基于VE的依蘭三礦巷道布置方案的優(yōu)選

路占元 LU Zhan-yuan；翟曉毅 ZHAI Xiao-yi；賀永亮 HE Yong-liang；鄭紀(jì)順 ZHENG Ji-shun

（①黑龍江科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，哈爾濱 150022；②中煤邯鄲設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，邯鄲 056031）

（①College of Resources and Environmental Engineering，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150022，China；②Handan Design Engineering Chinacoal Co.，Ltd.，Handan 056031，China）

0 引言

礦井巷道布置方式一直是決定礦井建設(shè)投資和投產(chǎn)后效益的最重要因素之一，是采礦工程的靈魂，關(guān)系著整個(gè)礦井的技術(shù)面貌、利潤(rùn)水平和發(fā)展空間，極大程度地左右著煤炭資源的合理開(kāi)發(fā)和充分利用，左右著煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)[1]。

1 依蘭三礦地質(zhì)條件及技術(shù)條件簡(jiǎn)述

依蘭三礦地表標(biāo)高+100m左右；一水平運(yùn)輸標(biāo)高-600m；采用立井開(kāi)拓；井型2.4Mt/a；開(kāi)采煤層4層，其中厚煤層1層，其余是中厚煤層，含煤段平均厚度為41.92m，煤層層間距較??；煤層為東西走向，向南傾斜，單斜構(gòu)造，煤層傾角普遍不大于17°，靠近斷層處局部不大于25°；屬第三系三軟地層；大于30m落差的近傾向斷層發(fā)育，平均間距小于500m；礦井正常涌水量為550m3/h，最大涌水量為750m3/h；高瓦斯礦井；煤塵有爆炸性；屬Ⅰ類(lèi)易自燃煤層。

2 礦井一水平兩種巷道布置方案

2005版《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.2.2條指出：“緩傾斜、傾斜煤層一般應(yīng)采用長(zhǎng)壁采煤法。當(dāng)煤層傾角大于12°時(shí)，宜采用走向長(zhǎng)壁采煤法后退式開(kāi)采；當(dāng)煤層傾角小于12°且條件適宜時(shí)，可采用傾斜長(zhǎng)壁采煤法后退式開(kāi)采”。據(jù)此，可以把走向長(zhǎng)壁作為依蘭三礦一水平巷道布置備選方案之一。但是，斷層發(fā)育方向更能左右走向長(zhǎng)壁開(kāi)采或傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采的選擇。當(dāng)近傾向斷層發(fā)育時(shí)，回采塊段傾斜長(zhǎng)而走向短，傾斜長(zhǎng)壁巷道布置方案的優(yōu)點(diǎn)凸顯，傾斜長(zhǎng)壁也應(yīng)作為備選方案之一。

2.1 采區(qū)式走向長(zhǎng)壁工作面巷道布置方案，如圖1所示。

圖1 采區(qū)式走向長(zhǎng)壁工作面巷道布置方案平面圖

2.2 帶區(qū)式傾斜長(zhǎng)壁工作面巷道布置方案，如圖2所示。

圖2 帶區(qū)式傾斜長(zhǎng)壁工作面巷道布置方案平面圖

3 基于價(jià)值工程的巷道布置方式評(píng)價(jià)

從功能和成本兩個(gè)方面分析研究對(duì)象，取價(jià)值指數(shù)較高者作為選定方案。

3.1 功能指數(shù)計(jì)算

3.1.1 建立功能評(píng)價(jià)指標(biāo) 依據(jù)兩種巷道布置方式的特點(diǎn)，咨詢(xún)專(zhuān)家學(xué)者，建立功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 巷道布置方式備選方案評(píng)價(jià)指標(biāo)表

3.1.2 計(jì)算各功能評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性系數(shù) 每個(gè)專(zhuān)家填一份04打分表，給每個(gè)功能指標(biāo)的重要性打分。經(jīng)計(jì)算，每個(gè)指標(biāo)的重要性系數(shù)如表2所示。

表2 功能指標(biāo)重要性系數(shù)表

3.1.3 專(zhuān)家打分 專(zhuān)家給各方案的各評(píng)價(jià)指標(biāo)打分。效益型指標(biāo)，高者打高分；消耗型指標(biāo)，低者打高分；以此類(lèi)推。

專(zhuān)家打分后，對(duì)應(yīng)不同方案和不同指標(biāo)，列出專(zhuān)家打分加權(quán)平均值表，并對(duì)表內(nèi)分值進(jìn)行無(wú)量綱處理。

