基于全要素指標(biāo)體系的煤礦總平面方案比選

王 元

（中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054）

礦井總平面布置一般根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)地踏勘結(jié)果，在進(jìn)行了充分的調(diào)查與研究的基礎(chǔ)上，遵循生產(chǎn)工藝原則，客觀地分析自然條件而來(lái)的[1]?，F(xiàn)階段，在煤礦總平面布置方案比選的工作中，大部分設(shè)計(jì)人員僅對(duì)工業(yè)場(chǎng)地圍墻以?xún)?nèi)，或者場(chǎng)地用地范圍線以?xún)?nèi)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)場(chǎng)地的建構(gòu)筑物、道路、堆場(chǎng)、管線、排水方式、綠化設(shè)施[2]等因素進(jìn)行定性分析，從而確定工業(yè)場(chǎng)地總平面布置的最佳方案。此方法在一定程度上實(shí)現(xiàn)了方案的最優(yōu)，但也存在指標(biāo)體系片面、主觀因素過(guò)強(qiáng)等缺點(diǎn)。

基于全要素指標(biāo)的煤礦總圖方案比選在目前評(píng)價(jià)范圍的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大總平面布置方案的評(píng)價(jià)范圍，將評(píng)價(jià)范圍逐層擴(kuò)展至場(chǎng)地以外數(shù)十公里乃至更大的范圍，分層新增生態(tài)、環(huán)境、區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會(huì)文化等影響因素作為場(chǎng)地平面布置的評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立更完善的煤礦總圖評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[3]，再借助一定的數(shù)學(xué)方法建立模型，對(duì)全要素指標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行定量分析，讓總圖方案比選的結(jié)果更加真實(shí)可靠。

該文以神木青草界呼家塔煤礦總平面布置為例，簡(jiǎn)述如何建立全要素指標(biāo)體系，并運(yùn)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行總圖方案的比選。

1 呼家塔礦井工業(yè)場(chǎng)地總平面布置方案介紹

呼家塔煤礦位于神木中雞鎮(zhèn)東部，距離神木市區(qū)約70 km，處在黃土高原和陜北毛烏素沙漠接壤的區(qū)域。區(qū)域內(nèi)地表大部被沙層和黃土覆蓋，區(qū)域地形東高西低[4]。

根據(jù)廠址選擇，呼家塔煤礦工業(yè)場(chǎng)地位于井田南邊界的中部，西鄰中大公路。煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1.20 Mt/a，采用主斜井+副斜井+回風(fēng)立井的開(kāi)拓方式，礦井采用無(wú)軌膠輪車(chē)輔助運(yùn)輸方式，煤炭由汽車(chē)外運(yùn)[5]。根據(jù)場(chǎng)地特點(diǎn)及生產(chǎn)需求，初步設(shè)計(jì)提出了三個(gè)總平面布置比選方案進(jìn)行分析對(duì)比。

方案一：場(chǎng)地占地面積18.64 hm2，工業(yè)場(chǎng)地壓覆煤炭資源3.45 Mt。輔助區(qū)位于場(chǎng)地東北部；選煤廠區(qū)位于場(chǎng)地南部；行政辦公區(qū)位于場(chǎng)地西北部，場(chǎng)地的上風(fēng)向。工業(yè)場(chǎng)地豎向布置形式采用分臺(tái)階布置[6]，工業(yè)場(chǎng)地土方量為：挖方245 500.00 m3，填方246 800.50 m3。

該方案的優(yōu)點(diǎn)：1）場(chǎng)地功能分區(qū)合理；2）場(chǎng)地行政辦公部分位于場(chǎng)地主導(dǎo)風(fēng)頻的上風(fēng)向，環(huán)境較清潔。缺點(diǎn)：1）主、副井井筒、主運(yùn)巷道的煤柱與邊界煤柱不能重合，煤炭壓覆量大；2）工業(yè)場(chǎng)地占地面積大；3）進(jìn)場(chǎng)道路短。

