基于全要素指标体系的煤矿总平面方案比选

王 元

（中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054）

矿井总平面布置一般根据对现场的实地踏勘结果，在进行了充分的调查与研究的基础上，遵循生产工艺原则，客观地分析自然条件而来的[1]。现阶段，在煤矿总平面布置方案比选的工作中，大部分设计人员仅对工业场地围墙以内，或者场地用地范围线以内进行评价，对场地的建构筑物、道路、堆场、管线、排水方式、绿化设施[2]等因素进行定性分析，从而确定工业场地总平面布置的最佳方案。此方法在一定程度上实现了方案的最优，但也存在指标体系片面、主观因素过强等缺点。

基于全要素指标的煤矿总图方案比选在目前评价范围的基础上，扩大总平面布置方案的评价范围，将评价范围逐层扩展至场地以外数十公里乃至更大的范围，分层新增生态、环境、区域经济、社会文化等影响因素作为场地平面布置的评价指标，建立更完善的煤矿总图评价指标体系[3]，再借助一定的数学方法建立模型，对全要素指标系统进行定量分析，让总图方案比选的结果更加真实可靠。

该文以神木青草界呼家塔煤矿总平面布置为例，简述如何建立全要素指标体系，并运用数学模型进行总图方案的比选。

1 呼家塔矿井工业场地总平面布置方案介绍

呼家塔煤矿位于神木中鸡镇东部，距离神木市区约70 km，处在黄土高原和陕北毛乌素沙漠接壤的区域。区域内地表大部被沙层和黄土覆盖，区域地形东高西低[4]。

根据厂址选择，呼家塔煤矿工业场地位于井田南边界的中部，西邻中大公路。煤矿设计生产能力1.20 Mt/a，采用主斜井+副斜井+回风立井的开拓方式，矿井采用无轨胶轮车辅助运输方式，煤炭由汽车外运[5]。根据场地特点及生产需求，初步设计提出了三个总平面布置比选方案进行分析对比。

方案一：场地占地面积18.64 hm2，工业场地压覆煤炭资源3.45 Mt。辅助区位于场地东北部；选煤厂区位于场地南部；行政办公区位于场地西北部，场地的上风向。工业场地竖向布置形式采用分台阶布置[6]，工业场地土方量为：挖方245 500.00 m3，填方246 800.50 m3。

该方案的优点：1）场地功能分区合理；2）场地行政办公部分位于场地主导风频的上风向，环境较清洁。缺点：1）主、副井井筒、主运巷道的煤柱与边界煤柱不能重合，煤炭压覆量大；2）工业场地占地面积大；3）进场道路短。

方案二：场地占地面积14.50 hm2，工业场地压覆煤炭资源3.86 Mt。行政办公区位于场地西北部；辅助生产区位于场地西南部；生产区位于场地东南部。工业场地竖向采用台阶式布置，场地土方工程量：挖方107 925.34 m3，填方208 342.25 m3。

该方案的优点：1）工业场地用地避开自然地形的冲沟，建构筑物基础容易处理；2）工业场地人流、物流顺畅；3）进场道路较长，有利于社会人员在沿途设置针对煤矿员工的经营场所。缺点：1）场地面积没有充分利用面积指标；2）选煤厂生产系统的煤流由西向东，与井下来煤和煤炭外运的方向相反；3）场地没有预留后期发展的用地。

方案三：场地占地面积17.59 hm2，压覆的煤炭资源约有3.11 Mt。选煤厂生产区位于矿井场地北部；辅助生产区在场地东南侧；生活区位于工业场地的西南部。工业场地竖向采用台阶式布置，场地土方量为：挖方239 928.29 m3，填方264 969.43 m3。

该方案的优点：1）场地人流线路便捷，煤流线路顺畅，物流线路与煤流线路、人流线路均无交叉；2）主、副井井筒、主运巷道的煤柱与边界煤柱紧密重合，压覆的煤炭资源量小；3）场地占地面积较小；4）进场道路长度较长，有利于社会商业活动。缺点：生活污水设施的选址不利于基础处理，工程建设费用较高。

2 建立全要素指标体系

2.1 指标体系确定

根据全要素指标体系建立原则，首先将呼家塔煤矿的影响范围划分成五个层级，层级由大到小分别为：镇域范围、1500 m 范围、1000 m 范围、500 m 范围、场地围墙范围。依据总图学科理论，对划定的五个层级由小向大逐层进行理论分析，可以得出呼家塔煤矿理论指标分析表。进一步通过到现场进行实地调研的方法[7]，对以上通过理论分析得来的因素表进行补充，可以使总平面布置方案这一评价工作的结果更精准。以上工作形成了呼家塔煤矿总平面布置全要素指标分析表，见表1。

表1 呼家塔煤矿总图方案全要素表[8]

将得到的要素指标依照“技术”“经济”“社会影响”进行分类，去掉相同的因素和没有可比性的因素，组成总平面布置方案比选的指标体系，共计13 个因素。在影响范围层次的权重方面，由于煤炭企业建设是一项工程建设，要同时满足技术可行与经济合理，因此对影响范围的第一层和第二层取相同的权重。由于呼家塔建设单位在当地拥有优越的社会资源，工程设计与建设工作中，可以获取更有利的条件，因此弱化了“社会影响”的权重取值，即按照“技术=经济＞社会影响”对影响范围权重进行确定，赋予权重值W=（0.35，0.35，0.3），见表2。

表2 呼家塔煤矿总平面布置方案评价指标层次结构

2.2 各指标权重计算

采用层次分析法[9]确定呼家塔煤矿总平面布置方案评价指标第一层级中各指标的权重。建立三个构造判断矩阵，通过对指标进行两两对比分析[10]，计算各指标的相对重要性并进行一致性检验，计算结果见下表3～表5。

表3 技术因素指标权重计算表

表4 经济因素指标权重计算表

表5 环境及社会因素指标权重计算表

即可得到三个因素的权重集：技术W1=（0.304 0.447 0.14 0.069 0.04）；经济W2=（0.575 0.311 0.114）；环境及社会W3=（0.434 0.290 0.143 0.086 0.047）。

3 总平面布置方案比选

德尔菲法（专家调查法），是一种匿名反馈函询法。在本研究中，应用该方法对呼家塔煤矿总平面方案的定性因素重要程度征询专家意见之后，进行整理、归纳、统计，匿名反馈后，再次重复，直至获得一致的意见。根据这些意见得出呼家塔煤矿总平面方案的要素分析表，见表6。

表6 呼家塔煤矿总平面方案要素分析表

通过指标量化处理，可得到三个方案的单因素评价值，进一步通过归一化[11]处理获得技术（R1）、经济（R2）、社会影响（R3）三个隶属度矩阵：

然后，进行一级模糊评价，计算各方案的单项指标评价值：

根据第二层级中指标权重值W=（0.35 0.35 0.30），可以计算呼家塔煤矿三个总平面方案的整体性评价值：

最后，根据整体性评价的结果，三个总平面布置方案的排序为：方案3 ＞方案1 ＞方案2，因此选择方案3 作为推荐方案。

4 结语

该文提出“全要素”概念的目的是最大程度改善目前总图方案比选工作中要素选取不全面的现状，尽可能多地选取影响总图方案的要素，让总平面方案比选的结果更加真实可靠，更好地服务于煤矿的发展，节约初期投资和后期运营成本。另外，基于多层次模糊综合评价的总平面布置方案比选在一定程度上弥补了传统的定性分析方法的不足，将影响总平面布置的因素进行量化处理，使每一项指标均具有可比性。该方法运用简单，便于实践，具有良好的实操性。