權(quán)利要求書： 1.基于層次模型的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能評估方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一：分析高海拔環(huán)境的特征對高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能的影響，篩選出重要的影響因素，提煉出評價指標(biāo)，并將各指標(biāo)因素進(jìn)行層次分類，建立評價指標(biāo)體系。

步驟二：結(jié)合各對高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能的影響規(guī)律，根據(jù)各指標(biāo)的相對重要度，通過層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重值。

步驟三：結(jié)合各指標(biāo)對高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能的影響規(guī)律，運用模糊綜合評價法確定各指標(biāo)的打分規(guī)則，對各指標(biāo)進(jìn)行打分并進(jìn)行加權(quán)計算，得到最終評價得分。

步驟四：建立合適的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平等級劃分區(qū)間，將計算得到的最終得分與之對照，得到高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平等級。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于層次模型的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能評估方法，其特征在于，步驟一中：

通風(fēng)機(jī)效能水平主要包含風(fēng)機(jī)、電機(jī)和經(jīng)濟(jì)效益三個方面。

風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵指標(biāo)包括當(dāng)量風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)機(jī)輸出功率和風(fēng)機(jī)效率。

電機(jī)的關(guān)鍵指標(biāo)包括電機(jī)輸出功率、電機(jī)效率和絕緣材料強度。

經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵指標(biāo)包括風(fēng)機(jī)能耗和風(fēng)機(jī)投資。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于層次模型的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能評估方法，其特征在于，步驟二中，首先通過專家打分確定各指標(biāo)的相對重要度，建立判斷矩陣并檢驗一致性，計算單一準(zhǔn)則下元素的相對權(quán)重，即可得到各指標(biāo)的權(quán)重值。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于層次模型的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能評估方法，其特征在于，步驟二中計算單一準(zhǔn)則下元素的相對權(quán)重的具體過程為：計算判斷矩陣每一行的元素的乘積 計算Mi的n次方根為了使總權(quán)重為1，計算 正規(guī)化 可得到各層次的各指標(biāo)權(quán)重W＝(W1,W2,...,Wn)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于層次模型的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能評估方法，其特征在于，步驟三中，主要根據(jù)高海拔礦井的海拔條件和空氣密度條件，運用模糊綜合評價的方法對各指標(biāo)進(jìn)行打分。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于層次模型的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能評估方法，其特征在于，步驟三中模糊綜合評價的具體算法為：當(dāng)量風(fēng)量 風(fēng)壓 風(fēng)機(jī)輸出功率 風(fēng)機(jī)效率?3

電機(jī)輸出功率b1＝100?4(h?1000)×10 ，電機(jī)效率b2＝100?4(h?1000)×?4

10 ，絕緣材料強度 風(fēng)機(jī)能耗風(fēng)機(jī)投資

式中，h(m)表示高海拔礦井所在的海拔高度，ρh(kg/m3)表示海拔h處的空氣密度，表示海拔在1000～5000m每提高1m所需要的最高環(huán)境溫度補償值，tat(℃)表示電機(jī)使用地點的最高環(huán)境溫度。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于層次模型的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能評估方法，其特征在于，步驟四的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平等級劃分如下：優(yōu)秀(90≤分值S≤100)，良好(80≤分值S＜90)，一般(70≤分值S＜80)，較差(60≤分值S＜70)，很差(分值S＜60)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于層次模型的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能評估方法，其特征在于，將步驟三得到的風(fēng)機(jī)性能指標(biāo)得分按照步驟二得到的指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行加權(quán)計算，得到最終得分，對照步驟四的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平等級劃分區(qū)間，可得到高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平等級。

說明書： 基于層次模型的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能評估方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及高海拔礦井通風(fēng)安全領(lǐng)域，尤其涉及一種基于層次模型的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能評估方法。

背景技術(shù)[0002] 隨著我國中東部地區(qū)礦山資源的長期開發(fā)，資源儲量越來越少，而我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，對礦產(chǎn)資源的需求量迅速增加，礦產(chǎn)資源的這種供需比

例不平衡性，對我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展造成了嚴(yán)重的制約。因此，隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)

略的實施，資源豐富、地域廣闊且已有一定的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平的西部地區(qū)，必將在未來的國民

經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)越來越重要的地位。

[0003] 然而，我國西部多為高海拔地區(qū)，海拔1000m以上的土地面積占全國陸地面積的60％左右，海拔2000m以上的面積約占33％，3000m以上面積約占26％，具有海拔高、面積廣、