方案二：場(chǎng)地占地面積14.50 hm2，工業(yè)場(chǎng)地壓覆煤炭資源3.86 Mt。行政辦公區(qū)位于場(chǎng)地西北部；輔助生產(chǎn)區(qū)位于場(chǎng)地西南部；生產(chǎn)區(qū)位于場(chǎng)地東南部。工業(yè)場(chǎng)地豎向采用臺(tái)階式布置，場(chǎng)地土方工程量：挖方107 925.34 m3，填方208 342.25 m3。

該方案的優(yōu)點(diǎn)：1）工業(yè)場(chǎng)地用地避開(kāi)自然地形的沖溝，建構(gòu)筑物基礎(chǔ)容易處理；2）工業(yè)場(chǎng)地人流、物流順暢；3）進(jìn)場(chǎng)道路較長(zhǎng)，有利于社會(huì)人員在沿途設(shè)置針對(duì)煤礦員工的經(jīng)營(yíng)場(chǎng)所。缺點(diǎn)：1）場(chǎng)地面積沒(méi)有充分利用面積指標(biāo)；2）選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)的煤流由西向東，與井下來(lái)煤和煤炭外運(yùn)的方向相反；3）場(chǎng)地沒(méi)有預(yù)留后期發(fā)展的用地。

方案三：場(chǎng)地占地面積17.59 hm2，壓覆的煤炭資源約有3.11 Mt。選煤廠生產(chǎn)區(qū)位于礦井場(chǎng)地北部；輔助生產(chǎn)區(qū)在場(chǎng)地東南側(cè)；生活區(qū)位于工業(yè)場(chǎng)地的西南部。工業(yè)場(chǎng)地豎向采用臺(tái)階式布置，場(chǎng)地土方量為：挖方239 928.29 m3，填方264 969.43 m3。

該方案的優(yōu)點(diǎn)：1）場(chǎng)地人流線路便捷，煤流線路順暢，物流線路與煤流線路、人流線路均無(wú)交叉；2）主、副井井筒、主運(yùn)巷道的煤柱與邊界煤柱緊密重合，壓覆的煤炭資源量?。?）場(chǎng)地占地面積較??；4）進(jìn)場(chǎng)道路長(zhǎng)度較長(zhǎng)，有利于社會(huì)商業(yè)活動(dòng)。缺點(diǎn)：生活污水設(shè)施的選址不利于基礎(chǔ)處理，工程建設(shè)費(fèi)用較高。

2 建立全要素指標(biāo)體系

2.1 指標(biāo)體系確定

根據(jù)全要素指標(biāo)體系建立原則，首先將呼家塔煤礦的影響范圍劃分成五個(gè)層級(jí)，層級(jí)由大到小分別為：鎮(zhèn)域范圍、1500 m 范圍、1000 m 范圍、500 m 范圍、場(chǎng)地圍墻范圍。依據(jù)總圖學(xué)科理論，對(duì)劃定的五個(gè)層級(jí)由小向大逐層進(jìn)行理論分析，可以得出呼家塔煤礦理論指標(biāo)分析表。進(jìn)一步通過(guò)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研的方法[7]，對(duì)以上通過(guò)理論分析得來(lái)的因素表進(jìn)行補(bǔ)充，可以使總平面布置方案這一評(píng)價(jià)工作的結(jié)果更精準(zhǔn)。以上工作形成了呼家塔煤礦總平面布置全要素指標(biāo)分析表，見(jiàn)表1。

表1 呼家塔煤礦總圖方案全要素表[8]

