关于贵州省煤炭生产系统的冲量过程稳定性分析

邓小宇 聂俊丽

1.贵州财经大学数学与统计学院，贵州 贵阳 550004

2.贵州大学，贵州 贵阳 550025

关于贵州省煤炭生产系统的冲量过程稳定性分析

邓小宇1聂俊丽2

1.贵州财经大学数学与统计学院，贵州 贵阳 550004

2.贵州大学，贵州 贵阳 550025

近年来，贵州省煤炭需求量日益扩大，煤炭年产量增加，导致煤炭生产系统各影响因素不断变化。本文构建了贵州省煤炭生产系统的冲量过程模型，分析其系统冲量过程的稳定性。

煤炭生产系统；冲量过程；稳定性；产量；安全生产

引言

贵州是我国南方的煤炭资源富集省，有“西南煤海”之称。煤炭资源开采除满足省内需求外，还将大量的煤炭资源输入周边省份。从二十世纪七十年代中期起，贵州每年都有近400万t煤炭以“统配煤”的形式远销到两广、两湖及浙、赣、闽、苏、沪一带，初步奠定了“北煤南运”与“西煤东运”并存的格局。“西电东送”战略的实施，为贵州经济迎来了千载难逢的发展机遇。贵州省处于西南与华南的结合部，其电力送往广东具有资源、区位和价位优势。按照贵州省政府与广东省政府签订的协议，“黔电送粤”从2002年的100万kW提高到2007年的550万kW，2010年送电负荷达到800万kW以上。随着贵阳～广州高速公路和快速铁路的建设投运，我省与广东乃至华南的联系将更加紧密，贵州煤炭资源的战略地位也将更加突出。

近年来的“西电东送”能源战略的实施以及2012年国发2号文件《国务院关于进一步促进贵州经济社会又好又快发展的若干意见》的发布，煤炭产量逐年增加的趋势较为明显。煤炭产量的增加对能源市场和煤矿安全生产带来了什么样的影响？煤炭生产系统是否稳定等问题都是非常值得关注和研究的。煤炭生产系统的影响因素极为复杂，本文主要从外部的市场经济系统和煤炭开采系统两个方面来确定煤炭生产系统的影响因素，构建煤炭生产系统，从而进行煤炭产量的增加对能源市场和煤矿安全生产的影响以及煤炭生产系统的稳定性的研究。

1 煤炭生产系统模型的建立

煤炭生产系统稳定性的研究，确定研究的对象和原因（即系统的边界）及各因素间的相互关系是非常关键的，系统建模过程中，合理的简化是必不可少的。在此，煤炭生产系统仅考虑煤炭产量、煤炭价格、市场需求、煤矿资金投入（安全投入）、煤矿安全设施、煤层开采条件、工作面单产能力、煤矿机械化程度8个因素。由于各因素间的影响较为复杂，因此，各因素间的相互影响主要根据客观规律作出决定，同时，根据贵州省实际情况进行局部的调整。煤炭生产系统的每个因素用图的一个顶点表示，因素间的直接影响用带有方向的箭头表示，在箭头旁分别用“+”号和“-”号来表示影响因素是促进的（正面的）,还是促退的（负面的），形成煤炭生产系统的带符号的有向图，如图1所示。

图1 煤炭生产系统带符号的有向图

图1的关系矩阵A为：

2 煤炭生产系统冲量过程稳定性分析

显然，图1是双向连通的改进的玫瑰形图。用ak记长度为k的闭路的符号和（当没有长度为k的闭路时令ak=0），设r是使ar≠0的最大整数，r＞0时，系统冲量过程稳定的条件是：

定理1：系统冲量过程冲量稳定的必要条件是

ar=±1 （1）

ak=-arar-k,k=1,2,…r-1 （2）

定理2：若系统冲量过程冲量稳定，则系统冲量过程值稳定的充要条件是

由图1，a1=1，a2=1，a3=1，a4=0，a5=1，满足（1）式；a2=-a5a3a3=-a5a2-不成立，不满足（2）式。因此，为了满足系统冲量过程冲量稳定的必要条件，必须调整。

3 煤炭生产系统冲量过程模型调整

3.1 调整煤炭产量与煤炭价格的关系

根据上面的分析，煤炭生产系统模型不满足（2）式，于是改变图1中v1v2的符号由-1改为+1，此次改动的意义是将原来的“煤炭产量的增加引起煤炭价格下降”调整为“煤炭产量的增加引起煤炭价格上升”。这看似违背了经济学相关原理，但在贵州省煤炭生产在西电东送大背景下，煤炭市场呈现供不应求的局面，煤炭产量逐年增加，煤炭价格也是不断增长。根据近几年的贵州煤炭生产系统现状，由于贵州省煤层赋存条件复杂，开采设备、安全设施较为落后，安全生产事故频发，贵州省相关监管单位出台了一系列针对我省多数煤矿为高瓦斯、突出矿井的开采、瓦斯防治等政策、措施，同时对小煤矿进行整合并关闭不具备安全生产条件的小煤矿。可以说，我省煤矿的自身条件、政策一定程度上限制了煤矿开采量。因此，“煤炭产量增加同时煤炭价格上升”在一定时间内是可以接受的，由于国家政策和“西电东送”等能源战略对我省煤炭市场的强烈刺激下，我省煤炭在达到一个新的供需平衡前，这种情况可能仍将持续一定时间，也是符合经济学的相关理论的。同时，这种价格政策变化是在人力可控的范围内。

