千万吨级矿井大系统的构建及分析步骤

代贵生

（中国神华神东煤炭集团万利一矿，内蒙古鄂尔多斯 017000）

千万吨级矿井大系统的构建及分析步骤

代贵生

（中国神华神东煤炭集团万利一矿，内蒙古鄂尔多斯 017000）

基于系统工程的观点和方法，对千万吨级矿井大系统的构建和分析步骤进行了论述，提出了千万吨级矿井子系统的构建范围，阐述了系统综合分析法的分析步骤。

千万吨；大系统；构建

现代化的千万吨级的矿井，可以看作一个大系统，包含大量的组成部分（也就是子系统），它们联结成一个有序的结构。矿井子系统有回采和准备工作面、运输、提升、通风、供电、巷道支护和维修、地面生产系统等等。大系统的正常工作，要靠工艺上的、材料上的、动力上的和信息上的联系，并有赖于它们来加以维持。矿井大系统中每个子系统出现故障，都会影响到其它子系统，从而影响全矿井的正常生产。

1 千万吨级矿井大系统的子系统构建

现代化千万吨级矿井大系统的特征决定了子系统除具有固定局部目的外，还有完成大系统共同目的的功能。矿井大系统可以有如下子系统构建而成。

1）采煤子系统。其功能就是完成矿井煤炭生产。它受回采工作面生产工艺、采煤方法、采区巷道布置方式、采区主要参数等制约。是矿井大系统中的最主要的子系统。

2）掘进工艺子系统。其功能就是为采煤子系统正常工作而及时、有效地做好准备工作，包括采区接替和回采工作面接替工作。它能保证矿井生产有序、稳定地进行。掘进工艺子系统在矿井大系统中仅次于采煤子系统。

3）井田开拓子系统。其功能就是为矿井大系统生产起宏观计划决策，在矿井空间上使各子系统相互联系协调起来。它决定了井田开拓方式及矿井主要参数，对矿井大系统的影响是长久的，也是很大的。

4）运输、提升子系统。其功能是把回采和掘进的煤炭、矸石从工作面运到地面，并把井下生产所需的材料、设备、人员等从地面送到井下。它包括井筒提升方式和井下大巷的运输方式。在矿井大系统中也起很大作用，它直接制约采煤子系统。

5）通风与安全子系统。其功能就是排出井下有毒有害气体，为矿井生产提供安全、舒适的环境，保证采煤和掘进子系统正常工作。该子系统在矿井大系统中的作用也是非常大的。

6）矿井地面工艺子系统。其功能就是把从井下提升到地面的煤炭、矸石进行处理。包括原煤洗选或将原煤直接运送给用户并将矸石送到指定处理地点。

此外，还有供电、排水、压气等子系统，它对矿井大系统的影响相对要小一些。

从系统的观点来看，每个子系统的优化是以大系统最优为前提，矿井各子系统相互联系、相互制约，一个子系统的输出，可以是另一个子系统的输入。它们都是以矿井中的煤层地质条件作为原始条件输入的。

矿井系统可以用一套定性和定量的参数来表述。定性参数是无法用数量表示的参数，它表示的是生产工艺的结构、组织和技术等方面的特征。其特点之一是离散型的，并且是确定性的。如矿井的开拓方式、准备方式、通风方式、运输方式、采煤方法等等，都是矿井系统的定性参数。定性参数的特点之二是在选择过程中必择其一和互相排斥。如大型矿井的大巷运输方式，不是矿车运输就是胶带输送机运输，二者必选其一。定性参数之间的转移是离散型的而且是整体性的。定性参数是用1和0来表示，1表示选择某一定性参数，0表示不选择该定性参数。矿井定性参数的组合可以归结成一个离散集{Xdx}。

矿井定量参数是从数量方面来说明矿井、矿井生产过程和工艺过程、矿山地质和采矿技术条件的特点，具有数量的尺度。如矿井生产能力、回采工作面产量、采（盘）区的尺寸、每层厚度、工作面长度、矿井内采（盘）区数目等等。在这些定量参数中，有些参数的变化是连续的，如工作面长度、采（盘）区尺寸、工作面生产能力等；有些参数的变化是离散的，如井田内采（盘）区数目、同时生产的水平数和工作面数目等。连续型变化的定量参数可归结成一个{Xdl1}集，离散型变化的定量参数可归结成一个{Xdl2}集。

无论定性参数还是定量参数都是互相制约的。其相互关系具有工艺的、空间的、生产的或经济的性质。例如，矿井的生产能力与工作面的数量和工作面的开采能力有关；区段斜长与阶段斜长和区段数目有关；倾斜长壁开采法与水平的准备方式有关，等等。而且，某些定量参数值仅在采用一定的定性参数时才能实现。例如，厚煤层分层同采，只有在布置集中巷和超前巷的情况下才能实现。所以，评价定性参数或者定量参数时应考虑其相互关系，在多数情况下应该一起评价。

矿井的定性参数和定量参数随着科学技术的进步和新设备、新工艺的应用以及机械化程度的不断提高，也在不断的变化，但定性参数和定量参数的变化速度是不同的。一般定性参数的更新较为缓慢，定量参数的更新则较快。这是因为定性参数一旦确定，并且在矿井建设中已经实现这些决策，所花费的投资是巨大的，因此，不允许轻易放弃和改变这些决策。同时，局部性的参数变化快，全局性的参数变化慢；开采方面的参数变化快，运输、提升、通风等辅助环节的参数变化慢。

