煤礦礦井設計及采區優化

惠慶祝

(七臺河市桃山區煤炭生產安全監察管理局，黑龍江 七臺河 154600)

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煤礦礦井設計及采區優化

惠慶祝

(七臺河市桃山區煤炭生產安全監察管理局，黑龍江 七臺河 154600)

本文主要闡述了礦井設計方案優化的內容、準則和方法，研究了優化模型存在的問題與改進途徑，提出了優化模型的總體結構、礦井設計優化的子系統模型。

礦井設計；采區優化；系統模型

1 礦井設計優化

1.1 近水平煤層礦井設計方案優化

開采近水平煤層礦井開拓系統方案，與開采煤層傾角較大的礦井相比，有如下特點:a.井田邊界和形狀不規則。有的可能大致成長方形，多數井田呈不規則的多邊形。b.水平劃分和大巷位置的不確定性。多數礦井不按煤層等高線來劃分開采水平，而是按條件布置，有的由于煤層數目多，根據煤層分組布置大巷；有的由于傾斜長度大而劃分不同水平開采，多數不超過兩個水平；大巷的方位不一定按煤層走向方向，幾條大巷不一定近乎平行，有的甚至呈放射狀布置。c.采區巷道布置和采區劃分比較靈活。為了編制出具有較大通用性的近水平煤層礦井開拓方案的整體優化模型和程序，使之能概括近水平煤層絕大部分礦井的開拓方案，適用于同類礦井的設計優化，需要提出一個典型的開拓方案結構模型。為此，提出如圖1所示的典型開拓系統模型結構。

圖1 近水平煤層礦井典型開拓系統結構Fig.1 Structure of typical open system in near-level coal seam

1.2 緩斜煤層礦井設計方案優化模型結構

傾角大致在10°～35°的緩斜煤層，礦井井田形態和形狀比較規則，開拓巷道的布置有一定規律。礦井設計整體優化模型的結構可以按圖2的形式構造。

圖2 緩斜煤層礦井典型開拓系統結構Fig.2 Structure of typical open system in gently inclined coal mine

按整體模型綜合優化的內容，在給定的井田范圍內，有可能出現的井型和開拓系統方案，就其主要技術決定內容可分作7個層次，相互組合形成各種不同的開拓方案。

1.3 礦井設計優化的子系統模型

在以確定礦井生產能力和開拓系統為主體的礦井設計整體優化模型中，所要計算的內容包括礦井的全部生產系統。在編制經濟數學模型中，分成若干個子系統，分別編制相應的各部分模型，然后按子系統模型得出的結果匯總后，進行不同方案的綜合評價和優化。近水平煤層和緩斜煤層礦井設計整體優化模型的子系統模型組成內容、功能和所采用的部分內容優化與計算方法基本上相同，只有少量的變動和改進。提升、運輸、通風、排水方式和設備的選擇等子系統模型本身的內容較多，有的基本上可作為單獨的優化模型使用。

1.4 優化模型存在的問題與改進途徑

第一，優化模型的結構。整體優化模型雖然能夠對礦井生產能力和各種開拓系統方案進行綜合優化，充分反映開拓系統各項組成部分之間的相互影響，但所得出的結果與目前礦井設計表述形式的需要不完全一致。需要在整體優化模型中有相對獨立的分項(分系統)優化模型或構造單項優化模型，使之既有各自的獨到功能，又能兼顧到相互之間的影響和作用，即力求優化模型的結構達到合中有分、分中有合的功能和效果。第二，投資和費用的計算。礦井設計方案優化中的重點和難點是編制適應評價指標需要的經濟數學模型。投資和費用計算中存在的最大問題是將費用單價和取值完全融入各子系統內部，難以適應物價隨時間變動所需要單價和取值的相應更改變動。改進途徑是將工程量、工作量計算與費用計算完全分離，優化模型以技術決策和工程量計算為主體，投資和費用計算配以概算模型和程序。第三，優化與模擬的結合。如果能夠把優化和模擬兩種模型結合起來，或在部分子系統模型中結合一起應用，會取得更好的效果。第四，應用軟件的開發。鑒于礦井設計方案優化的意義和經濟效果，目前，優化模型的編制已經起步，計算機功能大幅度提高并已普及應用，要以應用軟件作為開發目標，研制礦井設計方案優化模型。

2 采區設計優化

2.1 采區設計優化的內容和方法

第一，優化內容。采煤方法和采區機械裝備的選擇，可納入采區設計優化范圍內，也可單獨優化后，進入采區設計優化模型，使采區設計優化，解決采區巷道布置方案及其主要參數選擇的問題。第二，優化步驟。a.確定優化準則，采用單指標或多指標。b.編制專用或通用的技術經濟數學模型，或利用已有模型。c.編制專用模型時確定技術上可行的巷道布置方案。d.確定進行優化的主要參數和各項參數取值的上下界、間隔數值。e.上機運行，輸出優化結果。第三，優化方法與評價指標。最優化準則取多項評價指標時，提出指標。

2.2 計算機程序的編制

第一，定性方案的編號和代碼。作為通用的優化模型和計算機程序，要求對所有可供選擇的方案都適用。為進行具體條件下的采區設計方案優化，便于對所要進行比較的方案靈活地使用計算機程序，以及簡化程序語言和結構，對不同巷道布置方案加以編號。第二，走向長壁采區設計優化程序結構。第三，各類采區設計優化的通用程序。第四，運算結果的輸出。

2.3 應用中的啟示

第一，應用采區設計優化模型，通過對大量不同方案和參數的比較，能夠得出噸煤費用最低或較低的方案，包括從不同巷道布置方案中選出費用最低的方案和同一采區巷道布置方案中選取主要參數最優的方案。第二，優化模型得出的是綜合最優化結果，參數的合理值更為科學。第三，優化模型應用的一些實例表明，不同巷道布置方案的優劣主要取決于費用單價，尤其是巷道掘進費和維護費單價。第四，進行采區設計優化具有明顯的經濟效果。第五，當井田走向長度一定，要求采區走向長度適應在其中劃分為整數個采區時，這個采區優化模型可作為子模型用于采區劃分方案的優選。第六，計算機程序還僅限于輸出數值計算結果，應改善使之具有分析判斷功能，直接輸出所需要的圖形和分析結果。

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[2] 劉艷偉.礦井開拓方案的技術比較與經濟比較[J].科技與企業，2012，(11):47-49.

[3] 王建聲，丁玉賢.大型工程項目合同架構分析[J].河南城建學院學報，2010，(05):61-62.

Coal mine design and optimization of mining area

HUI Qing-zhu

(Qitaihe Coal Production Safety Supervision Administration in Taoshan District, Qitaihe 154600, China)

This paper elaborates contents, criteria and methods of mine design optimization, studies existing problems and improvement ways of optimization model, and puts forward overall structure of optimization model and subsystem model of mine design optimization.

Mine design; Optimization of mining area; System model

2017-02-18

惠慶祝(1981-)，男，工程師。

TD21

B

1674-8646(2017)08-0138-02