跨度大的特點。高海拔地區(qū)大氣壓力低，空氣密度小，大氣壓力和空氣密度隨海拔逐漸降

低。

[0004] 通風(fēng)機(jī)是礦井生產(chǎn)的重要通風(fēng)設(shè)備，在高海拔礦井的實際生產(chǎn)中，無論是主要通風(fēng)機(jī)還是局部通風(fēng)機(jī)均出現(xiàn)明顯的降效，特別是風(fēng)機(jī)風(fēng)壓與風(fēng)機(jī)出廠樣本風(fēng)壓相差較大，

這增加了高海拔礦井的通風(fēng)難度，給礦井通風(fēng)帶來了極大的挑戰(zhàn)，如何提升高海拔礦井風(fēng)

機(jī)的通風(fēng)效能，是高海拔礦井安全與高效生產(chǎn)面臨的一個重要難題。

[0005] 目前，礦用風(fēng)機(jī)均以標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)的環(huán)境參數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計與制造，風(fēng)機(jī)制造企業(yè)所提供的風(fēng)機(jī)性能曲線也是在標(biāo)準(zhǔn)氣象條件下所作的模型試驗資料繪制而成，當(dāng)風(fēng)機(jī)應(yīng)用

于高海拔礦井時，由于氣壓低，空氣密度小，導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)效能降低。

[0006] 為了科學(xué)衡量高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平，本發(fā)明綜合考慮高海拔條件下通風(fēng)機(jī)效能的多個指標(biāo)因素，選取適合的風(fēng)機(jī)效能評價指標(biāo)，建立具有高海拔地區(qū)特點的評價指

標(biāo)體系，依據(jù)建立的評價指標(biāo)體系選取適合的評價方法，對高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平進(jìn)

行綜合評估。

發(fā)明內(nèi)容[0007] 本發(fā)明的實施方式提供的基于層次模型的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能評估方法，包括如下步驟：

[0008] 步驟一：分析高海拔環(huán)境的特征對高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能的影響，篩選出重要的影響因素，提煉出評價指標(biāo)，并將各指標(biāo)因素進(jìn)行層次分類，建立評價指標(biāo)體系。

[0009] 步驟二：結(jié)合各對高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能的影響規(guī)律，根據(jù)各指標(biāo)的相對重要度，通過層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重值。

[0010] 步驟三：運用模糊綜合評價法對各指標(biāo)進(jìn)行打分，經(jīng)過加權(quán)計算得到最終的評價得分。

[0011] 步驟四：建立合適的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平等級劃分區(qū)間，將計算得到的最終評價得分與之對照，得到高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平等級。

[0012] 本發(fā)明構(gòu)建了高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能評估方法，有助于科學(xué)評估高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平，以指導(dǎo)高海拔礦井正確認(rèn)識通風(fēng)現(xiàn)狀及存在的問題，指導(dǎo)高海拔礦井采取合

適的方法保證通風(fēng)質(zhì)量，具有重要的理論意義和實用價值。

[0013] 進(jìn)一步地，步驟一中：[0014] 通風(fēng)機(jī)效能水平主要包含風(fēng)機(jī)、電機(jī)和經(jīng)濟(jì)效益三個方面。[0015] 風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵指標(biāo)包括當(dāng)量風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)機(jī)輸出功率和風(fēng)機(jī)效率。[0016] 電機(jī)的關(guān)鍵指標(biāo)包括電機(jī)輸出功率、電機(jī)效率和絕緣材料強度。[0017] 經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵指標(biāo)包括風(fēng)機(jī)能耗和風(fēng)機(jī)投資。[0018] 進(jìn)一步地，步驟二中，首先通過專家打分確定各指標(biāo)的相對重要度，建立判斷矩陣并檢驗一致性，計算單一準(zhǔn)則下元素的相對權(quán)重，即可得到各指標(biāo)的權(quán)重值。

[0019] 進(jìn)一步地，步驟三中，主要根據(jù)高海拔礦井的海拔條件和空氣密度條件，運用模糊綜合評價的方法對各指標(biāo)進(jìn)行打分。

[0020] 進(jìn)一步地，步驟四的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平等級劃分如下：[0021] 優(yōu)秀(90≤分值S≤100)，良好(80≤分值S＜90)，一般(70≤分值S＜80)，較差(60≤分值S＜70)，很差(分值S＜60)。

[0022] 進(jìn)一步地，將步驟三得到的風(fēng)機(jī)性能指標(biāo)得分按照步驟二得到的指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行加權(quán)計算，得到最終的評價得分，對照步驟四的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平等級劃分區(qū)間，可

得到高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平等級。

附圖說明[0023] 圖1是本發(fā)明實施方式的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能評估的層次模型。具體實施方式[0024] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。[0025] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。

