礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)方法及內(nèi)容探析

季洪圖

(勃利縣國(guó)土資源局，黑龍江 勃利 154500)

礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)方法及內(nèi)容探析

季洪圖

(勃利縣國(guó)土資源局，黑龍江 勃利 154500)

開(kāi)采設(shè)計(jì)是整個(gè)礦井設(shè)計(jì)中的重要部分，設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣直接關(guān)系著生產(chǎn)的安全性和全礦井的經(jīng)濟(jì)利益。因此，開(kāi)采設(shè)計(jì)必須按《煤炭工業(yè)技術(shù)政策》、《煤礦安全規(guī)程》、《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行。本文主要闡述了礦井開(kāi)采的初步設(shè)計(jì)，重點(diǎn)研究了方案比較法及其步驟、內(nèi)容等。同時(shí)研究了其他幾種設(shè)計(jì)方法：統(tǒng)計(jì)分析法、標(biāo)準(zhǔn)定額法、數(shù)學(xué)分析法等。

礦井開(kāi)采；設(shè)計(jì)方法；方案比較法

開(kāi)采設(shè)計(jì)是整個(gè)礦井設(shè)計(jì)中的重要部分，設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣直接關(guān)系著生產(chǎn)的安全性和全礦井的經(jīng)濟(jì)利益。因此，開(kāi)采設(shè)計(jì)必須按《煤炭工業(yè)技術(shù)政策》、《煤礦安全規(guī)程》、《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行。開(kāi)采設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是采區(qū)設(shè)計(jì)，采區(qū)是整個(gè)礦區(qū)的核心，井下所有設(shè)施設(shè)備、巷道布置都是為采區(qū)服務(wù)的。確定了采區(qū)設(shè)計(jì)方案后，再設(shè)計(jì)車(chē)場(chǎng)及相關(guān)硐室與之匹配。

1 礦井開(kāi)采的初步設(shè)計(jì)

第一，根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、煤層的穩(wěn)定性和開(kāi)采條件分析比較選擇采煤方法；說(shuō)明風(fēng)井位置的選擇及平面布置；確定工業(yè)場(chǎng)地的防洪排澇措施。

第二，確定礦井供電電源、電力負(fù)荷，計(jì)算噸煤耗電量，確定井上、下配電系統(tǒng)和設(shè)備的選型；確定地面照明供電系統(tǒng)與控制，礦井通信系統(tǒng)和通信設(shè)備的選型；說(shuō)明井下環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

第三，概述建設(shè)地區(qū)的環(huán)境狀況，說(shuō)明設(shè)計(jì)采用的環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)鍋爐、煤場(chǎng)引起的大氣污染，礦井排水和居住區(qū)生活用水的水污染，壓風(fēng)機(jī)房和通風(fēng)機(jī)房的噪聲污染，煤矸石垃圾等固體廢棄物以及地表塌陷對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞提出防治控制措施；根據(jù)環(huán)境保護(hù)方案估算環(huán)境保護(hù)費(fèi)用；設(shè)置環(huán)境保護(hù)管理機(jī)構(gòu)和監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)。

2 方案比較法

2.1 方案比較法的步驟及內(nèi)容

通過(guò)深入、細(xì)致分析，提出若干個(gè)技術(shù)上可行、可靠的方案。如果可行方案較多，則需要進(jìn)行比較，刪除在技術(shù)、安全和經(jīng)濟(jì)上明顯不合理的方案，最后篩選確定的可行方案一般不少于3個(gè)。由于設(shè)計(jì)的內(nèi)容不同，技術(shù)分析的內(nèi)容也不盡相同。礦井開(kāi)拓方案技術(shù)分析的幾項(xiàng)主要內(nèi)容為：

A.開(kāi)拓方案要在使用先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)集中化生產(chǎn)，以獲得較高效益。

B.井口的位置應(yīng)盡可能平坦，以便于工業(yè)廣場(chǎng)的布置，避免洪澇、滑坡等自然災(zāi)害的影響。

C.開(kāi)拓布置要盡可能考慮不遷移村莊，盡量少占農(nóng)田、少壓煤或不壓煤，以提高煤炭采出率。

D.符合礦區(qū)總體設(shè)計(jì)要求。

2.2 經(jīng)濟(jì)比較法

計(jì)算各可行方案的工程量、基建投資、建井工期、生產(chǎn)費(fèi)用、可采煤等主要指標(biāo)，進(jìn)行比較。各主要指標(biāo)的內(nèi)容和費(fèi)用計(jì)算如下：

A.工程量包括井巷工程量(井巷、硐室的工程量分別按m和m3計(jì)量)、地面建筑工程量(按建筑面積m2計(jì)量，軌道和管線(xiàn)等按m計(jì)量)、機(jī)電設(shè)備安裝工程量(按設(shè)備臺(tái)數(shù)或成套設(shè)備套數(shù)計(jì)量)和其他工程量(平整土地按土石方計(jì)量)。

B.基本建設(shè)投資包括井巷工程量投資、地面建筑和構(gòu)筑物投資、機(jī)電設(shè)備安裝工程量投資和其他工程量投資。

值得注意的是，在計(jì)算井巷掘進(jìn)、巷道維護(hù)、提升、運(yùn)輸、排水、通風(fēng)費(fèi)用時(shí)，使用了各種單價(jià)，這些單價(jià)所含費(fèi)用項(xiàng)目不盡相同。如:井巷掘進(jìn)費(fèi)用由直接定額費(fèi)用、井巷工程輔助費(fèi)用、現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)費(fèi)、間接費(fèi)用及勞動(dòng)保險(xiǎn)費(fèi)稅金等費(fèi)用構(gòu)成。費(fèi)用計(jì)算應(yīng)按煤炭建筑安裝工程造價(jià)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)和程序進(jìn)行。

