煤矿矿井设计及采区优化

惠庆祝

(七台河市桃山区煤炭生产安全监察管理局，黑龙江 七台河 154600)



煤矿矿井设计及采区优化

惠庆祝

(七台河市桃山区煤炭生产安全监察管理局，黑龙江 七台河 154600)

本文主要阐述了矿井设计方案优化的内容、准则和方法，研究了优化模型存在的问题与改进途径，提出了优化模型的总体结构、矿井设计优化的子系统模型。

矿井设计；采区优化；系统模型

1 矿井设计优化

1.1 近水平煤层矿井设计方案优化

开采近水平煤层矿井开拓系统方案，与开采煤层倾角较大的矿井相比，有如下特点:a.井田边界和形状不规则。有的可能大致成长方形，多数井田呈不规则的多边形。b.水平划分和大巷位置的不确定性。多数矿井不按煤层等高线来划分开采水平，而是按条件布置，有的由于煤层数目多，根据煤层分组布置大巷；有的由于倾斜长度大而划分不同水平开采，多数不超过两个水平；大巷的方位不一定按煤层走向方向，几条大巷不一定近乎平行，有的甚至呈放射状布置。c.采区巷道布置和采区划分比较灵活。为了编制出具有较大通用性的近水平煤层矿井开拓方案的整体优化模型和程序，使之能概括近水平煤层绝大部分矿井的开拓方案，适用于同类矿井的设计优化，需要提出一个典型的开拓方案结构模型。为此，提出如图1所示的典型开拓系统模型结构。

图1 近水平煤层矿井典型开拓系统结构Fig.1 Structure of typical open system in near-level coal seam

1.2 缓斜煤层矿井设计方案优化模型结构

倾角大致在10°～35°的缓斜煤层，矿井井田形态和形状比较规则，开拓巷道的布置有一定规律。矿井设计整体优化模型的结构可以按图2的形式构造。

图2 缓斜煤层矿井典型开拓系统结构Fig.2 Structure of typical open system in gently inclined coal mine

按整体模型综合优化的内容，在给定的井田范围内，有可能出现的井型和开拓系统方案，就其主要技术决定内容可分作7个层次，相互组合形成各种不同的开拓方案。

1.3 矿井设计优化的子系统模型

在以确定矿井生产能力和开拓系统为主体的矿井设计整体优化模型中，所要计算的内容包括矿井的全部生产系统。在编制经济数学模型中，分成若干个子系统，分别编制相应的各部分模型，然后按子系统模型得出的结果汇总后，进行不同方案的综合评价和优化。近水平煤层和缓斜煤层矿井设计整体优化模型的子系统模型组成内容、功能和所采用的部分内容优化与计算方法基本上相同，只有少量的变动和改进。提升、运输、通风、排水方式和设备的选择等子系统模型本身的内容较多，有的基本上可作为单独的优化模型使用。

1.4 优化模型存在的问题与改进途径

第一，优化模型的结构。整体优化模型虽然能够对矿井生产能力和各种开拓系统方案进行综合优化，充分反映开拓系统各项组成部分之间的相互影响，但所得出的结果与目前矿井设计表述形式的需要不完全一致。需要在整体优化模型中有相对独立的分项(分系统)优化模型或构造单项优化模型，使之既有各自的独到功能，又能兼顾到相互之间的影响和作用，即力求优化模型的结构达到合中有分、分中有合的功能和效果。第二，投资和费用的计算。矿井设计方案优化中的重点和难点是编制适应评价指标需要的经济数学模型。投资和费用计算中存在的最大问题是将费用单价和取值完全融入各子系统内部，难以适应物价随时间变动所需要单价和取值的相应更改变动。改进途径是将工程量、工作量计算与费用计算完全分离，优化模型以技术决策和工程量计算为主体，投资和费用计算配以概算模型和程序。第三，优化与模拟的结合。如果能够把优化和模拟两种模型结合起来，或在部分子系统模型中结合一起应用，会取得更好的效果。第四，应用软件的开发。鉴于矿井设计方案优化的意义和经济效果，目前，优化模型的编制已经起步，计算机功能大幅度提高并已普及应用，要以应用软件作为开发目标，研制矿井设计方案优化模型。

2 采区设计优化

2.1 采区设计优化的内容和方法

第一，优化内容。采煤方法和采区机械装备的选择，可纳入采区设计优化范围内，也可单独优化后，进入采区设计优化模型，使采区设计优化，解决采区巷道布置方案及其主要参数选择的问题。第二，优化步骤。a.确定优化准则，采用单指标或多指标。b.编制专用或通用的技术经济数学模型，或利用已有模型。c.编制专用模型时确定技术上可行的巷道布置方案。d.确定进行优化的主要参数和各项参数取值的上下界、间隔数值。e.上机运行，输出优化结果。第三，优化方法与评价指标。最优化准则取多项评价指标时，提出指标。

2.2 计算机程序的编制

第一，定性方案的编号和代码。作为通用的优化模型和计算机程序，要求对所有可供选择的方案都适用。为进行具体条件下的采区设计方案优化，便于对所要进行比较的方案灵活地使用计算机程序，以及简化程序语言和结构，对不同巷道布置方案加以编号。第二，走向长壁采区设计优化程序结构。第三，各类采区设计优化的通用程序。第四，运算结果的输出。

2.3 应用中的启示

第一，应用采区设计优化模型，通过对大量不同方案和参数的比较，能够得出吨煤费用最低或较低的方案，包括从不同巷道布置方案中选出费用最低的方案和同一采区巷道布置方案中选取主要参数最优的方案。第二，优化模型得出的是综合最优化结果，参数的合理值更为科学。第三，优化模型应用的一些实例表明，不同巷道布置方案的优劣主要取决于费用单价，尤其是巷道掘进费和维护费单价。第四，进行采区设计优化具有明显的经济效果。第五，当井田走向长度一定，要求采区走向长度适应在其中划分为整数个采区时，这个采区优化模型可作为子模型用于采区划分方案的优选。第六，计算机程序还仅限于输出数值计算结果，应改善使之具有分析判断功能，直接输出所需要的图形和分析结果。

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[2] 刘艳伟.矿井开拓方案的技术比较与经济比较[J].科技与企业，2012，(11):47-49.

[3] 王建声，丁玉贤.大型工程项目合同架构分析[J].河南城建学院学报，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

惠庆祝(1981-)，男，工程师。

TD21

B

1674-8646(2017)08-0138-02