[0026] 如圖1所示，基于層次模型的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能評估方法，包括以下步驟：[0027] 步驟一：分析高海拔環(huán)境的特征對高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能的影響，篩選出重要的影響因素，提煉出評價指標(biāo)，并將各指標(biāo)因素進(jìn)行層次分類，建立評價指標(biāo)體系。

[0028] 步驟二：結(jié)合各對高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能的影響規(guī)律，根據(jù)各指標(biāo)的相對重要度，通過層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重值。

[0029] 步驟三：結(jié)合各指標(biāo)對高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能的影響規(guī)律，運用模糊綜合評價法確定各指標(biāo)的打分規(guī)則，對各指標(biāo)進(jìn)行打分并進(jìn)行加權(quán)計算，得到最終評價得分。

[0030] 步驟四：建立合適的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平等級劃分表，將計算得到的最終評價得分與之對照，得到高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平等級。

[0031] 所述步驟一的具體實現(xiàn)方法為：[0032] 高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平，主要包含風(fēng)機(jī)、電機(jī)和經(jīng)濟(jì)效益三個方面。[0033] (1)風(fēng)機(jī)應(yīng)用于高海拔低氣壓地區(qū)時，隨著空氣密度下降，對應(yīng)的體積風(fēng)量、風(fēng)機(jī)效率與平原地區(qū)相同，而當(dāng)量風(fēng)量、風(fēng)壓和功率隨著空氣密度的減小而等比降低。因此，風(fēng)

機(jī)的關(guān)鍵指標(biāo)包括當(dāng)量風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)機(jī)輸出功率和風(fēng)機(jī)效率。

[0034] (2)風(fēng)機(jī)在高海拔礦井運行時，配備的電機(jī)也會出現(xiàn)嚴(yán)重的降效，主要體現(xiàn)在輸出功率降低，效率降低和溫升增加等方面。因此，電機(jī)的關(guān)鍵指標(biāo)包括電機(jī)輸出功率、電機(jī)效

率和絕緣材料強度。

[0035] (3)經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵指標(biāo)包括風(fēng)機(jī)能耗和風(fēng)機(jī)投資。[0036] 根據(jù)上述分析提煉出的關(guān)鍵指標(biāo)，建立高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平評估的層次指標(biāo)體系。

[0037] 所述步驟二的具體實現(xiàn)方法為：[0038] (1)構(gòu)造判斷矩陣。假設(shè)C具有下屬指標(biāo)c1，c2，…，cn。在構(gòu)成判斷矩陣過程中，針對C，參考表1的標(biāo)度依據(jù)，邀請數(shù)位相關(guān)領(lǐng)域的專家，判斷兩個指標(biāo)ci和cj的相對重要性，并賦

予相應(yīng)的分值。將得到的各指標(biāo)相對重要度列于矩陣之中，可以得到各評價指標(biāo)兩兩比較

的判斷矩陣

[0039] 表1標(biāo)度依據(jù)及分值[0040][0041] (2)檢驗判斷矩陣的一致性。通過一致性指標(biāo)CI，平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI和隨機(jī)一致性比例CR三個一致性參數(shù)來檢驗矩陣的一致性。一致性指標(biāo)CI計算式為 隨

機(jī)一致性比例CR查表2，隨機(jī)一致性比例CR計算式為 當(dāng)CR＜0.1時，一般認(rèn)為判

斷矩陣具有完全一致性，此時判斷矩陣是有效的。

[0042] 式中，λmax表示判斷矩陣的最大特征根，n表示判斷矩陣的階數(shù)。[0043] 表21～13階矩陣RI值[0044] 階數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13RI 0 0 0.52 0.89 1.12 1.26 1.36 1.41 1.46 1.49 1.52 1.54 1.56

[0045] (3)計算單一準(zhǔn)則下元素的相對權(quán)重。具體過程為：計算判斷矩陣每一行的元素的乘積 計算Mi的n次方根 為了使總權(quán)重為1，計算

正規(guī)化 可得到各層次的各指標(biāo)權(quán)重W＝(W1,W2,...,Wn)。

[0046] 所述步驟三的具體實現(xiàn)方法為：[0047] 根據(jù)高海拔礦井的海拔條件和空氣密度條件，運用模糊綜合評價的方法對各指標(biāo)進(jìn)行打分。模糊綜合評價的具體算法為：

