基于模糊综合评价法的蒙陕矿区科学开采关键影响因子分析.pdf

Vol.42,No.3Journal of Inner Mongolia University of Science and Technology第42 卷第3期September,20232023年9 月内蒙古科技大学学报基于模糊综合评价法的蒙陕矿区科学开采关键影响因子分析王文才，高小雷（内蒙古科技大学矿业与煤炭学院，内蒙古包头014010)摘要：为确定蒙陕矿区科学开采关键影响因子，通过建立蒙陕矿区科学开采评价指标体系，采用层次分析法对各指标赋权，基于模糊综合评价法构建蒙陕矿区科学开采量化评价模型，对蒙陕矿区典型矿井进行评价分析结果表明关键影响因子为矿区复垦率、开采沉陷系数、塌陷区绿化率、矿井水利用率、研石利用率、充填率、吨煤环境治理费用、综合管控平台智能水平、薄煤层回采率。关键词：蒙陕矿区；科学开采；层次分析法；模糊综合评价法；关键影响因子中图分类号：TD821文献标识码：A文章编号：2 0 9 5-2 2 9 5（2 0 2 3)0 3-0 2 32-0 6D0I:10.16559/ki.2095-2295.2023.03.006Analysis of the key influencing factors of scientific mining inInner Mongolia-Shaanxi mining area based on fuzzy comprehensiveevaluation methodWANGWencai,GAO Xiaolei(Mining and Coal School,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou 014010,China)Abstract:Through establishing the evaluation index system of scientific mining in Inner Mongolia-Shaanxi mining area,AHP was usedto assign weights to each index,and a quantitative evaluation model of scientific mining in Inner Mongolia-Shaanxi mining area wasconstructed based on fuzzy comprehensive evaluation method.The evaluation and analysis of typical mines in Inner Mongolia-Shaanximining area were carried out to determine the key influencing factors.The results show that the key influencing factors include the rec-lamation rate of mining area,mining subsidence coefficient,greening rate of subsidence area,utilization rate of mine water,utilizationrate of gangue,filling rate,environmental control cost per ton of coal,intelligent level of comprehensive control platform and recoveryrate of thin coal seam.Key words:Inner Mongolia-Shaanxi mining area;scientific mining;AHP;fuzzy comprehensive evaluation method;key influencingfactor煤炭是我国能源安全的压舱石，长期以来，我国以煤炭为主体的能源结构难以改变蒙陕矿区为我国最大的产煤区，促进该矿区煤炭行业高质量发展的途径为实施科学开采。科学开采的理念由钱鸣高首次提出 。随后众多学者对该理念展开研究，取得了一系列重要成果，现阶段科学开采主要指在安*基金项目：国家自然科学基金资助项目（52 0 6 40 43）；内蒙古自治区自然科学基金资助项目（2 0 2 0 MS05010）；内蒙古科技大学矿山安全与地下工程院士专家工作站建设资助项目；内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心资助项目.