基于全要素指標體系的煤礦總平面方案比選

王 元

（中煤西安設(shè)計工程有限責任公司，陜西 西安 710054）

礦井總平面布置一般根據(jù)對現(xiàn)場的實地踏勘結(jié)果，在進行了充分的調(diào)查與研究的基礎(chǔ)上，遵循生產(chǎn)工藝原則，客觀地分析自然條件而來的[1]。現(xiàn)階段，在煤礦總平面布置方案比選的工作中，大部分設(shè)計人員僅對工業(yè)場地圍墻以內(nèi)，或者場地用地范圍線以內(nèi)進行評價，對場地的建構(gòu)筑物、道路、堆場、管線、排水方式、綠化設(shè)施[2]等因素進行定性分析，從而確定工業(yè)場地總平面布置的最佳方案。此方法在一定程度上實現(xiàn)了方案的最優(yōu)，但也存在指標體系片面、主觀因素過強等缺點。

基于全要素指標的煤礦總圖方案比選在目前評價范圍的基礎(chǔ)上，擴大總平面布置方案的評價范圍，將評價范圍逐層擴展至場地以外數(shù)十公里乃至更大的范圍，分層新增生態(tài)、環(huán)境、區(qū)域經(jīng)濟、社會文化等影響因素作為場地平面布置的評價指標，建立更完善的煤礦總圖評價指標體系[3]，再借助一定的數(shù)學方法建立模型，對全要素指標系統(tǒng)進行定量分析，讓總圖方案比選的結(jié)果更加真實可靠。

該文以神木青草界呼家塔煤礦總平面布置為例，簡述如何建立全要素指標體系，并運用數(shù)學模型進行總圖方案的比選。

1 呼家塔礦井工業(yè)場地總平面布置方案介紹

呼家塔煤礦位于神木中雞鎮(zhèn)東部，距離神木市區(qū)約70 km，處在黃土高原和陜北毛烏素沙漠接壤的區(qū)域。區(qū)域內(nèi)地表大部被沙層和黃土覆蓋，區(qū)域地形東高西低[4]。

根據(jù)廠址選擇，呼家塔煤礦工業(yè)場地位于井田南邊界的中部，西鄰中大公路。煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力1.20 Mt/a，采用主斜井+副斜井+回風立井的開拓方式，礦井采用無軌膠輪車輔助運輸方式，煤炭由汽車外運[5]。根據(jù)場地特點及生產(chǎn)需求，初步設(shè)計提出了三個總平面布置比選方案進行分析對比。

方案一：場地占地面積18.64 hm2，工業(yè)場地壓覆煤炭資源3.45 Mt。輔助區(qū)位于場地東北部；選煤廠區(qū)位于場地南部；行政辦公區(qū)位于場地西北部，場地的上風向。工業(yè)場地豎向布置形式采用分臺階布置[6]，工業(yè)場地土方量為：挖方245 500.00 m3，填方246 800.50 m3。

該方案的優(yōu)點：1）場地功能分區(qū)合理；2）場地行政辦公部分位于場地主導風頻的上風向，環(huán)境較清潔。缺點：1）主、副井井筒、主運巷道的煤柱與邊界煤柱不能重合，煤炭壓覆量大；2）工業(yè)場地占地面積大；3）進場道路短。

方案二：場地占地面積14.50 hm2，工業(yè)場地壓覆煤炭資源3.86 Mt。行政辦公區(qū)位于場地西北部；輔助生產(chǎn)區(qū)位于場地西南部；生產(chǎn)區(qū)位于場地東南部。工業(yè)場地豎向采用臺階式布置，場地土方工程量：挖方107 925.34 m3，填方208 342.25 m3。

該方案的優(yōu)點：1）工業(yè)場地用地避開自然地形的沖溝，建構(gòu)筑物基礎(chǔ)容易處理；2）工業(yè)場地人流、物流順暢；3）進場道路較長，有利于社會人員在沿途設(shè)置針對煤礦員工的經(jīng)營場所。缺點：1）場地面積沒有充分利用面積指標；2）選煤廠生產(chǎn)系統(tǒng)的煤流由西向東，與井下來煤和煤炭外運的方向相反；3）場地沒有預(yù)留后期發(fā)展的用地。

方案三：場地占地面積17.59 hm2，壓覆的煤炭資源約有3.11 Mt。選煤廠生產(chǎn)區(qū)位于礦井場地北部；輔助生產(chǎn)區(qū)在場地東南側(cè)；生活區(qū)位于工業(yè)場地的西南部。工業(yè)場地豎向采用臺階式布置，場地土方量為：挖方239 928.29 m3，填方264 969.43 m3。