[0048] 當(dāng)量風(fēng)量 風(fēng)壓 風(fēng)機(jī)輸出功率 風(fēng)機(jī)效率?3

電機(jī)輸出功率b1＝100?4(h?1000)×10 ，電機(jī)效率b2＝100?4(h?1000)×

?4

10 ，絕緣材料強度 風(fēng)機(jī)能耗

風(fēng)機(jī)投資

[0049] 式中，h(m)表示高海拔礦井所在的海拔高度，ρh(kg/m3)表示海拔h處的空氣密度，表示海拔在1000～5000m每提高1m所需要的最高環(huán)境溫

度補償值，tat(℃)表示電機(jī)使用地點的最高環(huán)境溫度。

[0050] 所述步驟四的具體實現(xiàn)方法為：[0051] 建立的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平等級劃分表見表3，將最終的評價得分對照表3即可得到高海拔礦通風(fēng)機(jī)效能水平評估等級。

[0052] 表3通風(fēng)效能水平等級劃分表[0053]通風(fēng)效能水平值S S≥90 80≤S＜90 70≤S＜80 60≤S＜70 S＜60

通風(fēng)效能等級 優(yōu)秀 良好 一般 較差 很差

[0054] 應(yīng)用實例[0055] 下面將用本發(fā)明提出的評估方法，對位處海拔3600m、2700m、1500m的三個礦井風(fēng)機(jī)通風(fēng)效能水平進(jìn)行評估，以展示該套評估方法的具體使用及評估效果。已知：海拔3600m

處大氣壓力66.58kPa，其空氣密度0.792kg/m3，約為標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)空氣密度的66％；海拔2700m

處大氣壓力為73946Pa，空氣密度為0.879kg/m3，約為標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)空氣密度的73％；海拔1500m

處大氣壓力為85058Pa，空氣密度為1.011kg/m3，約為標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)空氣密度的84％。

[0056] (1)建立高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能評價指標(biāo)體系，見附圖1。[0057] (2)通過專家打分構(gòu)造判斷矩陣并檢驗其一致性，計算各指標(biāo)的權(quán)重值。[0058] 計算得到 查表2得RI＝0.52，經(jīng)計算， 可見該矩陣滿足一致性要求。計算單一準(zhǔn)則下元素的相對

權(quán)重，可得第一層指標(biāo)權(quán)重

計算得到 查表2得RI

＝0.89，經(jīng)計算， 可見該矩陣滿足一致性要求。計算單一準(zhǔn)則下元素的相對權(quán)

重，可得指標(biāo)權(quán)重

[0059] 計算得到 查表2得RI＝0.52，經(jīng)計算， 可見該矩陣滿足一致性要求。計算單一準(zhǔn)則下元素的相對權(quán)

重，可得指標(biāo)權(quán)重

[0060] 計算得到 查表2得RI＝0，當(dāng)CI和RI均為0時CR＝0，可見該矩陣滿足一致性要求。計算單一準(zhǔn)則下元素的相對權(quán)重，可得指

標(biāo)權(quán)重

[0061] 綜上所述，第一、二層指標(biāo)權(quán)重分別為：[0062][0063] W＝(Wsa1,Wsa2,Wsa3,Wsa4,Wsb1,Wsb2,Wsb3,Wsc1,Wsc2)[0064] ＝(0.15,0.2,0.05,0.05,0.05,0.05,0.1,0.25,0.1)[0065] (3)運用模糊綜合評判的方法對各指標(biāo)打分，根據(jù)前述具體算法，得到的各指標(biāo)分值見表4。

[0066] 表4各指標(biāo)分值[0067] 指標(biāo) a1 a2 a3 a4 b1 b2 b3 c1 c2海拔3600m 64.52 64.52 41.63 41.63 88.80 98.60 72.00 34.89 41.05

海拔2700m 73.36 73.36 53.82 53.82 93.2 99.15 83.00 49.69 53.36

海拔1500m 84.38 84.38 71.20 71.20 98.00 99.75 95.00 72.36 71.03

[0068] (4)對各指標(biāo)分值進(jìn)行加權(quán)計算，得出最終的評價分值。前述得出第二層指標(biāo)權(quán)重W＝(0.15,0.2,0.05,0.05,0.05,0.05,0.1,0.25,0.1)，經(jīng)計算，得到海拔3600m、2700m、

1500m的礦井風(fēng)機(jī)通風(fēng)效能水平值分別為：56.14分、66.73分、81.23分。

[0069] (5)得出風(fēng)機(jī)效能水平的評價等級。對照表3的高海拔礦井通風(fēng)機(jī)效能水平等級劃分，海拔3600m、2700m、1500m的三個礦山風(fēng)機(jī)效能水平分別為很差、較差、良好。