2.3 綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果，擇優(yōu)確定礦井開(kāi)拓主導(dǎo)方案

A.噸煤成本。噸煤成本是礦井生產(chǎn)總成本除以礦井產(chǎn)量的值，是一項(xiàng)綜合性指標(biāo)。

B.勞動(dòng)生產(chǎn)率。煤礦勞動(dòng)生產(chǎn)率是采煤工作面日產(chǎn)量與采煤工作面晝夜出勤人數(shù)的比值。

C.折算費(fèi)用法。礦井方案的所有費(fèi)用可分成基本建設(shè)投資費(fèi)用和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)用兩部分，兩部分費(fèi)用不能簡(jiǎn)單相加。上述方法是將兩種性質(zhì)不同的費(fèi)用折算成一種費(fèi)用，故稱(chēng)折算費(fèi)用法。折算費(fèi)用法一般以年為計(jì)算周期，相應(yīng)的折算費(fèi)用為年折算費(fèi)用。

2.4 方案比較中應(yīng)注意的問(wèn)題

A.各方案間的可比性方案進(jìn)行比較時(shí)，經(jīng)濟(jì)比較的方法應(yīng)相同。

B.方案比較應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，具體問(wèn)題具體分析。由于原始資料不可能十分準(zhǔn)確，各種費(fèi)用單價(jià)的選取要符合生產(chǎn)實(shí)際。實(shí)際工作中，在進(jìn)行大方案比較之前，往往把幾項(xiàng)局部方案綜合在一起進(jìn)行比較，這時(shí)就需要綜合各項(xiàng)內(nèi)容，以便進(jìn)行統(tǒng)一的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較。

3 其他幾種設(shè)計(jì)方法

統(tǒng)計(jì)分析法、標(biāo)準(zhǔn)定額法、數(shù)學(xué)分析法、經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)規(guī)劃法等設(shè)計(jì)方法是在方案比較法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)規(guī)劃法是應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行礦井設(shè)計(jì)的一種新方法。

3.1 統(tǒng)計(jì)分析法

統(tǒng)計(jì)分析法是應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理，對(duì)生產(chǎn)礦井中的某一實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，找出相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系，得到參數(shù)的合理平均值或取值范圍的一種方法。如：某礦井區(qū)段的地質(zhì)因素和技術(shù)因素已經(jīng)確定，通過(guò)大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取一個(gè)使生產(chǎn)成本最低的合理工作面長(zhǎng)度，調(diào)查一定條件下的巷道維護(hù)費(fèi)用，以確定相似條件下的費(fèi)用參數(shù)等。但應(yīng)注意：合理的參數(shù)是在一定條件下取得的，當(dāng)條件改變時(shí)，需要重新統(tǒng)計(jì)以獲得新的參數(shù)。因此，合理參數(shù)的適用具有局限性，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合各礦區(qū)的具體條件選取參數(shù)。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)定額法

根據(jù)采區(qū)走向長(zhǎng)度和傾斜長(zhǎng)度，確定礦井采區(qū)數(shù)目等。標(biāo)準(zhǔn)定額法的定額值是充分調(diào)查研究的結(jié)果，應(yīng)反映最新的技術(shù)成果、管理水平和安全性。

3.3 數(shù)學(xué)分析法

數(shù)學(xué)分析法是通過(guò)分析影響噸煤成本的各種因素，列出相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系表達(dá)式，并利用微分求極值的原理，求出使噸煤成本最低的各個(gè)參數(shù)值的方法。在礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)中，應(yīng)用數(shù)學(xué)分析法可以研究合理的工作面長(zhǎng)度、采區(qū)走向長(zhǎng)度、礦井生產(chǎn)能力等。由于技術(shù)、安全和管理等因素不能量化，礦井設(shè)計(jì)中一些局部問(wèn)題多采用此方法，它是方案比較法的一種補(bǔ)充形式。

3.4 經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)規(guī)劃法

解算并比較結(jié)果，求出最優(yōu)方案和相應(yīng)的最佳參數(shù)值。利用經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)規(guī)劃法對(duì)全礦生產(chǎn)工藝系統(tǒng)和局部分支系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，由于礦井的復(fù)雜性，數(shù)學(xué)模型中的方程和約束條件較多，用編程技術(shù)和計(jì)算機(jī)解算，可使設(shè)計(jì)工作量大大減少。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)應(yīng)用數(shù)學(xué)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)規(guī)劃法將得到進(jìn)一步的完善，成為礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)的重要方法之一。

[1] 徐永圻.煤礦開(kāi)采學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.

[2] 周英.采煤概論[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2013.

[3] 趙利安.采煤概論[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2011.

Design method and content of mine mining

JI Hong-tu

(Boli Land Resources Bureau, Boli 154500, China)

The mining design is an important part of the whole mine design. The merits of the design scheme are directly related to the safety of the production and the economic benefits of mine. Therefore, the mining design must be strictly enforced according to “technology policy of coal industry”, “safety regulations of coal mine”, “design specifications of coal mine” and other relevant regulations. This paper mainly elaborates the preliminary design of mine mining, researches the program comparison method, its steps and contents. At the same time, several other design methods are studied: statistical analysis method, standard quota method and mathematical analysis method.

Mine mining; Design method; Scheme comparison method

TD802

： B

： 1674-8646(2017)16-0064-02

2017-05-19

季洪圖(1967-)，男(滿(mǎn)族)，助理工程師。