煤炭企業(yè)煤炭資源回收率合理性評價模型研究

李堂軍，劉 妮，葉 凱

(山東科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，山東 青島 266590)

煤炭資源作為一種不可再生的一次性能源，在一次性能源中占比為50—60%，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。如何提高煤炭資源的回收率成為影響我國煤炭企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。由于歷史的原因加之我國煤炭生產(chǎn)目前是由粗放式生產(chǎn)向集約式過渡階段，處于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型期，同時近幾年我國煤炭企業(yè)大力推廣放頂煤開采技術(shù)，管理方式未及時與這一生產(chǎn)技術(shù)相適應(yīng)，造成了煤炭資源回收率較低，采區(qū)回收率平均為63%，其中厚煤層平均回收率63%，中厚煤層70%，薄煤層78%。而小型煤礦采區(qū)平均回收率僅為58%[1]。對于煤炭回收率高低、合理的判斷以往主要是以發(fā)達(dá)國家的回收率值和國家安全規(guī)程規(guī)定的值作為參考標(biāo)準(zhǔn)，這一判斷標(biāo)準(zhǔn)往往只注重?cái)?shù)值的大小，而忽略了煤炭資源回收率是受眾多因素共同影響的，不同區(qū)域、不同的地質(zhì)條件、不同的開采方法、不同管理水平其煤炭回收率必然不同，如AhmedS.SayedAhmed發(fā)現(xiàn)納米氣泡應(yīng)用于煤浮選可以使回收率增加5至50個絕對百分點(diǎn)[2]，可見在不同的工藝操作條件與不同的回收方式下，煤炭資源回收率具有很大差距。 此外，汪克亮、楊力等[3]指出中國區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的顯著不平衡同樣導(dǎo)致各地區(qū)技術(shù)水平發(fā)展的差異，已有評價標(biāo)準(zhǔn)的研究幾乎都是基于三大地區(qū)具有相同參考技術(shù)這一假定,沒有考慮到區(qū)域技術(shù)差距的現(xiàn)實(shí)，有失合理性。據(jù)以上研究成果總結(jié)發(fā)現(xiàn)：回收率評價標(biāo)準(zhǔn)未隨開采技術(shù)與管理水平的變化而進(jìn)行相應(yīng)的修改，從而造成了所定標(biāo)準(zhǔn)不具有可操作性，未實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)煤炭企業(yè)工作的目的。開采回收率作為衡量礦產(chǎn)資源綜合利用程度的指標(biāo)之一，以往的研究多集中在如何提高回收率,對回收率評價指標(biāo)的合理性重視程度不夠[4]66。在回收率評價研究方面，劉永興[5]提出用模糊數(shù)學(xué)方法評價礦山合理回收率指標(biāo)，但其評定結(jié)果只分為合理與不合理，難以對不同的回收率做出更精準(zhǔn)的區(qū)分；陳慶發(fā)[6]著重考慮露天、 地下、 露天-地下聯(lián)合等3種開采方式的技術(shù)特點(diǎn)對開采回收率的影響，但對管理水平的影響重視程度不夠；薛文彬[7]研究了回收率的計(jì)算方法和年度回收率指標(biāo)的制定方法，但其中因素系數(shù)法的系數(shù)指定過于簡單，且偏重地質(zhì)條件，對管理及裝備水平重視程度不夠，年度指標(biāo)對比法主要參考前三年指標(biāo)，不能較好地反映當(dāng)前礦區(qū)的條件水平。鑒于以上研究的不足，本文針對我國煤炭企業(yè)的具體情況，以影響資源回收率的因素為基礎(chǔ)，建立一個綜合評價企業(yè)煤炭資源回收率是否合理的模型，以期改善目前評價標(biāo)準(zhǔn)單一的狀況，使標(biāo)準(zhǔn)更具有可操作性，進(jìn)而指導(dǎo)煤炭企業(yè)合理生產(chǎn)，提高煤炭資源回收率，實(shí)現(xiàn)煤炭企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

