)習(xí)、相互借鑒的活動，為了使不同煤礦的優(yōu)劣勢能很好的反映出來，使活動達(dá)到更好的效果，同時還可以對單個煤礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行總體評價，本文選用了灰色關(guān)聯(lián)分析的兩級評價。1 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)改造評價指標(biāo)體系的建立建立合理科學(xué)的煤礦通風(fēng)改造評價指標(biāo)體系是對礦井通風(fēng)狀況進(jìn)行綜合評價的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。礦井通風(fēng)系統(tǒng)是一個多目標(biāo)、多準(zhǔn)則、多因素、多層次的空間分布極其復(fù)雜的系統(tǒng)，其中，人、機、環(huán)境等3方面影響因素共存，本著科學(xué)、可測、可比、簡明和可操作的原則，從技術(shù)的可行性、經(jīng)濟合理性和安全可靠性3個方面，利用多目標(biāo)

4、決策的原理和方法，并參照現(xiàn)有的礦井通風(fēng)系統(tǒng)指標(biāo)體系成果，提出了一套較為全面、科學(xué)、合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價體系，如圖1所示。圖1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)評價體系2 灰色關(guān)聯(lián)數(shù)學(xué)模型分析灰色關(guān)聯(lián)度分析是系統(tǒng)態(tài)勢的量化比較分析，其實質(zhì)就是比較若干數(shù)列所構(gòu)成的曲線與理想(標(biāo)準(zhǔn))數(shù)列所構(gòu)成的曲線幾何形狀的接近程度，幾何形狀越接近，其關(guān)聯(lián)度越大，根據(jù)關(guān)聯(lián)度大小順序就可反映出評價對象的優(yōu)劣次序。本文采用灰色關(guān)聯(lián)度多層次分析法評價礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的基本思路是：以被評價方案的各項指標(biāo)作為比較數(shù)列，以各項指標(biāo)對應(yīng)的最佳值作為參考數(shù)列，求關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)度越大，說明該方案越優(yōu)。因此，關(guān)聯(lián)度的大小順序，就是評價礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

5、方案優(yōu)劣的次序。2.1 比較數(shù)列和參考數(shù)列的確定設(shè)為參考數(shù)列；為比較數(shù)列。確定參考序列時，要根據(jù)比較序列的指標(biāo)類型來選取參考值，不同的指標(biāo)類型，取值的方法不同。目前文獻(xiàn)中見到的指標(biāo)類型有效益型、成本型、固定型、區(qū)間型、偏離型和偏離區(qū)間型6種。參考序列指標(biāo)值的選取原則是：對于效益型指標(biāo)值越大越好，對于成本型指標(biāo)值越小越好，對于固定型指標(biāo)值越接近某一值越好，區(qū)間型指標(biāo)值越接近某固定區(qū)間越好，偏離型指標(biāo)值越偏離某固定值越好，偏離區(qū)間型指標(biāo)值越偏離某區(qū)間越好。2.2 原始數(shù)據(jù)變換的規(guī)范化處理由于系統(tǒng)中各因素的物理意義不同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的量綱也不一定相同，這樣在比較數(shù)據(jù)時就難以得到正確的結(jié)果，為了便于分析，

6、保證各因素具有等效性和同序性，因此需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使之無量綱化和歸一化，即數(shù)據(jù)變換的問題。常用的數(shù)據(jù)變換方法有：初值化處理、均值化處理、區(qū)間值化處理和歸一化處理。本文采用區(qū)間值變化法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即2.3 關(guān)聯(lián)系數(shù)的計算    如果令經(jīng)過數(shù)據(jù)變換的參考數(shù)據(jù)序列為X0，比較序列為置，Xi=1，2，n，且則稱：為曲線X0與在第k點的相對關(guān)聯(lián)系數(shù)。其中，稱為第k點X0與Xi的絕對差；稱為兩極最小差，其中為第一最小差，表示在曲線上Xi各點與X0的最小差。是第二最小差，表示在各曲線上找出的最小差基礎(chǔ)上，再按i=1，2，n，找所有曲線Xi中的最小差。為兩極最