將得到的要素指標(biāo)依照“技術(shù)”“經(jīng)濟(jì)”“社會(huì)影響”進(jìn)行分類(lèi)，去掉相同的因素和沒(méi)有可比性的因素，組成總平面布置方案比選的指標(biāo)體系，共計(jì)13 個(gè)因素。在影響范圍層次的權(quán)重方面，由于煤炭企業(yè)建設(shè)是一項(xiàng)工程建設(shè)，要同時(shí)滿足技術(shù)可行與經(jīng)濟(jì)合理，因此對(duì)影響范圍的第一層和第二層取相同的權(quán)重。由于呼家塔建設(shè)單位在當(dāng)?shù)負(fù)碛袃?yōu)越的社會(huì)資源，工程設(shè)計(jì)與建設(shè)工作中，可以獲取更有利的條件，因此弱化了“社會(huì)影響”的權(quán)重取值，即按照“技術(shù)=經(jīng)濟(jì)＞社會(huì)影響”對(duì)影響范圍權(quán)重進(jìn)行確定，賦予權(quán)重值W=（0.35，0.35，0.3），見(jiàn)表2。

表2 呼家塔煤礦總平面布置方案評(píng)價(jià)指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)

2.2 各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

采用層次分析法[9]確定呼家塔煤礦總平面布置方案評(píng)價(jià)指標(biāo)第一層級(jí)中各指標(biāo)的權(quán)重。建立三個(gè)構(gòu)造判斷矩陣，通過(guò)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行兩兩對(duì)比分析[10]，計(jì)算各指標(biāo)的相對(duì)重要性并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表3～表5。

表3 技術(shù)因素指標(biāo)權(quán)重計(jì)算表

表4 經(jīng)濟(jì)因素指標(biāo)權(quán)重計(jì)算表

表5 環(huán)境及社會(huì)因素指標(biāo)權(quán)重計(jì)算表

即可得到三個(gè)因素的權(quán)重集：技術(shù)W1=（0.304 0.447 0.14 0.069 0.04）；經(jīng)濟(jì)W2=（0.575 0.311 0.114）；環(huán)境及社會(huì)W3=（0.434 0.290 0.143 0.086 0.047）。

3 總平面布置方案比選

德?tīng)柗品ǎ▽?zhuān)家調(diào)查法），是一種匿名反饋函詢(xún)法。在本研究中，應(yīng)用該方法對(duì)呼家塔煤礦總平面方案的定性因素重要程度征詢(xún)專(zhuān)家意見(jiàn)之后，進(jìn)行整理、歸納、統(tǒng)計(jì)，匿名反饋后，再次重復(fù)，直至獲得一致的意見(jiàn)。根據(jù)這些意見(jiàn)得出呼家塔煤礦總平面方案的要素分析表，見(jiàn)表6。

表6 呼家塔煤礦總平面方案要素分析表

通過(guò)指標(biāo)量化處理，可得到三個(gè)方案的單因素評(píng)價(jià)值，進(jìn)一步通過(guò)歸一化[11]處理獲得技術(shù)（R1）、經(jīng)濟(jì)（R2）、社會(huì)影響（R3）三個(gè)隸屬度矩陣：

然后，進(jìn)行一級(jí)模糊評(píng)價(jià)，計(jì)算各方案的單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)值：

根據(jù)第二層級(jí)中指標(biāo)權(quán)重值W=（0.35 0.35 0.30），可以計(jì)算呼家塔煤礦三個(gè)總平面方案的整體性評(píng)價(jià)值：

最后，根據(jù)整體性評(píng)價(jià)的結(jié)果，三個(gè)總平面布置方案的排序?yàn)椋悍桨? ＞方案1 ＞方案2，因此選擇方案3 作為推薦方案。

4 結(jié)語(yǔ)

該文提出“全要素”概念的目的是最大程度改善目前總圖方案比選工作中要素選取不全面的現(xiàn)狀，盡可能多地選取影響總圖方案的要素，讓總平面方案比選的結(jié)果更加真實(shí)可靠，更好地服務(wù)于煤礦的發(fā)展，節(jié)約初期投資和后期運(yùn)營(yíng)成本。另外，基于多層次模糊綜合評(píng)價(jià)的總平面布置方案比選在一定程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的定性分析方法的不足，將影響總平面布置的因素進(jìn)行量化處理，使每一項(xiàng)指標(biāo)均具有可比性。該方法運(yùn)用簡(jiǎn)單，便于實(shí)踐，具有良好的實(shí)操性。