一、煤炭回收率及其評價標(biāo)準(zhǔn)體系

(一)煤炭回收率及合理性

在煤炭的開采過程中，由于開采技術(shù)手段、地質(zhì)條件以及管理水平的限制，埋藏在地下的煤炭資源不可能全部開采回收。因此根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)條件、不同的地質(zhì)條件及管理水平對煤炭資源回收率進(jìn)行了不同的界定，目前比較成熟的定義是分不同的階段、區(qū)域進(jìn)行定義，主要分工作面回采率、采區(qū)回采率和礦井回采率三種定義方式。可統(tǒng)一定義為采出的煤量與地下賦存煤量之比。從工作面回采率、采區(qū)回采率與礦井回采率的定義分析過程中，發(fā)現(xiàn)由于受地質(zhì)條件與生產(chǎn)技術(shù)條件的限制，同時受工作人員的操作水平與企業(yè)管理水平的制約，在計(jì)算過程中或在生產(chǎn)過程中，普遍存在計(jì)算不確定性問題，同時各工作面、采區(qū)、礦井其回采率的水平也存在一定的差異，其強(qiáng)調(diào)計(jì)算過程，而對工作人員的操作水平以及企業(yè)管理水平這兩個因素考慮較少，未將其納入。因此，本文認(rèn)為計(jì)算煤炭資源的回收率應(yīng)以礦井范圍內(nèi)考核較為科學(xué)，也具有可比性，其計(jì)算公式如下：

(1)

(1)式中：w—煤炭資源回收率；q—礦井采出煤量；qc—礦井可采儲量。

影響煤炭資源回收率的因素是多方面的，對于某一采區(qū)不同工作面盡管所采用的生產(chǎn)技術(shù)與管理水平一樣，但由于地質(zhì)條件的限制，因而造成煤炭資源回收率不一樣，即使是同一工作面在不同時間內(nèi)其煤炭資源的回收率也是不一樣的，因此什么樣的煤炭資源回收率是合理的？如何比較不同工作面、不同采區(qū)、甚至是不同的礦井之間的煤炭資源回收率是合理的？如何判斷其是否達(dá)到了較高的回收水平？是目前迫切需要界定的問題。(1)式的計(jì)算并不能解決不同企業(yè)的相互比較問題，甚至也不能解決同一企業(yè)不同條件下的比較問題。煤炭資源回收率的合理性，通過調(diào)查研究，本文認(rèn)為它應(yīng)具有以下幾個特征：一是，煤炭資源合理性的評價是一個相對的、動態(tài)的概念，是針對特定的生產(chǎn)技術(shù)水平、地質(zhì)條件與企業(yè)管理水平而言的，隨著這些條件的變化，其合理性標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)發(fā)生變化；二是，煤炭資源合理性評價所得出的評價結(jié)果必須具有可比性，即不同的地質(zhì)條件、生產(chǎn)技術(shù)水平、開采方法、機(jī)械化水平與管理水平下，所得到的評價結(jié)果具有可比性，因此煤炭資源合理性評價標(biāo)準(zhǔn)，必須對不同的條件進(jìn)行評價，給出不同的合理性標(biāo)準(zhǔn)才具有可比性；三是，煤炭資源回收率合理性結(jié)果的計(jì)算方法應(yīng)是簡單科學(xué)的，由于評價煤炭資源回收率的合理性是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，需要大量的數(shù)據(jù)，因此其計(jì)算方法必須科學(xué)簡單，才能推廣應(yīng)用和具有實(shí)用價值。