7、大差，其意義與最小差相似。p為分辨系數(shù)，用來削弱max數(shù)值過大而失真的影響，以提高關(guān)聯(lián)系數(shù)之間差異的顯著性。當(dāng)時，其具有最大信息量和最大信息分辨率，一般取=0.5為宜。于是，據(jù)此可求出Xi(k)與對應(yīng)X0(k)的關(guān)聯(lián)系數(shù)：2.4 關(guān)聯(lián)度的計算關(guān)聯(lián)度分析，實質(zhì)上是將時間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何關(guān)系的比較，如果兩比較序列在各時刻均重合在一起，即關(guān)聯(lián)系數(shù)處等于1，則關(guān)聯(lián)度也等于1。對于2個時間序列來說，關(guān)聯(lián)系數(shù)均>0，故關(guān)聯(lián)度也>0。因此，兩比較序列的關(guān)聯(lián)度可以用2個序列各時刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)的均值(考慮加權(quán)后，則求其加權(quán)平均值)來表示，其數(shù)學(xué)模型為：式中：k為權(quán)重，i為比較序列與參考序列的關(guān)聯(lián)度，n

8、為比較序列的長度(即數(shù)據(jù)數(shù))。2.5 排關(guān)聯(lián)序由上述可知，在灰色關(guān)聯(lián)度分析中，關(guān)鍵是比較各比較序列對參考序列的關(guān)聯(lián)度的大小，所以，應(yīng)將幾個比較序列對同一參考序列的關(guān)聯(lián)度按大小順序排列，組成關(guān)聯(lián)序。這一關(guān)聯(lián)序直接反映了比較序列對參考序列的相關(guān)性強弱的順序，一般說來，表征煤礦通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度越大，礦井的通風(fēng)系統(tǒng)就越好，這樣，我們就可以對通風(fēng)改造的幾個方案做出較為客觀的綜合評價，并以此作為安全管理工作的參考依據(jù)。3 應(yīng)用下面以徐州礦務(wù)集團下屬3個煤礦為例，對建立的煤礦通風(fēng)系統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)評價模型進(jìn)行驗證，如表1所示。為使改造后的通風(fēng)系統(tǒng)在技術(shù)、經(jīng)濟和安全可靠等方面總體效果最佳，需要對擬定的通風(fēng)系統(tǒng)方案進(jìn)行

9、優(yōu)化評判。表1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)指標(biāo)評價分級界定值3.1 確定評價序列并構(gòu)造數(shù)據(jù)序列根據(jù)評價序列的確定方法，得到評價序列：利用表1中數(shù)據(jù)構(gòu)造數(shù)據(jù)矩陣3.2 數(shù)據(jù)規(guī)范化處理根據(jù)表1，將評價指標(biāo)分為6類，按照本文2.5介紹的數(shù)據(jù)處理方法，對原始數(shù)據(jù)矩陣做區(qū)間化處理，得到6個分類后的子集序列矩陣。3.3 計算關(guān)聯(lián)系數(shù)用關(guān)聯(lián)系數(shù)計算公式(2)，其中的分辨系數(shù)一般為01，此處取為=0.5，由公式得各個子集的關(guān)聯(lián)系數(shù)，并建立下列關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣。3.4 初級評價由關(guān)聯(lián)度計算公式(4)及表1和關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣中的數(shù)據(jù)，得到類指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度其中得3個礦井關(guān)聯(lián)度排序為B>A>C，在此類指標(biāo)中B礦的通風(fēng)安全指標(biāo)最優(yōu)，A礦次之，C礦最差。同理可得到其他的指標(biāo)由上述的關(guān)聯(lián)度可以對煤礦進(jìn)行初級評價。3.5 二級通風(fēng)安全綜合評價從初級評價中看到各煤礦都存在著自己的強弱勢，但是不能反映1個煤礦總體的通風(fēng)安全情況，為此根據(jù)全部指標(biāo)類別，對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行二級綜合評價，由公式(4)可得綜合關(guān)聯(lián)度關(guān)聯(lián)度排序為RA>RB>RC，所以A礦通風(fēng)系統(tǒng)安全狀況最好，B礦次之，C礦最差，與實際情況吻合。結(jié)果顯示C礦應(yīng)采取相應(yīng)的措施，彌補通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)有的種種不足與缺陷，在以風(fēng)定產(chǎn)的煤礦企業(yè)中取得更好的經(jīng)濟效益。4 結(jié)論(1)系統(tǒng)的灰色性不但包含了隨機性和模糊性，還包括了這2種不確定性以外的系統(tǒng)的更為廣泛的特性。對于