作者简介：王文才（19 6 4），男，内蒙古科技大学教授，博士，博士生导师，研究方向为采矿及矿山安全工程的教学和研究.通信作者：e-mail:收稿日期:2 0 2 2-0 4-2 7233王文才，等：基于模糊综评价法的蒙陕矿区科学开采关键影响因子分析全得以保障和环境得以保护修复的前提下，高效、智能、经济的开采煤炭2.3.蒙陕矿区的科学开采水平，关系到矿区能源供给的平衡和矿区经济以及生态环境的可持续发展，因此需采用合理的评价方法对其科学开采关键影响因子进行分析，以进一步提升矿区的科学开采水平.目前，对于科学开采评价的研究主要为采用基于线性加权的综合评价法获得被评价矿井的科学开采等级4-6 。这些研究均未对科学开采关键影响因子进行深入分析，并且评价方法较为单一，通过建立蒙陕矿区科学开采评价指标体系，采用层次分析法对指标赋权，基于模糊综合评价法构建蒙陕矿区科学开采量化评价模型，对蒙陕矿区典型矿井进行评价，分析该矿区科学开采关键影响因子，为该矿区后续科学开采合理规划提供了依据。蒙陕矿区科学开采评价指标体系建立蒙陕矿区科学开采受多种因素影响，是一个复杂的系统性问题基于科学开采内涵，主要从安全开采、高效开采、绿色开采、智能开采、经济开采5个角度出发，建立蒙陕矿区科学开采评价指标体系。通过参考科学开采评价的相关文献48 ,结合蒙陕矿区实际生产现状及区域特点，对评价指标进行初步分析、归纳与筛选通过咨询煤炭开采领域专家及蒙陕矿区4座典型矿井的高级管理人员，对评价指标进行2 次筛选，删除了吨煤价格、职工满意度、资源占用费等与评价对象相关性低的指标，增加了运输事故、薄煤层回采率、综合管控平台智能水平等具有针对性的指标。最终建立了蒙陕矿区科学开采评价指标体系，见表1.其中包括安全开采、高效开采、绿色开采、智能开采、经济开采5个一级指标，矿井伤亡、安全事故、职业健康等16 个二级指标，百万吨死亡率、伤残率、瓦斯事故次数等50 个三级指标.表1蒙陕矿区科学开采评价指标体系，一级指标权重二级指标权重三级指标权重对目标权重排序百万吨死亡率0.25000.05503矿井伤亡0.558 4伤残率0.75000.165 01瓦斯事故次数0.159 10.020 015水害事故次数0.151 20.019017火灾事故次数0.277 30.034 98煤尘爆炸事故次数0.15910.020015安全开采0.3940安全事故0.319 6顶板事故次数0.091 90.011 625冲击地压事故次数0.05380.006836机电事故次数0.053 80.006 836运输事故次数0.053 80.006 836职工体检率0.200 00.009 630职业健康0.1220职业病发病率0.800 00.03855采煤机械化水平0.457 90.007 334机械化水平0.129 4掘进机械化水平0.41610.006 739运输机械化水平0.126 00.002050矿井通风系统能力0.374 90.013724矿井排水系统能力0.215 40.007 931系统生产能力0.2950矿井供电系统能力0.215 40.007 931高效开采0.1240矿井采掘系统能力0.12080.004 445矿井运输系统能力0.073 50.002.748矿井原煤工效0.666 70.034 59生产效率0.4172万吨井下用人率0.33330.017 221厚煤层回采率0.31080.006 141采区回采率0.158 4中厚煤层回采率0.195 80.003847薄煤层回采率0.493 40.009 7292342023年9 月第42 卷第3期内蒙古科技大学学报一级指标权重二级指标权重三级指标权重对目标权重排序吨煤排水量0.109 50.005 842保水开采0.227 3废水排放达标率0.30900.016423矿井水利用率0.58150.030 912充填率0.33330.017 719减沉开采0.227 3绿色开采0.2340开采沉陷系数0.666 70.035 57研石排放率0.25000.007 135石利用0.122 2研石利用率0.750 00.021 414矿区复垦率0.666 70.066 02生态修复0.423 2塌陷区绿化率0.33330.033 010采煤智能水平0.457 90.035 56智能生产水平0.625 0掘进智能水平0.416 10.032211运输智能水平0.126 00.009 828地质探测智能水平0.249 30.007 433智能开采0.124 0智能辅助水平0.238 5安全监测智能水平0.593 60.017 620综合保障智能水平0.157 10.004 644传输网络技术水平0.136 50.002.349智能信息水平0.136 5数据处理设备能力0.238 50.004 