矿井通风系统评价方法研究现状

矿井通风系统评价方法研究现状
作者：于波
来源：《价值工程》2018年第21期
摘要：矿井通风系统对煤矿安全生产起重要作用。

通过查阅大量文献，总结分析了目前我国矿井通风系统安全评价主要方法，列出了层次分析法、模糊综合评价法、未确知测度评价法、灰色关联度分析法和人工神经网络评价分析法，分析了诸多安全评价方法的原理和步骤，提出了矿井通风系统安全评价方法的发展和不足。

Abstract： Mine ventilation system plays an important role in safe production of coal mines. Through consulting a large number of documents， the main methods of safety evaluation for mine ventilation systems in China are summarized and analyzed. The analytic hierarchy process， fuzzy comprehensive evaluation method， unascertained measure evaluation method， grey correlation analysis method and artificial neural network evaluation method are listed. The principles and steps of these safety assessment methods are analyzed and the development and deficiency direction of safety assessment methods for mine ventilation systems is proposed.
关键词：安全评价；矿井通风；灰色关联度；模糊评价
Key words： safety evaluation；mine ventilation；grey relational degree；fuzzy evaluation
中图分类号：TD724 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）21-0165-04
0 引言
无论对于煤矿还是非煤矿山，矿井通风是非常重要的，它是矿山进行安全生产的关键所在，没有通风系统，整个矿山将会无法正常工作。

矿井通风是煤矿正常生产的前提，可为创造良好的劳动环境提供助益，不仅能够有效排除和稀释矿井粉尘与瓦斯，还能够将煤炭自燃和火灾发生的概率最大限度降低。

通过制定较为完善的矿井通风系统，可将煤矿通风中可能存在的风险及时排除，不断优化现有通风系统，制定科学的应急预案，确保矿井通风的安全管理。

基于此，我们发现要想确保矿井正常安全管理及运行，最大限度的降低安全事故发生，需综合各方因素建立科学合理的矿井通风系统评价体系。

评价矿井通风系统的方法主要有安全检查表和专家打分法两种，前者属于定性评价，后者属于定量评价。

两种评价各有利弊，安全检查表无法全面分析整个系统的安全性，其结论存在局限性；专家打分法由于需确定专家各自的权重，势必会存在一定主观性，导致其在具体实施过程中面临诸多困难。

此外，由于专家打分法的参考依据是各指标的得分值，难免存在主观性过高的问题，众人评价时其结论容易存在不统一的问题，导致其结果缺乏说服力。

1 常用矿井通风系统安全评价方法
近年来，矿业取得了飞速发展，人们逐渐开始关注矿井通风系统的安全评价，关于矿井通风系统的评价标准及方法国内相关学者做了大量的研究，提出了多种评价方法。

笔者通过阅读大量文献，针对几种常见的矿井通风系统安全评价方法进行了重点探讨。

当前我国常用的矿井通风系统安全评价方法有灰色关联度分析法、模糊综合评价法、层次分析法、未确知测度评价法、人工神经网络评价分析法。

笔者在此提出了各种方法的数学原理和评价程序与步骤。

总结矿井通风系统以后的发展和不足。

下面介绍几种矿井通风系统的评价方法：
1.1 层次分析法
层次分析法是在1973年由美国运筹学家萨蒂（T.L.Saaty）教授首次提出的[1]，引进我国的时间是1982年。

该方法以系统工程理论为依托，通过分析复杂决策问题的影响因素、本质和内在关系，建立层次结构模型，将决策过程通过定量信息实现数字化，从而达到解决各项复杂决策问题的目的。

该方法适用于评价中的定量和定性因素，能够系统、有效的评价矿井的通风系统。

①构建层次结构模型。

因素被分为方案层、准则层、目标层等不同层次。

②构造判断矩阵。

从U={u1，u2，…，un}中每次取两个因素成对比较，得判断矩R=（rij）n×n。

③层次单排序并检验其一致性。

λmax为R的最大特征值，CI表示计算一致性指标，CR 表示随机一致性比率，计算过程如下：
式中，RI表示平均随机一致性指标，当CR
④层次总排序及其一致性检验。