(二)煤炭資源回收率合理性標(biāo)準(zhǔn)體系

影響煤炭資源回收率合理性的因素是多方面的，大致可以分為三類：一是地質(zhì)因素，如煤炭厚度的變化與地質(zhì)構(gòu)造，其中煤層厚度的變化對煤炭資源回收率影響較大，地質(zhì)構(gòu)造主要是通過影響采煤工作面的布置、采區(qū)的設(shè)計(jì)以及采煤機(jī)械化水平，進(jìn)而影響煤炭資源的回收率[4]67。二是生產(chǎn)技術(shù)水平，根據(jù)不同的煤層賦存條件，所采用的開采方法是不同的，進(jìn)而對煤炭資源的回收率產(chǎn)生不同影響。根據(jù)不同的生產(chǎn)機(jī)械化水平其影響因素是不同的，目前我們國家開采機(jī)械化水平，主要包括炮采、一般機(jī)械化開采、綜采和放頂煤開采4種形式，每種形式都對采區(qū)回采率做出的較明確的要求。三是組織管理水平，從宏觀上看影響煤炭資源回收率的礦山企業(yè)的組織管理方法主要是有礦井設(shè)計(jì)管理方法、采區(qū)生產(chǎn)管理方法

表1 各項(xiàng)指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)

和生產(chǎn)考核方法?；谏鲜龇治?，在眾多因素中，我們采用統(tǒng)計(jì)分析的方法，從地質(zhì)條件復(fù)雜性、生產(chǎn)技術(shù)水平與管理水平三個維度建立評價煤炭資源回收率合理性指標(biāo)體系，該體系包括14個評價指標(biāo)，即地質(zhì)條件復(fù)雜性維度的指標(biāo)有:構(gòu)造復(fù)雜度、煤層結(jié)構(gòu)、煤層厚度、煤層傾角、頂板巖性、底板巖性；生產(chǎn)技術(shù)水平維度的指標(biāo)有：采煤方法、機(jī)械化水平、護(hù)巷方式、設(shè)計(jì)合理性、正規(guī)循環(huán)率；管理水平維度的指標(biāo)有：日常生產(chǎn)管理水平、煤炭回收管理、施工質(zhì)量考核值。

(三)煤炭資源回收率合理性評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)煤炭企業(yè)對煤炭資源回收率的合理程度及煤炭企業(yè)目前的實(shí)際情況，將煤炭資源回收合理程度劃分為四個等級，即不合理、合理、較合理、非常合理。由于各煤炭企業(yè)實(shí)際情況不同，影響煤炭資源回收率合理性的因素眾多，所以其評價標(biāo)準(zhǔn)集也各不相同，將評價指標(biāo)分為兩類：一類是國家有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對于這類指標(biāo)將按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行設(shè)置；另一類是國家未統(tǒng)一規(guī)定,這類指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)將以全國的平均值為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置?；谶@一原則，對應(yīng)上述4個等級的各項(xiàng)指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

二、煤炭資源回收率綜合評價模型

在建立評價模型時本文選擇模糊綜合評價模型作為評價煤炭資源回收率合理性方法。該評價方法共包含三個步驟，一是確定各因素的權(quán)重；二是利用模糊數(shù)學(xué)的方法確定綜合評價值；三是根據(jù)綜合評價值來確定評價等級[8,9]。

(一)層次分析法確定因素間的權(quán)重

在進(jìn)行模糊綜合評價時, 權(quán)重選擇得合適與否直接關(guān)系到模型的成敗，確定權(quán)重的方法有多種,常用的方法有德爾斐法、專家評議法、判斷矩陣分析法等。[10]本文采用專家評議法和層次分析法相結(jié)合來確定指標(biāo)體系各層次的權(quán)重*限于文章篇幅不再具體列示計(jì)算過程，若有需要者可與作者聯(lián)系。，標(biāo)準(zhǔn)層b1-b3對目標(biāo)a的權(quán)重α=(0.286,0.571,0.143),各指標(biāo)對各準(zhǔn)則層的權(quán)重分別為β1=(0.437,0.217,0.168,0.08,0.046,0.046),β2=(0.571,0.286,0.143),β3=(0.423,0.269,0.175,0.096,0.056),再進(jìn)行權(quán)重的再分配，以確定各指標(biāo)總權(quán)重情況wi=(0.125,0.062,0.048,0.023,0.013,0.013,0.326,0.163,0.082,0.060,0.038,0.025,0.014,0.008)[11]。

