矿山多阶段复合开采工艺安全可靠性分析

张会辰

（山东王晁煤电集团有限公司,山东 枣庄 277100）

复合开采工艺是指在一个露天工作矿场内同时采取两种或两种以上的矿产开采工艺。在复合开采工艺过程中，不同的开采工艺可以在矿场工作范围内任意组合，也可以在立面或平面上进行组合，能够充分发挥各项单一工艺的技术优势，并针对矿体及其资源覆盖特征，相应选取各种适合其开采的单一工艺进行综合，故其开采效率较高。

1 矿山工程可靠性计算

下面分析采场临近开采部位之间矿产作业的可靠性。按照矿山开采工程的进度，开采部位1可以具备两个相斥的假设：

H1表示部位1进行开采作业；H2表示部位1不进行开采作业，即处于故障状态。从部位1上的工艺组合可靠度能够确定以上假设出现的基本概率。即：

公式（1）中P(H1)、P(H2)分别代表事件H1和H2的发生概率；K1代表部位1的工艺组合可靠度。

对于开采部位2而言，或完成开采作业(事件A)，或不进行开采作业(事件B)，此时：

按照矿山开采的发展制约关系以及概率论原理，得到以下公式：

K2表示部位2上的工艺可靠度；μ代表部位l和部位2之间的储量后备系统。假设拥有足够丰富的储量来确保部位2正常进行，则μ=1，否则0≤μ＜l。P(A)表示部位2矿山工程开采的可靠度，K1表示部位l矿山工程开采的可靠度，开采部位3在以上公式中完成K1、K2的转变，即可获得其矿山工程开采的可靠度，具体见以下递推式：

Pi表示部位i上矿山工程开采的可靠度；Pi-1代表部位i一1上矿山工程的可靠度；K1表示部位i复合工艺的可靠度；μi-1代表部位i一1和i之间的储量后备系统。

2 运提可靠性计算

本文考虑到两条运输线路共用一个提升机的前提下，运输模块具体包括矿井、溜经、升井等；提升模块则主要是由提升机、运车系统等构成。

运输模块中关于其可靠度分别用公式表达为：

并联构成的运输子系统可靠度用公示表示为：

则整个运提模块的可靠度用公式表示为：

地下矿山开采工艺中涉及到的一系列设备都是可修复的，且其使用寿命基本服从系数分布，即：

则提运模块可靠度为：

在整个矿山多阶段复合开采工艺应用中，涉及到多个方面的内容，如开拓、采准、回采等过程，因而可以将各个过程中的采装模块、运提模块统一看做是由n个设备共同组成的并联可修复模块，假设每一个设备可靠度Ri(i=1,2,3,......n)，i代表钻井、装岩机、挖掘机、提升机、矿车等等。

根据作业可靠性和成本关系的分析，系统第i个设备的可靠性和维系成本Xi的关系公式为：

公式中，αi、βi均代表回归系数。

转化为成本费用一定的情况下，求R1,R2,....Rn，其约束前提为：

3 复合开采工艺的可靠性分析

复合开采工艺基本受以下两大因素的影响：单个作业面上的开采工艺本身的可靠性；由不同开采工艺所构成的复合工艺内不同工艺之间的转换。提高单一开采工艺的可靠性，有利于提高开采总过程的可靠性。在尽可能不影响复合开采工艺的总可靠性的前提下，有必要实现各个开采工艺的优化。为确保开采的总可靠性，工作面的工作平台必须根据不同矿车的具体位置和距离进行配置，从而保障了单个工艺的最大可靠度。即:

式中Rs代表开采工艺总过程的可靠度；H代表矿床总开采深度；D代表开采富余量；S代表矿床作业长度，Q代表矿山超前开采量。

为实现Rs最大、Q最小，超前开采量必须根据个各工艺流程的重要程度Wi进行配置，即：

根据公式能够获得各个设备超前开采量，即可计算出对应的富余量，即：

公式中，Ai表示第i种工艺所匹配分到的富余量，如需分配到n个开采阶段，则n个阶段的开采总和必须小于n值a1+a2+....+ai≤Ai，即 ：其中，a1，a2，ai等均为各开采阶段的富余量；Di表示第种开采工艺配置到的超前开采量；Si代表第i阶段开采中心处的开采作业总长度；Hi代表第i阶段下开采中心处的开采深度最大值。

4 结语

本文明确了复合开采工艺是以后露天矿山发展的主要方向，并提出了矿山多阶段复合开采工艺设计，对矿山多阶段复合开采工艺安全可靠性进行分析，依托露天复合开采工艺的结合机制，根据开采数据的反馈与分析，建立了保证复杂工艺条件下开矿稳定性的计算公式，对其运提可靠性以及开采工艺之间的安全可靠性进行研究，实现本文设计。希望本文的研究能够为矿山多阶段复合开采工艺安全可靠性设计的研究提供一定程度的理论根据。