层次总排序是指计算同一层次所有因素对于最高层相对重要性的排序权值，对其开展一致性检验是必要的。

层次分析法不适应应用在评价对象较多的系统中，因为该方法计算复杂、耗费工作量大、精度较低，评价过程主观性较高，客观性较低，导致其评价结果缺乏说服力，甚至会出现评价矩阵不一致问题，因此，通常在简单的系统中采用该方法。

1.2 模糊综合评价
我国学者汪培庄教授最早提出了模糊综合评价法，作为一种评价方法它能够评价涉及多个相关因素影响的方案或事物，利用该方法评价一些生活或者生产中存在的大量外延和内涵均不明确的模糊概念，因此，该方法常被应用在矿井通风系统安全评价中，具体如下[2]。

模糊综合评价方法的优势是能够解决传统数学方法中存在的“惟一解”弊端，具有适应性广、方法简单易掌握的特点，可通过模型建立和评价多因素、多层次的较复杂问题，能够有机结合指标定性和定量，解决判断的不确定性和模糊性。

但该方法也存在一定弊端，比如指标信息存在高重复问题、各个因素的权重确定存在较高主观性等。

1.3未确知测度理论的评价方法
未确知测度理论作为一种研究未确知信息的数学方法，其作用是能够用确知集合描述“不确定性”或“边界不清”现象，符合多项测量准则，包括归一性、可加性、非负有界性等，且能够提供更为科学的置信度识别准则。

未确知测度理论成败的关键在于综合多项因素建立较为完善的未确知测度函数[3]。

在安全评价矿井通风系统的过程中必然会存在一些模糊信息，在这种情况下，再加上各种客观因素的限制，决策者无法得到完整和确定的信息，在存在大量未确知信息的条件下，采取未确知测度理论的评价方法是最佳选择。

因为涉及到大量的不确定、不完整信息，在整个计算过程中会充斥着大量疑问，即“未确知性”，面对这种情况，只能将希望寄托在先验知识上，即决策者个人的经验、偏好等，在充分尊重实测数据的基础上，需利用一切可利用的先验知识来确定最终的未确知测度函数。

分析该过程我们发现，当信息不确定性越高时，需要依赖先验信息的程度就越高，也就意味着该方法具有明显的、强烈的主观性特征。

1.4 灰色关联度分析法
1982年，我国学者邓聚龙教授创造了灰色理论，目前已在诸多领域取得成果，矿井通风系统在灰色系统理论基础上的主要评价方法有两种，分别为灰色关联度分析法、灰色聚类分析法[4，5]。

分析系统整个变化过程的变化趋势即为灰色关联度分析方法，也就是说通过分析有关数据的几何关系及其相似程度来判断其关联程度，该方法认为数据列所构成的曲线形状越接近，那么变化态势越接近，关联度越大。

