礦山多階段復(fù)合開采工藝安全可靠性分析

張會(huì)辰

（山東王晁煤電集團(tuán)有限公司,山東 棗莊 277100）

復(fù)合開采工藝是指在一個(gè)露天工作礦場(chǎng)內(nèi)同時(shí)采取兩種或兩種以上的礦產(chǎn)開采工藝。在復(fù)合開采工藝過程中，不同的開采工藝可以在礦場(chǎng)工作范圍內(nèi)任意組合，也可以在立面或平面上進(jìn)行組合，能夠充分發(fā)揮各項(xiàng)單一工藝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并針對(duì)礦體及其資源覆蓋特征，相應(yīng)選取各種適合其開采的單一工藝進(jìn)行綜合，故其開采效率較高。

1 礦山工程可靠性計(jì)算

下面分析采場(chǎng)臨近開采部位之間礦產(chǎn)作業(yè)的可靠性。按照礦山開采工程的進(jìn)度，開采部位1可以具備兩個(gè)相斥的假設(shè)：

H1表示部位1進(jìn)行開采作業(yè)；H2表示部位1不進(jìn)行開采作業(yè)，即處于故障狀態(tài)。從部位1上的工藝組合可靠度能夠確定以上假設(shè)出現(xiàn)的基本概率。即：

公式（1）中P(H1)、P(H2)分別代表事件H1和H2的發(fā)生概率；K1代表部位1的工藝組合可靠度。

對(duì)于開采部位2而言，或完成開采作業(yè)(事件A)，或不進(jìn)行開采作業(yè)(事件B)，此時(shí)：

按照礦山開采的發(fā)展制約關(guān)系以及概率論原理，得到以下公式：

K2表示部位2上的工藝可靠度；μ代表部位l和部位2之間的儲(chǔ)量后備系統(tǒng)。假設(shè)擁有足夠豐富的儲(chǔ)量來確保部位2正常進(jìn)行，則μ=1，否則0≤μ＜l。P(A)表示部位2礦山工程開采的可靠度，K1表示部位l礦山工程開采的可靠度，開采部位3在以上公式中完成K1、K2的轉(zhuǎn)變，即可獲得其礦山工程開采的可靠度，具體見以下遞推式：

Pi表示部位i上礦山工程開采的可靠度；Pi-1代表部位i一1上礦山工程的可靠度；K1表示部位i復(fù)合工藝的可靠度；μi-1代表部位i一1和i之間的儲(chǔ)量后備系統(tǒng)。

2 運(yùn)提可靠性計(jì)算

本文考慮到兩條運(yùn)輸線路共用一個(gè)提升機(jī)的前提下，運(yùn)輸模塊具體包括礦井、溜經(jīng)、升井等；提升模塊則主要是由提升機(jī)、運(yùn)車系統(tǒng)等構(gòu)成。

運(yùn)輸模塊中關(guān)于其可靠度分別用公式表達(dá)為：

并聯(lián)構(gòu)成的運(yùn)輸子系統(tǒng)可靠度用公示表示為：

則整個(gè)運(yùn)提模塊的可靠度用公式表示為：

地下礦山開采工藝中涉及到的一系列設(shè)備都是可修復(fù)的，且其使用壽命基本服從系數(shù)分布，即：

則提運(yùn)模塊可靠度為：

在整個(gè)礦山多階段復(fù)合開采工藝應(yīng)用中，涉及到多個(gè)方面的內(nèi)容，如開拓、采準(zhǔn)、回采等過程，因而可以將各個(gè)過程中的采裝模塊、運(yùn)提模塊統(tǒng)一看做是由n個(gè)設(shè)備共同組成的并聯(lián)可修復(fù)模塊，假設(shè)每一個(gè)設(shè)備可靠度Ri(i=1,2,3,......n)，i代表鉆井、裝巖機(jī)、挖掘機(jī)、提升機(jī)、礦車等等。

根據(jù)作業(yè)可靠性和成本關(guān)系的分析，系統(tǒng)第i個(gè)設(shè)備的可靠性和維系成本Xi的關(guān)系公式為：

公式中，αi、βi均代表回歸系數(shù)。

轉(zhuǎn)化為成本費(fèi)用一定的情況下，求R1,R2,....Rn，其約束前提為：

3 復(fù)合開采工藝的可靠性分析

復(fù)合開采工藝基本受以下兩大因素的影響：?jiǎn)蝹€(gè)作業(yè)面上的開采工藝本身的可靠性；由不同開采工藝所構(gòu)成的復(fù)合工藝內(nèi)不同工藝之間的轉(zhuǎn)換。提高單一開采工藝的可靠性，有利于提高開采總過程的可靠性。在盡可能不影響復(fù)合開采工藝的總可靠性的前提下，有必要實(shí)現(xiàn)各個(gè)開采工藝的優(yōu)化。為確保開采的總可靠性，工作面的工作平臺(tái)必須根據(jù)不同礦車的具體位置和距離進(jìn)行配置，從而保障了單個(gè)工藝的最大可靠度。即:

式中Rs代表開采工藝總過程的可靠度；H代表礦床總開采深度；D代表開采富余量；S代表礦床作業(yè)長度，Q代表礦山超前開采量。

為實(shí)現(xiàn)Rs最大、Q最小，超前開采量必須根據(jù)個(gè)各工藝流程的重要程度Wi進(jìn)行配置，即：

根據(jù)公式能夠獲得各個(gè)設(shè)備超前開采量，即可計(jì)算出對(duì)應(yīng)的富余量，即：

公式中，Ai表示第i種工藝所匹配分到的富余量，如需分配到n個(gè)開采階段，則n個(gè)階段的開采總和必須小于n值a1+a2+....+ai≤Ai，即 ：其中，a1，a2，ai等均為各開采階段的富余量；Di表示第種開采工藝配置到的超前開采量；Si代表第i階段開采中心處的開采作業(yè)總長度；Hi代表第i階段下開采中心處的開采深度最大值。

4 結(jié)語

本文明確了復(fù)合開采工藝是以后露天礦山發(fā)展的主要方向，并提出了礦山多階段復(fù)合開采工藝設(shè)計(jì)，對(duì)礦山多階段復(fù)合開采工藝安全可靠性進(jìn)行分析，依托露天復(fù)合開采工藝的結(jié)合機(jī)制，根據(jù)開采數(shù)據(jù)的反饋與分析，建立了保證復(fù)雜工藝條件下開礦穩(wěn)定性的計(jì)算公式，對(duì)其運(yùn)提可靠性以及開采工藝之間的安全可靠性進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)本文設(shè)計(jì)。希望本文的研究能夠?yàn)榈V山多階段復(fù)合開采工藝安全可靠性設(shè)計(jì)的研究提供一定程度的理論根據(jù)。