矿井开采设计方法探讨

矿井开采设计方法探讨
作者：李西廷
来源：《中国科技博览》2013年第28期
[摘要]本文主要阐述了矿井开采设计的方案比较法、统计分析法、标准定额法、数学分析法和经济数学规划法等问题。

[关键词]矿井；开采设计；方法
中图分类号:TD822.2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0173-01
1、方案比较法
（1）方案比较的内容。

煤矿开采的影响因素较多，需要解决的问题的性质和涉及的范围各不相同，在进行开拓方案设计时，要按参加比较的方案特点、差别和复杂程度，确定方案比较的具体项目、内容和重点。

在一般情况下，要比较的主要项目和内容有以下几类：一是工程量。

要分别按实物单位计算。

其中主要包括：井巷工程量、地面建筑工程量、机电设备的安装工程量和占用的农田面积、平整土地土石方数量等。

二是基本建设投资。

要分别按价值单位计算井巷和地面建筑、机电设备安装及其他工程的费用。

在计算基建投资时，要尤其注意初期投资。

三是基本建设工期。

四是生产经营费用，要根据矿井生产过程计算出生产经营费用。

五是矿井生产能力，煤炭采出率，巷道掘进率，生产过程机械化程度，机电设备和主要材料需要量等。

（2）方案比较法的步骤。

一是提出切实可行的方案并进行技术比较。

二是经济比较。

将几种方案详细地进行经济计算与比较。

三是综合技术经济比较结果，确定合理的矿井开拓方案在方案。

四是按设计任务的要求，编写出方案的详细文字说明，绘出说明方案的相关图纸等等。

（3）在进行方案比较时，要注意以下问题。

一是认真全面地研究各种条件和因素；不可遗漏方案；对方案中要列入的对比项目，要进行反复核对，以免遗漏。

二是在进行经济计算时，主要考虑重要项目的费用。

三是相同费用项目不进行比较。

若比较的方案是专门研究通风或排水问题，就要进行比较;关于某项费用是否相同的问题，也要进行具体分析，如：两方案采用相同的井底车场及地面设施，在两方案井型相同时，应看做相同的项目不予比较。

四是生产经营费用，通常按一个水平或全矿服务期间的消耗总值计算。

五是在进行大的方案比较前，先将一些相同类型的局部方案进行比较，求出合理的局部方案后，再进行整体的方案比较。

六是在进行经济比较时，要把基本建设费用与生产经营费用分别列出。

七是把各方案的矿井建设期限分别计算出来，作为方案比较的因素之一。

因为缩短建设工期，能够节约施工费用。

八是各方案的差别以百分比表示，把总费用最小的方案定为100%,其他各方案的费用与其相比较。

九是对方案进行最终综合评价时，应正确估计各项影响因素在研究方案中的重要性程度，以按
给定的目标，选取最优方案。

要按具体情况，综合分析研究各个影响因素的主次关系，择优选用。

2、统计分析法
统计分析法是按现有生产矿井的实际情况，针对需要解决的问题进行调查统计，借以分析某些技术参数之间的关系，某些参数的合理平均值或可取值范围。

统计分析法的理论基础是数理统计原理。

因其采矿问题非常复杂，要得到大量同类可比的统计资料很困难，对条件多样、影响因素复杂的技术方案问题，不适合采用统计分析法。

可作为一种辅助方法。

因统计数据是在原有的生产技术条件下取得的，在采用新技术和新工艺时，原有数据则不能适应新的情况，为提高设计质量，要重新调查，得到新的参数。

3、标准定额法
标准定额法是以规范、规程和规定的形式对开采设计中的某些技术条件或参数值做出具体规定，再据此规定条件确定某设计方案内其他有关参数。

例如，按辅助运输设备的能力，确定上山或下山的长度;按局部通风机的供风能力，确定巷道的掘进长度等。

标准定额法不是一个独立的方法，但是，用以解决某些单个实际设计问题非常简便。

4、数学分析法
数学分析法一般采用以吨煤费用最低为准则，列出吨煤费用与所求参数之间的函数关系，采用微分法求极值的原理求解开采设计方案中一些参数的有利值。

运用数学分析法在解决具体问题时，要设法列出目标函数与参变量之间的函数关系式，再运用微分法求最高(如产量、盈利和效率)或最低(如成本、材料消耗、能源消耗)的极值，此极值即是在经济上或其他指标最优参数值。

此函数关系式可为单变量函数，也可为多变量函数。

此方法多用来研究合理的工作面长度、采区或盘区走向长度，矿井生产能力等定量参数的最优值。

变量的数目越多，求解就越困难，通常只用到三个数学分析法是以一定的技术方案为条件，所拟定的技术方案不同，其项目及编列的函数方程也不同。

因此，这种方法不能解决不同技术方案的对比，只能用来研究某一方案的合理参数值。

采矿问题非常复杂，受多种因素影响，为适应编列方程的需要，在应用数学分析法时，要把某些条件予以简化;数学分析方法不能全面考虑技术、安全和管理等因素，因此，只能将由数学分析法求得的参数值看做是相当大的合理值范围，还要结合其他因素综合考虑。

此方法虽然存在以上问题，但是以数学形式反映各因素在量上的关系是非常简明的，它是一种重要的研究方法，作为方案比较法的重要补充。

5、经济数学规划法
随着应用数学的发展，特别是电子计算机技术的应用，为发展新的设计方法提供了有效的手段。

经济数学规划法，应用电子计算机解决矿井开采设矿井是复杂的煤炭生产工艺系统，也是复杂的工程系统，不但要使各分系统合理化，还要使它们组成最优的矿井系统，使整个系统实现最优，可以运用规划论解决这一问题。

经济数学模型由目标函数和约束条件组成。

对矿井设计而言，要按拟定的方案、设计要求来编列函数方程，这就构成了规划论中的所谓目标函数;同时，设计方案的某些技术参数，则要满足一定的技术条件和“定额”的规定，如果把其用数学式来描述，便形成了规划论中的约束条件。

生产实践表明，多数矿井设计一般为非线性规划问题，要设法求解多元目标函数在一定约束条件下的最大值（如劳动生产率最高）或最小值（如吨煤费用最低），求出最佳配合的各项参数值。

采用经济数学规划法进行矿井开采设计的主要步骤如下：（1）深入了解研究井田的地质条件和采矿技术条件，提出各分系统技术上可行性的方案，例如井田开拓方式、采准巷道布置方式、采煤方法、运输、提升和通风系统等。

（2）按技术合理的要求编列各分系统的组合方式，提出几个全矿井的工艺系统方案，并绘制出各方案的草图。

（3）论证最优化准则，并确定实施方案的有关参数及其相关的费用项目，例如与所求参数有关的基本建设费、运输费和生产经营费等。

（4）按矿区地质条件、矿井参数、最优化准则和有关费用数值，建立与方案对应的经济数学模型。

（5）分析计算结果并选出最优方案和最佳参数值。

采用此方法进行矿井优化设计，应结合层次分析法、模糊数学法来进行。

采用系统工程的方法进行矿井优化设计，因其影响矿井工艺系统的因素较多，并随条件和时间而变化，得到的最优结果是相对的，还需要做大量的基础工作，不断加以完善。

参考文献
[1] 徐永圻：煤矿开采学，徐州，中国矿业大学出版社，2009.7.
[2] 阎海鹏、黄江宁、刘毅：采煤工艺，徐州，中国矿业大学出版社，2009.5.
[3] 杜计平：开采方法，徐州，中国矿业大学出版社，2006.7.。