046综合管控平台智能水平0.625 00.010 626吨煤生产成本0.484 20.04004吨煤环境治理费用0.206 90.017 122完全成本0.666 7吨煤安全培训费用0.229 00.018918经济开采0.124 0吨煤科技创新费用0.079.90.006 640吨煤毛利润率0.625 00.025813效益与保障0.3333职工收人0.136 50.005643高层次技术人员比例0.238 50.009 9272蒙陕矿区科学开采量化评价模型构建2.1指标权重的确定采用层次分析法确定指标权重的过程如下9 1）根据1 9 标度法10】，确定各级指标两两比较相对重要性程度di,并由其构造判断矩阵D：dild/2d21d22D(ij=1,2,n).(1)2）计算特征向量W，及最大特征根入，n8W,=M,/ZM(i=1,2,n).(2)式中：M，为判断矩阵D中各行元素的乘积(DW）1入(i,j=1,2,n).(3)maxnW3）进行一致性检验，获得指标权重：CI入max一nCR(4)RI(n-1)RI):式中：CI为一致性指标;RI为随机一致性指标，参考标准取值表进行取值；CR为平均一致性比例.当CR0.1时，视为通过一致性检验，W，即为权重向量，否则从第一步开始重复。由上述方法确定的蒙陕矿区科学开采评价指标权重在表1中给出。2.2蒙陕矿区科学开采水平的确定基于模糊综合评价法原理确定蒙陕矿区科学开采水平的过程如下：1）建立指标集合：将评价指标体系中各项指标按隶属关系组成若干个集合U,U=（u i,u z，,u;.2）建立评语集合将不同评价结果组成集合V,V=ui,2,ml.本文中V=优,良,中,差.3）确定指标权重.由上文所述方法确定各项指标权重后,引人权重向量W,W=（w,w 2，,w,）.4）构造三级指标模糊关系矩阵。对于三级指标中的定性指标，采用定性等级对应评价等级的方法确定其隶属度r；对于三级指标中的定量指标，采用半梯形分布函数计算其隶属度r,其中正向指标的计235王文才，等：基评价法的蒙陕矿区科学开采关键影响因子分析一粘租艺算方法如下所示，逆向指标的计算方法则与其相反.1xt4一T4t3xt4:(5)-一t4-t30t31x=t3X一t2xt3t3-t2(6)13t4t4-t3t3xt40 xt2,xt41=t2x-ttxt2t2-t1T2(7)t3一Xt2t3t3-t20 xti,xt31xtt2-xtix0.0440(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)伤残率/%1.50.73(0,0.9,0.1,0)0.68(0.1,0.9,0,0)0.32(1,0,0,0)0.25(1,0,0,0)瓦斯事故次数/次01230(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)2362023年9 月第42 卷第3期内蒙古科技大学学报分级标准值指标实际数值及隶属度三级指标优良中差P矿Q矿X矿Y矿水害事故次数/次01230(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)火灾事故次数/次01230(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)煤尘爆炸事故次数/次01230(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)顶板事故次数/次01230(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)冲击地压事故次数/次01230(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)机电事故次数/次01231(0,1,0,0)1(0,1,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)运输事故次数/次01230(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)职工体检率/%8070604072(0.2,0.8,0,0)75(0.5,0.5,0,0)75(0.5,0.5,0,0)83(1,0,0,0)职业病发病率/%60.2(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0(1,0,0,0)0.1(1,0,0,0)采煤机械化水平/%95858080706095858010008006001 00080060010008006001 