2 千万吨级矿井大系统的分析步骤

从系统的观点来看，每个子系统的优化是以大系统最优为前提，矿井各子系统相互联系、相互制约，一个子系统的输出，可以是另一个子系统的输入。它们都是以矿井中的煤层地质条件作为原始条件输入的。

矿井系统分析一般采用综合分析法。系统综合分析法是分析、解决由多元素构成的事物系统的方法，根据被研究系统的性质、内容、过程的不同，在各个阶段综合运用各种相宜的数学理论和思维推理方法，利用电子计算机快速运算的手段，使复杂而庞大的问题，迅速获得理想的解决。系统分析法是软件科学研究的主要方法之一。煤矿设计及矿井生产，都是由许多子系统构成的比较复杂的大系统，要想在数以万计的方案中选优，必须运用系统综合分析的方法，从定性分析到定量分析，经过信息获取、信息控制和信息反馈多次反复，方能获得全系统最优的方案。千万吨级矿井大系统的系统综合分析可分为下列五个步骤。

1）收集、调查和研究原始资料，提出设计的目的，制定最优化准则。原始资料包括矿井地质资料、技术资料及经济资料，收集资料并进行研究和加工处理，然后按设计的目的、要求，分类编号，做为原始数据存储起来，以备计算时调用。

设计的目的在设计任务书中已明文规定，它是提交设计成果的依据。最优化准则根据设计对象确定。最优化准则可为单项（单目标）或多项（多目标）。最优化指标一般取最大（或最小），但在多目标决策时，可定出标准指标作为最优化指标。一般情况下，约束条件由地质条件和当时的技术条件以及技术水平等因秦决定，特殊情况下亦可根据财力、人力、物力等条件提出一定的约束条件。

2）系统综合。根据设计的目的、要求，将设计内容按性质、衔接关系及主次关系等构成系统图。系统的构成有多种形式，可以按主次关系构成，亦可按工艺流程、技术特征等构成。一个大系统由许多子系统组成，系统的每一个次分支，分支间存在着“共容性”或“互斥性”，“共容性”的“阶”允许多分支共存，“互斥性”的“阶”只允许一个分支存在，如通风方式，回采工艺方式以及设备类型选择时，“阶”中的各分支便存在着“互斥性”。

3）系统分析和初选。系统分析是解决大系统的必要步骤，用系统的观点分析被研究的对象和有关元素，经过初选之后，建立解决具体问题的系统。经过系统分析和初选，将一个通用的大系统中与本设计条件无关或简单即能判定的较劣单元或分支除掉，减少无实用价值的分支，使修正后的系统成为与本设计相关的、实用的和能切实解决问题的系统。系统分析和初选阶段，主要进行定性分析，辅以粗略的定量判断，相当于方案比较法中的技术经济分析阶段。

4）系统评价。首先将每一个系统的主要指标计算出来。如为单目标函数，可直接根据指标数据进行评比择优，如为多目标函数，则应采用多目标决策的方法进行评比择优。当方案较多，各方案间的主要指标又相差不多，难分上下时，应先拟定一个主要目标，按单目标决策的方法选出数个较优方案，然后再对较优方案进行多目标决策，选取最优方案，这样既可简化系统评价阶段的工作，又能保证实现预定的目标。系统评价阶段主要进行定量分析，相当于方案比较法中的技术经济比较，所不同的是方案比较法是在几个方案中进行评选，而系统综合分析法则是在约束条件范围内的成千上万甚至更多的方案中进行评选，因此，后者必须依靠先进的计算手段和工具。

5）汇总成果。按设计的目的和要求将成果全部打印成册，供决策者决策。

3 结束语

综上所述，千万吨级矿井大系统是相互联系的各子系统的总称。这些子系统靠工艺上、材料上、动力上和信息上的联系连接在一起，并且都具有与局部目的并存的共同工作目的。对千万吨级矿井大系统进行研究和分析，可以树立全局性的观念，掌握系统的环节，解决系统的瓶颈问题，做到管理疏而不漏、有的放矢。

[1]许国志.系统科学[M].上海：上海科技教育出版社，2000.

[2]吴大进,等.协同学原理和应用[M].武汉：华中理工大学出版社，1990.

[3]谭跃进,等.系统学原理[M].长沙：国防科技大学出版社，1996.

Large-scale SystemConstruction and Analysis Procedures of Ten-million-ton Mine

DAI Gui-sheng
(Wanli1 Mi ne,Shenhua shendong CoalGroup,Ordos City,Inner Mongolia 017000,Chi na)

In the light of perspect ives and approaches fromsyste mengineering,large-scale systemconst ruction and it sprocedure of ten-million-ton mine are discussed.The paper notonly proposest he constructi on range,butal so presents systemanalysi sprocedures.

ten-million-ton;large-scalesystem;construction

TD-05

A

1672-5050（2010）12-0065-03

编辑：徐树文

2010-09-29

代贵生（1973—），男，甘肃泾川人，大学本科，工程师，从事煤炭采掘技术工作。