式中：Yij—在第i種方案中第j個(gè)功能的評(píng)價(jià)指標(biāo)的無(wú)量綱數(shù)值；

fijmax—所有方案中所有評(píng)價(jià)指標(biāo)的最大值；

fijmin—所有方案中所有評(píng)價(jià)指標(biāo)的最小值；

fij—第i個(gè)方案中第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的加權(quán)平均分；

再乘以各指標(biāo)的重要性系數(shù)，便可得出各方案的無(wú)量綱總分和功能指數(shù)如表3。方案1為采區(qū)式走向長(zhǎng)壁工作面巷道布置方案；方案2為帶區(qū)式傾斜長(zhǎng)壁工作面巷道布置方案。

表3 各方案功能指數(shù)表

3.2 成本指數(shù)計(jì)算 建立成本評(píng)價(jià)指標(biāo)如表4所示。

經(jīng)計(jì)算，得方案成本指數(shù)如表5。

3.3 價(jià)值指數(shù)計(jì)算

價(jià)值指數(shù)：VIi=FIi/CIi

式中：FIi—第i種方案功能指數(shù)；

CIi—第i種方案成本指數(shù)。

表4 成本評(píng)價(jià)指標(biāo)表

表5 方案成本指數(shù)表

表6 各方案價(jià)值指數(shù)表

經(jīng)計(jì)算各方案價(jià)值指數(shù)如表6所示。

根據(jù) k={i｜maxVIi，i＝1，2，…，m}=2 可以得出方案 2 的價(jià)值指數(shù)較大，定為最優(yōu)方案。

4 結(jié)論

依蘭三礦應(yīng)采用傾斜長(zhǎng)壁巷道布置方式，可增加11.8億元的利潤(rùn)（未包含多回收資源而增加的利潤(rùn)）。可減少礦井初期巷道工程量和礦井服務(wù)年限內(nèi)總工程量、提高煤炭回收率、提高安全程度、簡(jiǎn)化生產(chǎn)系統(tǒng)、減少工作面搬家次數(shù)、減少斷層影響、降低成本、提高產(chǎn)量、增加利潤(rùn)、促進(jìn)企業(yè)科技進(jìn)步、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

鑒于類(lèi)似條件下傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采的回采工作面數(shù)已近百個(gè)，均取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益[3][4][5][6][7]，建議《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)條款改為：“緩傾斜煤層一般應(yīng)采用長(zhǎng)壁采煤法。當(dāng)近傾向斷層發(fā)育時(shí)，宜采用傾斜長(zhǎng)壁采煤法后退式開(kāi)采；當(dāng)近走向斷層發(fā)育時(shí)，宜采用走向長(zhǎng)壁采煤法后退式開(kāi)采?！?/p>

5 展望

應(yīng)大力提倡傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采設(shè)備的研發(fā)和改造工作。待設(shè)備性能完全適應(yīng)于25°以下煤層傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采時(shí)，對(duì)于近走向斷層不發(fā)育的礦井，即使近傾向斷層不發(fā)育，也應(yīng)采用傾斜長(zhǎng)壁開(kāi)采，由于不設(shè)采區(qū)上山，將取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]路占元,孫廣義.小傾角煤層群開(kāi)拓模式的創(chuàng)新與優(yōu)化[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,2007：39-40.

[2]李瑞峰.價(jià)值工程在礦業(yè)工程中的應(yīng)用研究[D].阜新:遼寧工程技術(shù)大學(xué),2005.

[3]張小軍.大傾角仰斜開(kāi)采采場(chǎng)頂板控制的研究[D].淮南:安徽理工大學(xué),2005.

[4]王俊杰,房成芳,張付學(xué).傾斜長(zhǎng)壁大傾角俯斜輕放開(kāi)采實(shí)踐[J].煤礦開(kāi)采,2002,7(4):21-22.

[5]張健.大傾角俯斜開(kāi)采高產(chǎn)高效實(shí)踐與探討[J].煤炭技術(shù),2007,26(2):57-59.

[6]王懷田.復(fù)雜地質(zhì)條件下薄煤層大俯角傾斜長(zhǎng)壁工作面回采實(shí)踐[J].河北煤炭,2006,31(5):258-299.

[7]王建軍,曹耀豐,何富連.傾斜長(zhǎng)壁仰斜綜采的實(shí)踐研究[J].礦山壓力與頂板管理,1995,1:29-30.