該方案的優(yōu)點：1）場地人流線路便捷，煤流線路順暢，物流線路與煤流線路、人流線路均無交叉；2）主、副井井筒、主運巷道的煤柱與邊界煤柱緊密重合，壓覆的煤炭資源量小；3）場地占地面積較小；4）進場道路長度較長，有利于社會商業(yè)活動。缺點：生活污水設(shè)施的選址不利于基礎(chǔ)處理，工程建設(shè)費用較高。

2 建立全要素指標體系

2.1 指標體系確定

根據(jù)全要素指標體系建立原則，首先將呼家塔煤礦的影響范圍劃分成五個層級，層級由大到小分別為：鎮(zhèn)域范圍、1500 m 范圍、1000 m 范圍、500 m 范圍、場地圍墻范圍。依據(jù)總圖學科理論，對劃定的五個層級由小向大逐層進行理論分析，可以得出呼家塔煤礦理論指標分析表。進一步通過到現(xiàn)場進行實地調(diào)研的方法[7]，對以上通過理論分析得來的因素表進行補充，可以使總平面布置方案這一評價工作的結(jié)果更精準。以上工作形成了呼家塔煤礦總平面布置全要素指標分析表，見表1。

表1 呼家塔煤礦總圖方案全要素表[8]

將得到的要素指標依照“技術(shù)”“經(jīng)濟”“社會影響”進行分類，去掉相同的因素和沒有可比性的因素，組成總平面布置方案比選的指標體系，共計13 個因素。在影響范圍層次的權(quán)重方面，由于煤炭企業(yè)建設(shè)是一項工程建設(shè)，要同時滿足技術(shù)可行與經(jīng)濟合理，因此對影響范圍的第一層和第二層取相同的權(quán)重。由于呼家塔建設(shè)單位在當?shù)負碛袃?yōu)越的社會資源，工程設(shè)計與建設(shè)工作中，可以獲取更有利的條件，因此弱化了“社會影響”的權(quán)重取值，即按照“技術(shù)=經(jīng)濟＞社會影響”對影響范圍權(quán)重進行確定，賦予權(quán)重值W=（0.35，0.35，0.3），見表2。

表2 呼家塔煤礦總平面布置方案評價指標層次結(jié)構(gòu)

2.2 各指標權(quán)重計算

采用層次分析法[9]確定呼家塔煤礦總平面布置方案評價指標第一層級中各指標的權(quán)重。建立三個構(gòu)造判斷矩陣，通過對指標進行兩兩對比分析[10]，計算各指標的相對重要性并進行一致性檢驗，計算結(jié)果見下表3～表5。

表3 技術(shù)因素指標權(quán)重計算表

表4 經(jīng)濟因素指標權(quán)重計算表

表5 環(huán)境及社會因素指標權(quán)重計算表

即可得到三個因素的權(quán)重集：技術(shù)W1=（0.304 0.447 0.14 0.069 0.04）；經(jīng)濟W2=（0.575 0.311 0.114）；環(huán)境及社會W3=（0.434 0.290 0.143 0.086 0.047）。

3 總平面布置方案比選

德爾菲法（專家調(diào)查法），是一種匿名反饋函詢法。在本研究中，應(yīng)用該方法對呼家塔煤礦總平面方案的定性因素重要程度征詢專家意見之后，進行整理、歸納、統(tǒng)計，匿名反饋后，再次重復，直至獲得一致的意見。根據(jù)這些意見得出呼家塔煤礦總平面方案的要素分析表，見表6。

表6 呼家塔煤礦總平面方案要素分析表

通過指標量化處理，可得到三個方案的單因素評價值，進一步通過歸一化[11]處理獲得技術(shù)（R1）、經(jīng)濟（R2）、社會影響（R3）三個隸屬度矩陣：

然后，進行一級模糊評價，計算各方案的單項指標評價值：

根據(jù)第二層級中指標權(quán)重值W=（0.35 0.35 0.30），可以計算呼家塔煤礦三個總平面方案的整體性評價值：

最后，根據(jù)整體性評價的結(jié)果，三個總平面布置方案的排序為：方案3 ＞方案1 ＞方案2，因此選擇方案3 作為推薦方案。

4 結(jié)語

該文提出“全要素”概念的目的是最大程度改善目前總圖方案比選工作中要素選取不全面的現(xiàn)狀，盡可能多地選取影響總圖方案的要素，讓總平面方案比選的結(jié)果更加真實可靠，更好地服務(wù)于煤礦的發(fā)展，節(jié)約初期投資和后期運營成本。另外，基于多層次模糊綜合評價的總平面布置方案比選在一定程度上彌補了傳統(tǒng)的定性分析方法的不足，將影響總平面布置的因素進行量化處理，使每一項指標均具有可比性。該方法運用簡單，便于實踐，具有良好的實操性。