管理优化与资本投入对矿井集群长效发展动力学研究

郭 缙，王林秀，杨智文

(1.中国矿业大学力学与土木工程学院，江苏 徐州 221116；2.大同煤矿集团有限责任公司技术中心，山西 大同 037003)

煤炭在较长时间内将是我国的主体能源，新能源无论从技术上还是经济上短时间内都难以支撑我国的能源需求[1]。但不可否认，技术进步给煤炭产业带来的冲击显而易见。随着供给侧改革逐步深入，能源结构优化升级，我国经济发展进入新常态，煤炭行业出现“量价齐跌”的局面，煤炭企业大面积亏损。在这种情况下，煤炭企业如何改变自身利润下行、经营困难的现状，使煤炭产业跨越衰退阶段进入可持续发展阶段是当前煤炭产业面临的严峻挑战。实践证明千万吨级矿井集群建设能够为矿区可持续发展提供更为有利的条件[2-4]。但其中主要影响因素还存在争论，从千万吨级矿井集群特征分析出发，梳理千万级矿井集群优势并进行分析，找到其改善煤炭企业不良经营状况的关键因素，对实现煤炭产业可持续发展具有一定意义。

1 中小型矿井集群与千万吨级矿井集群特征对比

1.1 中小型矿井集群特征分析

我国小矿井还有一万多个，这些小矿井存在着安全水平低、技术装备落后、环境影响恶劣等特点，由于矿区中大量的小矿井存在，使得煤炭开采无法进行统一规划，先进设备无法使用，严重阻碍了我国煤炭产业现代化进程[5]。经过我国对煤炭产业的一系列改革，我国煤炭产业已基本形成以神华集团、中煤能源、同煤集团等大型能源集团为核心的煤炭资源开发模式，在行政上完成了对小矿井的整合，提高了我国煤炭产业集中度。但在行政整合的同时，也形成了由大量中小型矿井组成的中小型矿井集群。中小型矿井集群在生产经营中暴露出了大量问题，集群中各个矿井在生产组织、开采规划、安全保障等方面依旧独立难以协调,其典型特征见表1。

1.2 千万吨级矿井集群特征分析

2002年神东集团大柳塔矿井的建成标志着我国跨入千万吨级矿井建设新阶段，2003年兖矿集团的济宁三号井开创了千万吨立井煤矿的先河[6]。目前神华集团、中煤能源、同煤集团等国内大型能源企业都建设了自己的千万吨级矿井集群，并依此大幅度提高了管理能力。千万吨级矿井集群实现方式上各有不同，例如神华集团神东亿吨级矿井集群依托神东煤田良好的资源禀赋，通过神府精煤公司和东胜精煤公司重组，实现煤炭资源整装开采，建设亿吨级矿井集群。同煤集团则在资源禀赋相对较差并且上层煤炭已存在多个中小型煤矿的情况下，通过技术突破，以斜井开拓方式，整装开采下层煤田资源，并通过提高管理水平科学规划，与开采上层煤的中小型矿井整体合作实现塔山同忻千万吨级矿井集群。虽然各大能源集团千万吨级矿井集群在资源禀赋、实现方式上存在差异，但从千万吨级矿井集群运营、管理角度，依然能够发现其中存在的共性，千万吨级矿井集群特征见表2。

表1 中小型矿井集群特征Table 1 Characteristics of small and mediumsized mines group

表2 千万吨级矿井集群特征Table 2 Characteristics of ten million tons mines group

1.3 对比分析与影响因素选择

通过中小型矿井集群特征与千万吨级矿井集群特征对比分析，可以发现在运营过程中，千万吨级矿井集群具有巨大的优势。有学者将千万吨级矿机集群建设所取得的成就归因于在矿井建设和开采过程中使用了国外先进的技术装备，加大了固定资产投入[7-9]。而有学者认为，千万吨级矿井集群在建设和运营过程中带来的管理能力提升是千万吨级矿井集群能够实现其各种优势的关键[10]。根据这些观点，将研究要素确定为资本投入和管理能力。