(二)模糊綜合評價方法確定綜合評價值

為確定各評價指標(biāo)的隸屬度，首先根據(jù)某生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際情況確定各指標(biāo)的觀測數(shù)值，根據(jù)實(shí)際觀測數(shù)據(jù)，再依據(jù)上述對各評價指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)，以線性函數(shù)形式來計(jì)算其隸屬度。在確定各評價指標(biāo)隸屬度的基礎(chǔ)上，以隸屬度與其權(quán)重相乘后求和得到評價結(jié)果的評價值，即：

(2)

(3)

(2)(3)式中：Rbi—第i個維度的評價值；k—第i個維度的指標(biāo)數(shù)；βij—第i個維度第j個指標(biāo)的權(quán)重； Rci—第i個指標(biāo)的隸屬度；R—煤炭資源回收率合理性評價值；ωi—第i個評價指標(biāo)的權(quán)重。[12,13]

煤炭資源回收率合理性評價等級是在煤炭資源回收率合理評價值的基礎(chǔ)上，通過下式進(jìn)行計(jì)算其相對標(biāo)準(zhǔn)值：

(4)

(4)式中：r—煤炭資源回收率相對標(biāo)準(zhǔn)值；H—煤炭資源回收率實(shí)際值。

(三)煤炭資源回收率合理性評價等級劃分

根據(jù)r值的大小，將煤炭資源回收率合理性評價等級分為以下幾個：r<0為不合理；0

三、實(shí)證分析

付村煤業(yè)有限公司隸屬于棗莊礦業(yè)集團(tuán)，礦井設(shè)計(jì)能力為120萬t/年，現(xiàn)生產(chǎn)能力已達(dá)到300萬t/年。所采煤層為3煤。在礦井井田范圍內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造簡單，大斷層較少，煤層屬于傾斜特厚煤層，煤層構(gòu)造簡單，煤質(zhì)優(yōu)良。所采用的采煤方法在生產(chǎn)初期采用綜合機(jī)械化采煤，近幾年隨著綜采放頂煤技術(shù)的成熟與推廣，在該井田內(nèi)采用綜采放頂煤技術(shù)，大大提高了礦井生產(chǎn)的規(guī)模，煤炭產(chǎn)量增長迅速，成為棗莊礦業(yè)集團(tuán)主力礦井之一。由于綜采放頂技術(shù)本身的特點(diǎn)，在追求生產(chǎn)規(guī)模與效率的同時也不可避免地影響到煤炭資源的回收率，在實(shí)踐中，公司科技人員積極探索實(shí)驗(yàn)，對現(xiàn)有的放頂煤工藝及其在煤炭資源損失的主要方法上做了大量的工作，極大地提高了資源的回收率，近幾年煤炭資源回收率穩(wěn)步提高，其具體情況如表2所示。

表2 付村煤業(yè)有限公司近幾年煤炭資源回收率情況

通過現(xiàn)場調(diào)查與數(shù)據(jù)搜集整理，付村煤業(yè)有限公司2015年煤炭資源回收率合理性評價指標(biāo)值及其隸屬度計(jì)算值如表3所示。

以上述數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)(2)式與(3)式計(jì)算其綜合評價值：

根據(jù)(4)式計(jì)算該公司近幾年的煤炭資源回收率合理評價等級如表4所示。從表4中可以看出，在2011年該公司煤炭資源回收率處于不合理等級，從2012年該公司煤炭資源回收率處于合理等級，2015年達(dá)到較合理等級。

以2011年為例，煤炭資源合理性評價等級計(jì)算過程如下：

2011年的煤炭資源回收合理性相對值為-0.0223，即屬于不合理等級，其他年份的計(jì)算過程以此類推，2012—2015年間的煤炭資源合理性評價等級分別為合理、合理、合理、較合理。