针对一些虽然信息较为不明确，但是具有一定相关性的系统，该方法具有一定的应用优势，它能够较为直观、简单的给出评价对象所属等级，且计算过程简单。

然而不可否认灰色关联度分析法存在一定弊端，其关联度不符合保序性和规范性标准，导致其计算结果通常存在一定差异，只能一定程度上反映数据列的相关关系，精确度较低。

1.5 人工神经网络评价方法
20世纪40年代，专家学者首次提出人工神经网络。

1987年在美国首次召开了国际人工神经网络学术会议，自此之后全球范围内都十分关注人工神经网络，纷纷对其展开了深入研究和
应用，且取得了一些成果。

人工神经网络是人工智能的一个前沿研究领域，是一种大规模并行的非线性动力学系统，是指利用工程技术手段模拟人脑神经网络的结构与功能的一种技术系统。

人工神经网络的基本结构如图1所示，其中“Ο”表示处理单元或节点，又称神经元[6]。

网络拓扑是由各个神经元之间互相连接而成，网络包括多个节点，比如输出层节点、输入层节点、隐含层节点。

首先，输入层节点负责接收输入信号，然后将其传递给隐含层节点，经过一定的函数计算处理后，将其再传递给输出层节点，如此便计算出结果。

人工神经网络具备自适应、自学习的能力，还能够大规模并行处理信息，且可自行领悟训练样本的内在规律，同时在网络中将规律存储起来。

影响安全的因素多种多样，再加上其他客观及主观因素的干扰，复杂关系的影响等，因素测度无法确定，在这种情况下，在系统安全分析评价中引入高度非线性的人工神经网络模型，无疑为系统安全分析与评价提供了一种新的方法和思路，具有良好的应用前景。

矿井通风系统安全评价方法中加入人工神经网络具有良好的应用前景，究其原因是因为人工神经网络具有自学习性、非线性及容错性等优势，而将其加入到系统安全评价中这些优势也会得以发挥，客观上避免了传统评价方法中存在的精度低、干扰多等弊端，大大提高了其精度和抗干扰能力，不仅如此，人工神经网络还具有良好的联想功能和学习能力，解决某一问题后会总结相关规律，并将其应用到下一问题的解决中，具有举一反三的效果。

2 总结
矿井通风系统安全评价是一项任重而道远的工作，它不仅影响到安全生产长效机制的建立，更直接关系到煤矿安全生产和管理，因此，矿井通风系统安全评价至关重要，且刻不容缓，其主要工作内容为针对矿井生产系统当前的安全状况、动态等，分析出未来可能存在的安全隐患，未雨绸缪的做好各项防治工作。

通过上述矿山通风系统安全评价方法分析研究，得出以下结论：
①矿井通风系统是一个动态性、多环节、非线性和模糊性的关联系统，极其复杂多变，其特点表现为外延模糊、内涵明确、多变、随机，在对其进行安全评价时必须综合考虑多项因素，充分考虑其他学科的创新成果，只有开展综合性研究才能有所突破。

②对评价指标体系进行科学合理的研究。

评价指标体系必须能够真正反映被评价对象的实际情况，将定量指标和定性指标结合起来，更加客观的做出评价，如此不仅便于数学模型处理，也能够有效弥补单纯定量评价中存在的弊端及数据失真带来的巨大影响，更加客观的反映评价对象。

③由于各个评价方法的属性和机制均不同，在加上选用的指标体系差异及选择的专家群不同，使得即使面对同一资料，若采用不同的评价方法其评价结果也可能存在较大差异。

基于此，在研究基于方法集的综合集成评价时，应努力寻求方法的综合集成，将上述非一致性问题得到良好解决。

④建立综合集成评价的专家系统和决策支持软件系统，形成“人-机-环境-评价对象”一体化模式，使评价工具具备智能性、规范性、通用性、交互性等特征。

参考文献：
[1]王文杰，林建广.金属矿山通风系统模糊层次综合安全评价[J].矿冶，2007，16（1）：4-7.
[2]谢贤平，冯长根，赵梓成.矿井通风系统模糊优化研究[J].煤炭学报，1999，24（4）：379-382.
[3]王超，王恩元.基于未确知测度理论的冲击地压危险性综合评价模型及应用研究[D].徐州：中国矿业大学，2011.
[4]武卫东，景国勋，魏建平.灰色关联分析法在平六矿通风系统方案（近期）优化中的应
用[J].煤炭学报，2001（3）：290-293.
[5]邓聚龙.灰色系统基本方法[M].华中工学院出版社，1987.
[6]Tsung-Han Chang，Tien-Chin Wang. Using the fuzzy multi-criteria decision making approach for measuring the possibility of successful knowledge management[J]. Information Sciences. 2008 （4）.
[7]赵志军，吴世跃，张红军，彭涛.赵庄2号井立井上仓胶带装煤车场风流稳定性分析及
防治措施[J].煤炭工程，2011（09）.
[8]Shen F-M，Chen B-H.Study on construction and quantification of evaluation indexsystem of mine ventilation system. 6th International Conference on MiningScience and Technology，ICMST. 2009.。