2 影响因素静态平衡分析

2.1 资本投入与规模报酬分析

Raymond VERNON在拓展产业生命周期概念时将产业集群发展阶段定义为成长阶段、稳定阶段、衰退阶段[11]。煤炭产业集群是一种以资源为基础的产业集群，在发展过程中也会经历这三个阶段。由于边际效应递减规律的影响，在这三个阶段煤炭企业对矿井集群投入资本所能获得的规模报酬也存在差别。

设矿井集群生产函数表达式见式(1)。

Q=f(K,L)(1)

式中：K为资本投入；L为购买劳动力投入。

在成长阶段，煤炭企业对矿井集群的投入能够取得较大的规模收益，矿井集群处于规模报酬递增阶段。此时提高对矿井集群的人力资本、资金资本投入将取得较新设投资更大的收益。

在稳定阶段，煤炭企业对矿井集群的投入所取得的规模收益与新建矿井持平，此阶段矿井集群建设以维护集群正常生产为主。此时提高对矿井集群的人力资本、资金资本投入将于新设投资收益持平。

在衰退阶段，矿井集群规划设计已经落后，处于去产能阶段，继续对矿井集群投资所能得到的规模报酬很小，矿井集群处于报酬递减阶段。此时提高对矿井集群的人力资本、资金资本投入将小于新设投资收益。

2.2 管理能力对矿井集群发展影响分析

矿井集群对于提高管理投入所取得的效果主要体现在集群中各经营主体成本的降低和产品附加值提高两个方面。通过管理优化提高集群内企业技术研发能力、新市场开拓能力以及多产业经营能力，使煤炭企业能够及时对市场变化做出反应，提高产品附加值，在煤炭价格总体下跌的环境中仍能实现利润，使矿井集群进入可持续发展阶段[12]。

为了分析管理水平对矿井集群发展的影响，设集群效益函数见式(2)。

Q=M(u)f(L,K)(2)

式中：Q为矿井集群经营效益；M(u)为管理能力函数；u为管理能力指标单位表示公司某指标的绩效水平;M随着管理能力指标单位u提高而提高。因此，公司管理能力函数满足式(3)。为了分析管理水平对集群发展的影响，对矿井集群产量函数取对数可得式(4)。对式(4)两边取全微分，得式(5)。对式(5)最后部分进行整理得到式(6)，根据弹性公式计算L与K弹性得式(7),将式(6)和式(7)带回式(5)得到式(8)。

(3)

InQ=InM(u)+Inf(L,K)(4)

根据前文关于矿井集群规模报酬静态平衡分析可知，在矿井集群进入衰退期继续对集群投资所能得到的规模报酬很小，集群处于报酬递减阶段，见式(9)。

(9)

综上所述，当煤矿发展到一定规模之后，继续投入劳动力资本与资金资本所能取得的收益很小，煤炭企业若想突破矿井衰退期进入可持续发展阶段就必须提高管理水平。

3 研究假设与仿真模型构建

3.1 研究假设及检验思路

为了检验上述分析结果，提出以下假设。H1：提高资本投入量将对矿井集群长远发展水平产生影响;H2：提高管理水平不会对矿井集群长远发展水平产生影响。

通过对大型煤矿管理综合指标体系进行设计，在一般公司管理常用的经营水平评价指标中选取对大型煤矿管理更为重要的指标，构建指标体系。并基于系统动力学的研究方法，应用指标体系搭建仿真模型，通过系统动力学模型对研究假设进行检验，检验思路见图1。

图1 研究假设检验思路Fig.1 Research hypothesis test flowchart

3.2 仿真模型构建

3.2.1 矿井集群运营体系分析

系统动力学仿真模型是对现实的反映，对矿井集群运营过程进行深入分析是构建有效仿真模型的基础。矿井集群运行体系包含多个管理层级，各个管理层级内又包含若干管理主体，它们之间既相互独立又相互关联共同构成了矿井集群运营系统。以同煤集团千万吨级矿井集群运营体系为例(图2)，同煤集团位于管理层级的顶端设有同大研究院、同煤金融公司等直属职能公司，主要责任包括复杂技术研发、企业发展战略规划等顶层设计工作；集团下设的各大煤炭产业公司位于管理层级的中部，各个煤炭产业公司设有市场科、组织规划科等职能科室，负责市场开拓、生产组织、生产计划制定等运营设计工作；各个煤矿则位于管理层级的底端，负责执行生产任务。在运营过程中各矿井生产销售煤炭产生营业收入，收入逐级上交形成煤炭产业公司和同煤集团收入。由同煤集团进行资金划拨、技术成果应用、管理优化等逐级管理、建设工作，形成由下向上的收入集中链和由上向下的建设管理投资链。

