主成分聚类分析在矿井通风系统安全性评价中的应用

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1、主成分聚类分析在矿井通风系统安全T生评价中的应用王亚军1，李江涛2,张东旭2,尹瑞光2(1.黑龙江科技学院安全工程学院，黑龙江哈尔滨1500272;2煤炭科学研究总院沈阳研究院，辽宁沈阳110016)摘要:应用主成分聚类分析，结合实例，对10个矿井的通风系统安全性进行了分析，并对分析的结果进行了分析排序。该方法的应用，对于煤矿安全评价具有一定的参考价值，并为煤矿企业的自评和安全管理决策提供了新的思路和方法。尖键词:主成分分析;聚类分析;通风系统;安全评价中图分类号:TO724文献标识码:B矿井通风

2、系统是矿井生产系统的重要组成部分，是保障矿井安全的最主耍的技术手段。在矿屮通风管理工作中，对矿井通风系统进行评价是必彳、可少的，只有对矿井通风系统的状况做出准确的讲价，才能对系统的调节做出正确的决策。近年来笊一些矿井通风系统的评价方法，多是基于安全检査表法的经验型评价，也有应用神经网络等方法对1!风系统所做的等级评价，存在评价分项选择随意环能确定能否全面反应通风系统的安全性的问题。II对这一情况，本文釆用主成分聚类分析，对矿井通冈系统进行分析，并依据分析结果，对各个矿井的通冈系统状况进行评价，提出

3、重点的防范对象，为矿井進风系统安全评价提供一种新的途径。1主成分聚类分析方法介绍主成分分析法是将多个要素转化为少数综合指文章编号:1003・496X(2009)10・0092・04标的一种统计方法。也就是利用降维的思想，把多个变量化为少数几个综合变量，即主成分。主成分保留了原始变量的绝大多数信息，且彼此间互不相关，能够使复杂问题简单化。这种分析方法能够降低指标维数,浓缩指标信息，将复杂的问题简化，从而使问题分析更加直观、有效。如果英屮1个主成分的方差，在所有主成分中的方差是最大的，则称为第1主成分

4、，一般用第1主成分作为排序的依据。但如果第1主成分的方差不够大，也就是第一主成分描述的原始数据信息不够大，则排序会有片面性。聚类分析是统计学所研究的以类聚”问题的一种方法。聚类分析可以将多个指标数据进行很好的分类，但是并不能得到各个指标之间的优劣程度的评价结果。基于此，本文先对评价对象做主成分分析，然后结合聚类分析方法，対评价对象进行排名，即得主成分聚类分析。(2)提出了依据矿井总回风量和矿井风井数的等积孔新分级方法，并通过实例验证能准确反映矿井的通风难易程度。(3)多风井矿井的通风难易程度评价,

5、应分别计算各风井通风系统的等积孔，分别予以评价。参考文献：(1)王德明•矿井通风与安全M),徐州冲国矿业大学出版社,2007.0)俞启香.矿井通风难易程度的通统计分析与分级0).中国矿业学院学报,1986(3).C3)张国枢.通风安全学M).徐州：中国矿业大学出版社.2007.@)黄元平，赵以惠.矿井通风系统的评价方法Q).煤矿安全,1983(9).6)赵以惠.矿井通风系统的评价方法(J〕.中国矿业学院学报,1985.(6)徐瑞龙.煤矿通风参数探讨(J).河北煤炭,1986(4).07)陈开岩.矿

6、井通风系统优化理论及运用M).徐州：中国矿业大学出版社，2003(9).作者简介:胡朝仕(1986・)，男，安徽岳西人，中国矿业大学07级硕士研究生，主要从事矿井通风防灭火硏究。(收稿日期：2009・02-11;资任编辑:郭瑞年)2评价程序(1)评价指标的选取。本次评价的对象为矿井通风系统，由于目前矿井通风系统安全性评价中指标选取有很大差别，故本文选取文献(1)中的评伤数据，该评价数据包含的内容较多，包括了矿井通冈管理的各个方面，设该评价指标集为X=(心丿”中，/=1,2,，心=1,2,，“,具体

7、评价指标集见表1。表1矿井通风系统评价指标体系代号评价指标主要通风机功率X2%主要通风机效率风机运转稳定性矿井通风X4网络复杂程度矿井等Ac积孔-V6矿井风显矿井风昂供需比用风地点温度合格率矿井负压矿井通风能力比矿人9井通风设施合格率XIO(1)将选取的指标进行标准化处理，主耍目的是消除量纲的影响以及各指标在数量级上的差别。(2)对标准化后的指标体系进行主成分分析,即建立所有变量的相关系数矩阵，求出其特征值，和特征向量。R的〃个特征值记为环三三入”20,相应的特征向量：m=(un,uq,,%,i=

8、1,2,,切。所得到的特征值即为该主成分所对应的方差，方差越大，对总变异的贡献也就越大，特征向暈即为该主成分屮原始变量的线性组合的系数。m(4丿确定主成分个数。当累计方差贡献率Si=i儿/士山达到85%以上吋，取前加个主成分：斤二山/=1Xi+%乜+,，卩知兀"i=l,2,，加。(5丿计算第1主成分的得分。第1主成分是原来各变量的线性组合且具有最大的方差。根据第1主成分的得分对样品进行首次评价。(6丿依据前加个主成分的得分进行聚类分析，进行综合评价。3实例应用3.1实例根据表1中所