3.2 调整煤炭产量与煤矿资金投入（安全投入）的关系

将v1v4由+1改为-1，即将“煤炭产量增加引起煤矿资金投入（安全投入）增加”调整为“煤炭产量增加引起煤矿资金投入（安全投入）减少”。安全生产是煤矿建设的命脉，建立、健全矿井安全保证体系，完善安全岗位责任制，是矿井建设的重要环节。煤矿建井初期，煤矿安全专用工程设施劳动人员配备根据矿井设计生产能力、工作制度、管理系统组织形式、煤层赋存条件、开拓方式、采煤方法、工艺系统、机械化程度等等因素具体配备。每年按安全规程、操作规程、行业规程等要求制订培训计划，对煤矿职工，特别是特殊工种人员必须通过主管部门进行培训，并经考试合格后，持证上岗。 煤炭生产率提高，煤炭产量增加，煤矿企业势必有更多资金投入到煤矿安全生产中。然而除煤矿初期投入较大外，随着煤矿开采技术及安全技术措施的更新，煤矿后期资金投入（安全投入）将保持在合理的位置上，换句话说，煤矿安全投入将可能减少这是完全有可能的。

需要强调的是，在煤矿生产过程中，安全与生产既有矛盾性，又有统一性。安全与生产的矛盾，首先是生产过程中的人的不安全、物的不安全状态与生产顺利进行的矛盾；其次是安全工作与生产工作的矛盾，表现为采取安全措施时会影响生产，增加成本。从长远看，这些矛盾只是暂时的，矛盾一解决，很快就会促进生产，提高劳动生产率。这种矛盾是表面的、浅层次的矛盾，实际上，安全与生产是统一的。严格执行安全规定，看似降低劳动生产率，但从深层次看，一旦发生事故，将会损失更多工时，将会造成生命和财产损失。另一方面，生产的发展，为安全创造必要物质条件。所以安全与生产互为条件，相互依存。没有生产活动，安全问题就不可能存在；没有安全条件，生产也不能顺利进行。安全促进生产，生产必须安全。

从经济规律来讲，安全投入和煤矿销售收入均是要以最少的投入获取最多的产出。因此，煤矿应有合理的安全投入保证劳动的正常进行，增加煤矿生产经济的产出；避免或减少事故的发生，减少事故带来损失。煤矿安全设施的实施，受煤矿生产经济和现有开采技术的制约。安全投入出自煤矿收入的一部分，如何处理好两者的关系至关重要。煤矿生产必须在安全的条件下进行，煤矿销售收入就必须优先考虑有关安全的问题，要把生产过程置于安全经济规律的约束之下，使其符合安全要求；同时，煤矿安全设施受经济的制约，经济（生产）不发展，就没有足够的安全投入，也就不会有足够煤矿安全设施。经济（生产）的发展，才有安全投入的基础，两者相辅相成。随着煤矿安全生产技术的不断更新，煤矿从业人员积累了较多关于解决瓦斯灾害、水害等治理经验，安全投入从某种程度来说，将会保持在一个合理的位置，而不会完全随着煤炭产量的增加而增加。

4 结语

对调整后的煤炭生产系统冲量过程模型检验a1=0，a2=-1，a3=-1，a4=0，a5=-1满足（1）、（2）式；

式。此时，煤炭生产系统冲量过程冲量稳定、值稳定。

综上，在2012年国发2号文件《国务院关于进一步促进贵州经济社会又好又快发展的若干意见》和“西电东送”能源战略的背景下，上述冲量过程模型在较长一段时间内是稳定的。煤炭作为重要的一次性能源，在遵循市场经济的前提下，相关管理职能部门还必须进行宏观调控。煤炭产量增加保障了与日俱增的煤炭需求，但加深了煤矿生产与安全之间的博弈。因此，煤矿生产单位加强煤矿安全生产的意识和执行力将至关重要，同时相关管理职能部门针对煤炭生产不同时期的政策措施是解决这一博弈的关键。

[1] 姜启源，谢金星，叶俊.数学模型[M].高等教育出版社，2006：248-253.

[2]国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程.[M].煤炭工业出版社，2011

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.15.003

贵州省科学技术基金项目：岩溶地区矿井突水预测信息系统——以桐梓煤矿为例（黔科合J字[2011]2036号）