3.2.2 评价指标选择

冯俊华等[13]指出企业管理是对企业生产经营活动进行计划、组织、指挥、协调和控制等一系列活动的总称，是社会化大生产的客观要求。企业管理是尽可能利用企业的人力、物力、财力、信息等资源，实现多、快、好、省的目标，取得最大的投入生产效率。千万吨级矿井集群仿真模型应着重体现矿井集群效益水平以及各种资源的分配与使用情况。在充分考虑市场变化的基础上构建由矿井销售收入、矿业公司收入、能源集团收入三个一级存量指标，若干二级变量、三级变量指标构成的指标体系(表3)。在分析同煤集团千万吨级矿井集群运营体系的基础上，选取能够代表矿井集群运营效果的评价指标，在一定程度上实现对各个管理层级的单位经营状况的科学评价。指标的设计同时兼顾相对数据和绝对数据的选取，数据具有较强的可获得性。

对已经选择的22个评价指标进行对比分析，计算其对应权重，计算过程见表4。

图2 同煤集团矿井集群运行体系Fig.2 The operation system of Datong coal mines group

表3 管理效能评价指标体系Table 3 Evaluation index system of management effectiveness

一级指标二级指标测量指标公司收入水平(Aa1)公司收入上交(Aa)公司收入上交占比(Aa2)公司上交占比意愿(Aa3)能源集团收入(A)固定资本投资(Ab1)集团投资(Ab)管理升级投资(Ab2)技术研发投资(Ab3)集团经营成本(Ac)集团成本控制能力(Ac1)必要经营成本水平(Ac2)矿井收入水平(Ba1)矿井收入上交(Ba)矿井收入占比(Ba2)矿井上交占比意愿(Ba3)矿业公司收入(B)固定资本投资(Bb1)公司投资(Bb)管理升级投资(Bb2)技术创新投资(Bb3)公司经营成本(Bc)公司成本控制能力(Bc1)必要经营成本水平(Bc2)煤炭市场价格(Ca)市场需求(Ca1)市场供给(Ca2)矿井销售收入(C)矿井生产能力(Cb)生产管理(Cb1)生产设备(Cb2)矿井生产成本(Cc)矿井成本控制能力(Cc1)必要生产成本(Cc2)

表4 能源集团管理测度指标系数计算表Table 4 Energy group management evaluationindex measures table

应用相同的计算方法可以得出矿业公司和矿井集群的管理测度指标系数，从而得出以下指标计算公式，见式(10)～(11)。通过系统动力学仿真模拟取得对应指标评价值u，并计算经营绩效评价值M作为系统动力学模型运行评价指标。

M(uA)=0.42uAa+0.34uAb+0.24uAc(10)

M(uB)=0.39uBa+0.41uBb+0.2uBc(11)

M(uC)=0.29uCa+0.38uCb+0.33uCc(12)

3.2.3 矿井集群经营模拟因果关系图

COASE[14]指出：集群边界定位于内部交易成本等于外部交易成本时，即当集群内部交易成本低于外部交易成本时，通过集群内部合作更具经济性，集群规模将进一步扩大，而当集群内部交易成本高于外部交易成本时，集群内部合作的成本增加，外部采购更具经济性，集群规模不再扩张。在深入研究同煤集团千万吨级矿井集群运营体系的基础上结合COASE集群发展理论搭建仿真模型，其逻辑关系图见图3。由图3可以看出矿井集群经营模型系统结构主要有三类回路。

