基于VE的依兰三矿巷道布置方案的优选

路占元 LU Zhan-yuan；翟晓毅 ZHAI Xiao-yi；贺永亮 HE Yong-liang；郑纪顺 ZHENG Ji-shun

（①黑龙江科技大学资源与环境工程学院，哈尔滨 150022；②中煤邯郸设计工程有限责任公司，邯郸 056031）

（①College of Resources and Environmental Engineering，Heilongjiang University of Science and Technology，Harbin 150022，China；②Handan Design Engineering Chinacoal Co.，Ltd.，Handan 056031，China）

0 引言

矿井巷道布置方式一直是决定矿井建设投资和投产后效益的最重要因素之一，是采矿工程的灵魂，关系着整个矿井的技术面貌、利润水平和发展空间，极大程度地左右着煤炭资源的合理开发和充分利用，左右着煤炭行业的可持续发展和环境保护[1]。

1 依兰三矿地质条件及技术条件简述

依兰三矿地表标高+100m左右；一水平运输标高-600m；采用立井开拓；井型2.4Mt/a；开采煤层4层，其中厚煤层1层，其余是中厚煤层，含煤段平均厚度为41.92m，煤层层间距较小；煤层为东西走向，向南倾斜，单斜构造，煤层倾角普遍不大于17°，靠近断层处局部不大于25°；属第三系三软地层；大于30m落差的近倾向断层发育，平均间距小于500m；矿井正常涌水量为550m3/h，最大涌水量为750m3/h；高瓦斯矿井；煤尘有爆炸性；属Ⅰ类易自燃煤层。

2 矿井一水平两种巷道布置方案

2005版《煤炭工业矿井设计规范》第5.2.2条指出：“缓倾斜、倾斜煤层一般应采用长壁采煤法。当煤层倾角大于12°时，宜采用走向长壁采煤法后退式开采；当煤层倾角小于12°且条件适宜时，可采用倾斜长壁采煤法后退式开采”。据此，可以把走向长壁作为依兰三矿一水平巷道布置备选方案之一。但是，断层发育方向更能左右走向长壁开采或倾斜长壁开采的选择。当近倾向断层发育时，回采块段倾斜长而走向短，倾斜长壁巷道布置方案的优点凸显，倾斜长壁也应作为备选方案之一。

2.1 采区式走向长壁工作面巷道布置方案，如图1所示。

图1 采区式走向长壁工作面巷道布置方案平面图

2.2 带区式倾斜长壁工作面巷道布置方案，如图2所示。

图2 带区式倾斜长壁工作面巷道布置方案平面图

3 基于价值工程的巷道布置方式评价

从功能和成本两个方面分析研究对象，取价值指数较高者作为选定方案。

3.1 功能指数计算

3.1.1 建立功能评价指标 依据两种巷道布置方式的特点，咨询专家学者，建立功能评价指标体系，如表1所示。

表1 巷道布置方式备选方案评价指标表

3.1.2 计算各功能评价指标的重要性系数 每个专家填一份04打分表，给每个功能指标的重要性打分。经计算，每个指标的重要性系数如表2所示。

表2 功能指标重要性系数表

3.1.3 专家打分 专家给各方案的各评价指标打分。效益型指标，高者打高分；消耗型指标，低者打高分；以此类推。

专家打分后，对应不同方案和不同指标，列出专家打分加权平均值表，并对表内分值进行无量纲处理。

式中：Yij—在第i种方案中第j个功能的评价指标的无量纲数值；

fijmax—所有方案中所有评价指标的最大值；

fijmin—所有方案中所有评价指标的最小值；

fij—第i个方案中第j个评价指标的加权平均分；

再乘以各指标的重要性系数，便可得出各方案的无量纲总分和功能指数如表3。方案1为采区式走向长壁工作面巷道布置方案；方案2为带区式倾斜长壁工作面巷道布置方案。

表3 各方案功能指数表

3.2 成本指数计算 建立成本评价指标如表4所示。

经计算，得方案成本指数如表5。

3.3 价值指数计算

价值指数：VIi=FIi/CIi

式中：FIi—第i种方案功能指数；

CIi—第i种方案成本指数。

表4 成本评价指标表

表5 方案成本指数表

表6 各方案价值指数表

经计算各方案价值指数如表6所示。

根据 k={i｜maxVIi，i＝1，2，…，m}=2 可以得出方案 2 的价值指数较大，定为最优方案。

4 结论

依兰三矿应采用倾斜长壁巷道布置方式，可增加11.8亿元的利润（未包含多回收资源而增加的利润）。可减少矿井初期巷道工程量和矿井服务年限内总工程量、提高煤炭回收率、提高安全程度、简化生产系统、减少工作面搬家次数、减少断层影响、降低成本、提高产量、增加利润、促进企业科技进步、提高企业经济效益。

鉴于类似条件下倾斜长壁开采的回采工作面数已近百个，均取得了较好的经济效益[3][4][5][6][7]，建议《煤炭工业矿井设计规范》的相关条款改为：“缓倾斜煤层一般应采用长壁采煤法。当近倾向断层发育时，宜采用倾斜长壁采煤法后退式开采；当近走向断层发育时，宜采用走向长壁采煤法后退式开采。”

5 展望

应大力提倡倾斜长壁开采设备的研发和改造工作。待设备性能完全适应于25°以下煤层倾斜长壁开采时，对于近走向断层不发育的矿井，即使近倾向断层不发育，也应采用倾斜长壁开采，由于不设采区上山，将取得巨大的经济效益。

[1]路占元,孙广义.小倾角煤层群开拓模式的创新与优化[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2007：39-40.

[2]李瑞峰.价值工程在矿业工程中的应用研究[D].阜新:辽宁工程技术大学,2005.

[3]张小军.大倾角仰斜开采采场顶板控制的研究[D].淮南:安徽理工大学,2005.

[4]王俊杰,房成芳,张付学.倾斜长壁大倾角俯斜轻放开采实践[J].煤矿开采,2002,7(4):21-22.

[5]张健.大倾角俯斜开采高产高效实践与探讨[J].煤炭技术,2007,26(2):57-59.

[6]王怀田.复杂地质条件下薄煤层大俯角倾斜长壁工作面回采实践[J].河北煤炭,2006,31(5):258-299.

[7]王建军,曹耀丰,何富连.倾斜长壁仰斜综采的实践研究[J].矿山压力与顶板管理,1995,1:29-30.