矿井通风系统可靠性评价方法研究及软件实现

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安全高效的矿井通风系统必须要拥有高的可靠性,同时,通风系统的可靠性高低也极大影响着煤矿的生产活动。通过分析通风系统的可靠程度不仅能够估算出系统整体的安全程度,而且能够找出影响其整体可靠程度的薄弱之处,进而为未来改进通风系统指明了方向。为了使可靠性评价结果更加准确、合理、直观,本文在综合分析各种评价模型优缺点的基础上,从可靠性的概念入手,重新创立了衡量煤矿通风系统可靠度的评价指标体系及评价方法。与此同时,为方便该方法在实际中的应用,采用数学处理软件MATLAB自带的脚本语言,编写了评价煤矿通风系统可靠度的软件,并将其应用与具体煤矿的通风系统中。本文研究的主要内容包括:⑴介绍了可靠性理论在我国和国外相关行业及煤矿通风系统方面的应用现状,并主要从可靠性评价指标体系及评价方法两方面出发分析了国内外研究现状。⑵针对目前通风系统的各种评价之间存在概念混淆且评价范围不确定的问题,从通风系统的安全、稳定、可靠以及优化本身的概念出发,分析了各自不同点,并结合可靠性原理,重新定义通风系统可靠性。⑶依据通风系统可靠性的概念,从决定通风系统可靠程度的内在原因及外在表现两个方面出发,将系统分为通风网络结构、通风动力、通风设施、通风环境和安全监控五大方面,并对每个方面开展了指标选取分析。在此过程中,本文借鉴了相关国家标准及现有指标体系,对不符合可靠性评价标准的指标进行筛选以及对一些关联性教强的指标合并同类项。另外,本文还特别定义了主通风机有效度指标,并最终构建起包含15个指标的可靠性评价指标体系。⑷结合国家标准对相关指标界定值的规定,对指标进行了量化分析,此外,本文还对一些指标的量化过程进行了重新定义,以使他们的量化值更接近于矿井通风系统实际,最后将量化后的指标值按极大型、极小型和区间型进行分类并分别确定其最优值。⑸针对传统的评价模型存在评价过程繁琐、评价方法本身主观性较强,以及指标权重人为确定的问题,本文建立了以PCA、GRA和LVQ-NN为基础的三级纯数学处理模型。⑹以三级数学处理模型为基础,结合有限的样本数据,利用MATLAB软件进行了通风系统可靠性评价的仿真实验研究,同时利用MATLAB自带的GUI工具编制了可靠性评价程序。⑺基于阻力测定原理,并将该数学模型用于李家窑矿通风系统的评价中。研究表明:⑴通风系统的可靠性、安全性、稳定性及优化之间既有区别又有联系,并且各自都有其明确意义,实际运用时不能完全混同。⑵根据通风系统可靠性定义所选出的评价指标更加完整且能够合理地反映系统实际可靠程度。⑶以PCA、GRA和LVQ为结构的三级数学处理模型处理过程简单、客观、准确且更易于计算机编程实现。⑷通过评价李家窑矿的通风系统,结果显示该矿通风系统可靠,且根据自动生成的灰色关联图也可以找出影响该通风系统可靠性的薄弱环节所在。⑸本文所选取的样本数据不论在数量上还是分布上都存在不足,与此同时难以收集大量样本资料也为该评价模型的广泛应用产生不利的影响。
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