1) 资本投入正反馈回路。矿井销售收入→矿业公司收入→能源集团收入→能源集团设备资本投入→矿业公司收入→矿业公司设备资本投入→矿井生产设备投资→矿井生产能力→矿井销售收入。该类正反馈循环阐述了资本投入与经营效果的正循环关系，指出了能源集团增加设备资本投资能够使矿井集群内各个主体的收入水平得到提高。

2) 管理提升正反馈回路。能源集团收入→集团管理投入→集团成本控制能力→集团经营成本→能源集团收入；矿业公司收入→公司管理投入→公司成本控制能力→公司经营成本→矿业公司收入；矿井销售收入→矿井管理投入→生产成本→矿井销售收入；能源集团收入→集团管理投入→技术研发创效→产品附加值→矿井销售收入→矿业公司收入→能源集团收入；矿业公司收入→公司管理投入→市场开拓创效→产品附加值→矿井销售收入→矿业公司收入。该类正循环阐述了提升管理水平与经营效果的正循环关系，在理想情况下能源集团管理投入将会降低集群内各主体的经营成本，提高产品附加值，提高矿井集群的盈利能力，使集群内各主体收入水平得到提高。

3) 煤炭市场负反馈回路。新能源发展→煤炭市场需求→煤炭市场价格→新能源发展；行业平均生产能力→煤炭市场供给→煤炭市场价格→行业平均生产能力。该类负反馈回路阐述了新能源技术发展与煤炭行业整体生产能力的提升与煤炭市场价格的负循环关系，煤炭价格将随时间推移将展现出不断震荡但整体下行的趋势。

4 模拟仿真与假设检验

4.1 矿井集群管理系统流图

根据内部集群矿业集团公司管理效能模型因果

图3 矿井集群经营模型因果关系图Fig.3 Causal diagram of mines group management model

关系图，参考系统流图的基本画法，应用Vensim软件建立动态系统的结构流图(图4)，该模型模拟步长为季度，模拟时长为100季度。

4.2 基本方程式构建

根据图4，最终建立各变量之间的关系基本方程，见表5。

图4 矿井集群经营模型流图Fig.4 Flow graph of mines group management model

表5 系统基本方程表Table 5 System basic equation table

层级变量名称基本方程能源集团收入DELAY3(公司收入上交×10,集团经营成本)集团经营成本MIN(集团经营成本基数,RANDOM UNIFORM(集团经营成本基数-集团经营成本控制能力,集团经营成本基数+集团经营成本控制能力,集团经营成本基数))能源集团集团成本控制能力DELAY1(1,集团管理投入×RANDOM UNIFORM(0,1,集团经营成本基数/集团经营成本均值))集团管理投入SMOOTH(集团管理投入基数+集团管理投入基数/集团经营成本控制能力,TIME/100)集团设备资本投入MIN(能源集团收入×0.01,公司收入上交×0.05)×PULSE TRAIN(1,2,4,100)技术研发创效MIN(集团管理投入×0.3,RANDOM UNIFORM(集团管理投入-煤炭市场价格×10000,管理投入+煤炭市场价格×10000,集团管理投入))×PULSE TRAIN(1,2,4,100)矿业公司收入DELAY3(矿井收入上交×10,公司经营成本)公司经营成本MIN(公司经营成本基数,RANDOM UNIFORM(公司经营成本基数-公司经营成本控制能力,公司经营成本基数+公司经营成本控制能力,公司经营成本基数))公司成本控制能力DELAY1(1,公司管理投入×RANDOM UNIFORM(0,1,公司经营成本基数/公司经营成本均值))矿业公司公司管理投入SMOOTH(公司管理投入基数+集团管理投入基数/公司经营成本控制能力,TIME/100)公司收入上交DELAY1(1,MAX(公司收入上交,0.75×矿业公司收入))公司设备资本投入集团设备资本投入市场开拓创效MIN(公司管理投入×0.5,RANDOM UNIFORM(公司管理投入-煤炭市场价格×5000,公司管理投入+煤炭市场价格×5000,集团管理投入))×PULSE TRAIN(1,2,4,100)矿井生产能力(生产设备投资×煤炭行业平均投资收益率-设备折旧)/煤炭行业平均吨煤成本煤炭销售收入煤炭平均市场价格×矿井生产能力矿井销售收入煤炭销售收入+产品附加值生产矿井矿井管理投资0.05×矿井收入生产成本MIN(生产成本基数,RANDOM UNIFORM(生产成本基数-矿井管理投入,生产成本基数+矿井管理投入,生产成本基数))矿井收入上交DELAY1(1,MAX(矿井收入上交,0.8×矿井收入))煤炭产品附加值DELAY2(技术研发创效,市场开拓创效)煤炭市场价格MIN(DELAY1(1,煤炭市场价格)),RANDOM UNIFORM(煤炭市场价格+煤炭市场需求-煤炭市场供给,煤炭市场价格-煤炭市场需求+煤炭市场供给,煤炭市场价格))煤炭市场煤炭市场供给煤炭市场需求供给+行业平均生产能力煤炭市场需求煤炭市场需求基数-新能源发展新能源发展DELAY1(3,煤炭市场价格×RAMP(0.03,1,100))行业平均生产力DELAY1(2,RANDOM UNIFORM(煤炭市场价格-煤炭市场价格×TIME/100,煤炭市场价格,煤炭市场价格)