0008006001000800600400800(0,1,0,0)1 000(0,1,0,0)1 600(1,0,0,0)1 800(1,0,0,0)矿井原煤工效/(V工)120100806095(0,0.75,0.25,0)108(0.4,0.6,0,0)125(1,0,0,0)143(1,0,0,0)万吨井下用人率/（人/万t）0.0080.004(0,1,0,0)0.004(0,1,0,0)0.002 8(0.6,0.4,0,0)0.002(1,0,0,0)厚煤层回采率/%8179778684829189878587(0,0,1,0)86(0,0,0.5,0.5)87(0,0,1,0)87(0,0,1,0)吨煤排水量/(m/t)10.62(0,0.9,0.1,0)1.54(0,0,0,1)0.65(0,0.75,0.25,0)0.72(0,0.4,0.6,0)废水排放达标率/%9390879080757560452523(0,0,0,1)30(0,0,0.25,0.75)22(0,0,0,1)15(0,0,0,1)开采沉陷系数/（hm/万t)0.40.35(0,0,1,0)0.32(0,0.3,0.7,0)0.37(0,0,0.6,0.4)0.38(0,0,0.4,0.6)研石排放率/%03683(0,1,0,0)2(0.33,0.67,0,0)5(0,0.33,0.67,0)4(0,0.67,0.33,0)研石利用率/%8075658070608060406050404030207060504060(0,1,0,0)63(0.3,0.7,0,0)65(0.5,0.5,0,0)75(1,0,0,0)地质探测智能水平I级级级V级I级(0,1,0,0)I级(0,1,0,0)I级(1,0,0,0)I 级(1,0,0,0)安全监测智能水平1级级级IV级I 级(0,1,0,0)I级(0,1,0,0)I级(1,0,0,0)I级(1,0,0,0)综合保障智能水平I级级级IV级I 级(0,1,0,0)I 级(0,1,0,0)II 级(0,1,0,0)1 级(1,0,0,0)传输网络技术水平I级级级级II级(0,1,0,0)I级(0,1,0,0)I 级(1,0,0,0)I 级(1,0,0,0)数据处理设备能力1级级级IV级I级(0,1,0,0)I 级(0,1,0,0)I 级(1,0,0,0)I 级(1,0,0,0)综合管控平台智能水平I级级级V级II级(0,0,1,0)II级(0,0,1,0)级(0,0,1,0)I级(0,1,0,0)吨煤生产成本/（元/t）200135(1,0,0,0)168(0,0.6,0.4,0)122(1,0,0,0)156(0.2,0.8,0,0)吨煤环境治理费用/（元/t）129653.5221.51504030242016222018 开采沉陷系数（0.0 355）塌陷区绿化率（0.0 330）矿井水利用率（0.0 30 9)研石利用率（0.0 2 14）充填率(0.0 17 7）吨煤环境治理费用（0.0 17 1）综合管控平台智能水平（0.0 10 6）薄煤层回采率（0.0 0 9 7).4结论1)建立了具有“516 50 层次结构的蒙陕矿区科学开采评价指标体系，采用层次分析法确定了各项指标权重，构建了基于模糊综合评价法的蒙陕矿区科学开采量化评价模型.2得出了P矿和Q矿的科学开采等级为良,X矿和Y矿的科学开采等级为优。3)确定了蒙陕矿区科学开采关键影响因子为矿区复垦率、开采沉陷系数、塌陷区绿化率、矿井水利用率、研石利用率、充填率、吨煤环境治理费用、综合管控平台智能水平、薄煤层回采率。4)从安全、高效、绿色、智能、经济5个角度，确定了蒙陕矿区科学开采关键影响因子，为选取蒙陕矿区科学开采评价指标提供了重要参考，为蒙陕矿区后续科学开采的合理规划提供了依据。参考文献：1钱鸣高.煤炭产业特点与科学发展.中国煤炭，2006,32(11):5.2王家臣,刘峰,王蕾.煤炭科学开采与开采科学门.煤炭学报,2 0 16,41(11):2 6 51.3钱鸣高，许家林，王家臣.再论煤炭的科学开采门.煤炭学报,2 0 18,43(0 1):1.4李东印，周英，李化敏，等.基于主观动态权重的科学采矿评价模型构建.采矿与安全工程学报，2 0 12，29(02):173.5LI C,NIE R.An evaluating system for scientific miningof Chinas coal resourcesJ.Resources Policy,2017,53(7):317.6王子升，朱磊.煤炭资源科学开采量化评价方法研究J.矿业研究与开发,2 0 2 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