表3 2015年付村煤業(yè)有限公司煤炭資源回收率合理性指標(biāo)值及其隸屬度

據(jù)表4可知，5年內(nèi)付村煤業(yè)有限公司在煤炭資源回收方面實(shí)現(xiàn)了從“不合理”(合理性相對值為-0.022 3)到“較合理”(合理性相對值為0.115 6)的轉(zhuǎn)變，取得了較令人滿意的成績。由表1和表4可知，C1-C6為客觀的煤礦環(huán)境，短時間內(nèi)無法改變，因此5年內(nèi)煤炭資源回收方面的進(jìn)步主要得益于采煤方法、技術(shù)水平、管理水平等方面的提高，其中C11-C13的對合理性等級的提升貢獻(xiàn)最大，正規(guī)循環(huán)率(C11)高達(dá)99%，日常管理水平(C12)與煤炭資源回收管理水平(C13)均為優(yōu)秀。此外，在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝方面，公司科技人員積極探索，不斷優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，取得了突破性的成績，大大提高了設(shè)計(jì)的合理性，設(shè)計(jì)合理性(C10)達(dá)到合理等級，減少了由綜采放頂煤技術(shù)自身特點(diǎn)所帶來的損失，提高了煤炭資源回收率。但在某些方面依然存在一些問題，例如，在采區(qū)護(hù)巷方式設(shè)計(jì)過程中，采用窄小煤柱護(hù)巷，其煤柱的大小仍有一定的空間；對于放頂開采兩巷頂煤、開切眼頂煤、工作面到巷道的過渡階段的頂煤、邊界不規(guī)則煤層的開采等回收不到位的問題依然存在；在放煤工藝上，由于地下環(huán)境的影響，對于是否放凈、日常的浮煤清掃等管理上，仍有不到位的現(xiàn)象。

根據(jù)上述分析，為進(jìn)一步提高煤炭資源回收水平，付村煤業(yè)有限公司應(yīng)對以下幾方面采取一定的改善措施：

(1)積極開展科學(xué)研究，探討采用無煤柱開采的可行性；

(2)加強(qiáng)煤炭資源回收管理，對頂煤、邊界不規(guī)則煤層等回收問題采取應(yīng)對措施；

(3)提高科研水平、技術(shù)水平，為減少環(huán)境對放煤工藝影響提供技術(shù)支持；

(4)進(jìn)一步提高管理水平，加強(qiáng)日常的浮煤清掃等管理工作的力度。

四、結(jié)語

煤炭資源回收率合理性評價問題涉及因素眾多，且因素間的關(guān)系具有一定的隨機(jī)性與不確定性。[14]本文針對我國煤炭企業(yè)的具體情況分析了影響煤炭資源回收的主要影響因素，以國家標(biāo)準(zhǔn)和全國平均值為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了煤炭資源回收率的評價指標(biāo)體系和評價模型，改善目前評價標(biāo)準(zhǔn)單一的狀況，使標(biāo)準(zhǔn)更具有可操作性，可以指導(dǎo)煤炭企業(yè)合理生產(chǎn)，提高煤炭資源回收率，實(shí)現(xiàn)煤炭企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文利用評價模型對付村煤業(yè)有限公司的煤炭資源回收情況進(jìn)行了評價分析，比較客觀地反映了企業(yè)實(shí)際情況，付村煤業(yè)有限公司礦井井田范圍內(nèi)，地質(zhì)構(gòu)造簡單，大斷層較少，煤層屬于傾斜特厚煤層，煤層構(gòu)造簡單，影響其煤炭資源回收率的關(guān)鍵因素是工藝設(shè)計(jì)的合理性與管理水平，5年內(nèi)公司通過提高這兩方面的水平極大改善了煤炭資源回收率的合理性，這也說明該模型對煤炭資源回收率的合理性評價是可行的。

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