4.3 假设检验

通过模拟仿真取得的各个指标u值，依照式(10)～(12)分别计算经营绩效评价值M，对假设H1、H2进行检验。

图5 增加矿井集群资本投入参数模拟结果Fig.5 Simulation results of increasing capital input parameters of mines group

从图5的模拟结果可以得到以下结论。①新能源对煤炭代替效应以及煤炭行业平均生产力水平的提高对煤炭行业未来发展空间不断压缩，动力煤市场需求将趋近饱和，煤炭将由能源转变为资源，应用领域也由能源领域向化工、制药等领域转变，煤炭作为资源使用具有稳定的市场需求，在经历模拟最初的波动之后，矿井集群内各个运营主体的经营评价值趋于水平;②提高矿井集群的资本投入可以在短时期内快速提高集群内各经营主体的经营评价值，由于设备折旧、煤炭市场整体呈下降趋势等因素影响，集群内各经营主体经营效果逐渐下降，最终与对比数据持平。资本投入不能改变矿井集群长期经营水平，因此假设H1不成立。

图6 增加矿井集群管理水平参数模拟结果Fig.6 Simulation results of increasing management level parameters of mines group

从图6的模拟结果中可以得出以下结论。①由于管理提升效果的滞后性和不稳定性，提高管理水平参数后并不能明显提高矿井集群体系中各个经营主体的效益，技术研发和市场开拓的初期造成的经营成本提高降低了各经营主体的管理评价值;②提高管理水平虽然不能在短时期内提高矿井集群中各经营主体的效益，但随着技术创新创效和市场开拓创效所带来的收益越来越明显，提升管理水平最终能够给矿井集群经营效果带来长期稳定的提升，因此假设H2不成立。

5 结 论

调查表明千万吨级矿井集群建设有效提升了煤炭企业的经营效果，我国建设有千万吨级矿井集群的大型煤炭企业在煤炭价格较低市场波动较大的情况下依然能够取得较好的经济效益和社会效益，而由中小型矿井集群构成的煤炭企业在相同市场条件下则出现了大面积亏损。通过应用静态平衡分析和系统动力学研究方法结合全国煤炭行业运行情况相关指标和数据进行研究得到了如下结论。

1) 千万吨级矿井集群建设使煤炭企业能够更加有效整合资源，优化了煤炭企业管理能力。

2) 加大资本投入能够提高矿井集群运营效果，虽然这一效果会逐渐减弱，但却为矿井集群实现可持续发展创造了条件。应加大煤矿建设投入提高矿井集群装备水平，改善煤矿开采条件。

3) 管理优化虽然不能在短期内提高集群运营效果，但随着新能源技术和煤炭产业生产力整体提高，技术研发与市场开拓所带来的经济效益将逐渐显现。

因此千万吨级矿井集群建设带来经营效果短期内来自先进设备的使用，而集群建设所带来的管理优化则是实现其经营效果长效提升的关键。