煤矿井下采选充一体化评价模型创建与应用.pdf

2172023 年第 8 期刘殿德等：煤矿井下采选充一体化评价模型创建与应用收稿日期 2023-01-06作者简介 刘殿德（1976），男，山东德州人，2013 年毕业于中国矿业大学采矿工程专业，大学，注册安全工程师，现在滕州郭庄矿业有限责任公司从事安全技术管理工作。刘殿德等：煤矿井下采选充一体化评价模型创建与应用煤矿井下采选充一体化评价模型创建与应用刘殿德 陈志峰 糜行军（滕州郭庄矿业有限责任公司，山东 滕州 277500）摘 要 为进行煤矿井下采选充一体化工程质量的评价，以郭庄煤矿为研究背景，运用改进的模糊综合评价方法，构建了煤矿井下采选充一体化工程质量评价模型；采用层次分析法与变异系数法相结合的方法确定了两级指标权重。基于 MATLAB 软件平台，开发了“MBF”数值计算评价方法，提高了煤矿井下采选充一体化工程评价效率和质量。关键词“采选充”；一体化；质量；评价；软件中图分类号 TD82-9 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.08.069Creation and Application of an Integrated Evaluation Model for Downhole Mining,Selecting,and Filling in Coal Mines Liu Diande Chen Zhifeng Mi Xingjun(Tengzhou Guozhuang Coal Industry Co.,Ltd.,Shandong Tengzhou 277500)Abstract:In order to evaluate the quality of the integrated mining,selecting,and filling engineering in downhole coal mines,taking Guozhuang Coal Mine as the research background,a quality evaluation model for the integrated downhole mining,selecting,and filling engineering in coal mines is constructed using an improved fuzzy comprehensive evaluation method.The combination of Analytic Hierarchy Process and Coefficient of Variation method is used to determine the weights of the two-level indicators.Based on the MATLAB software platform,a MBF numerical calculation evaluation method is developed,which improves the efficiency and quality of the integrated engineering evaluation of downhole mining,selecting,and filling in coal mines.Key words:mining,selecting and filling;integration;quality;evaluate;software企业管理与科学发展1 煤矿井下采选充一体化的概念与系统构成煤矿井下采选充一体化的开采方式有效控制了地表下沉，为绿色矿山建设奠定了基础1。煤矿井下采选充一体化由井下煤矸石洗选系统和充填采煤系统组成，整个系统的运作流程是由这两个部分完成的。其整体示意图2如图 1。与传统的采煤和充填方式相比，煤矿井下采选充一体化技术是在井下进行煤炭开采、矸石分选和回填充填，建立了采选充相连结的循环闭合体系3，实现了矸石不出井的目的，就地及时充填，有效控制覆岩运动。图 1 井下分选系统和充填采煤系统示意图2 煤矿井下采选充一体化工程质量评价模型创建2.1 评价指标体系构建遵循采选充一体化矿山评价指标体系构建原则，将评价体系分为三层：采选充一体化矿山评价体系；采煤、选矸、充填；具体的评价指标。见表 1。2.2 权重改进模糊综合评价法通常使用的是超标赋权法，这种赋权方法存在一定缺陷，即无法用权重的形式表2182023 年第 8 期现评价对象和指标之间的关系4。本文进行组合赋权，采用乘法集成法将层次分析法确定的权重 V 与变异系数法确定的权重 W 进行结合，得出权重 Wi为5：()()11 2 3iiiniiiWVW i,nWV=，（1）表 1 评价指标体系采煤选矸充填煤层厚度矸石选出率充填量煤层硬度矸石充填粒径充填体强度煤层倾角矸石带煤率极限压实功采煤量产矸率充实率充填工作面采煤效率井下选煤矸石排出率密实充填率可布置工作面数量矸石及聚合物等充填材料承载压缩率夯实空顶距充填采区资源采出提高率地质结构工作面倾斜宽度上覆岩层性质采出率地表变形值工作面俯仰采角度曲率变形值井下原煤处理量地表倾斜值工作面走向长度超大断面密集硐室群断面收缩率伪顶厚度陷落柱影响程度2.3 模糊综合评价法改进本文在对煤矿井下采选充一体化工程质量进行评价时，采用梯形分布确定隶属度函数。最大隶属度原则是传统的模糊综合评价法最常使用的隶属度计算法，但这种方法存在很大的弊端。当两个隶属度等级非常接近时，只依靠最大隶属度原则进行判断会过于武断。因此本模型对隶属度评判加以改进，对隶属度加一个有效度判断，定义最大隶属度原则的有效度 为：=（n-1）/2（n-1）（2）式中：n 为综合评价矩阵 B 中元素个数；为最大隶属度；为第二大隶属度。当0.5时，采用最大隶属度的方法进行判断；当 0.5 时，采用加权平均原则确定隶属等级5：j1Tj1mcjmcjb jBb=（3）式中：bj为评价对象对于第 j 等级的隶属度；c为加权系数，本研究取 2，目的是控制较大的 bj起作用。2.4 指标权重确定一级指标判别矩阵见表 2。将：x,d=eig(A)A=1,4,2;1/4,1,1/3;1/2,3,1/4 x,d=eig(A)输入到 MATLAB 软件中，得到一级指标的权重分别为：采煤 0.379、选矸 0.253、充填 0.368。表 2 一级指标判别矩阵采煤选矸充填采煤142选矸1/411/3充填1/2313 煤矿井下采选充一体化工程质量评价软件开发为了更好地进行煤矿井下采选充一体化工程质量的评价，优化评价流程，根据前文建立的评价流程开发出“MBF”评价软件。本软件具体操作步骤如下：1）原始数据采集按照各编辑文本框所对应标签的含义，通过现场检查、抽查资料等形式，采集各种原始数据，应保证收集的数据真实准确。2）数据输入将采集的数据分窗口依次输入，输入的数据应是具体数值。若输入错误则会弹“输入错误”对话框。此外，数据量纲应符合各指标要求。将经过专家打分法计算出的各个指标的评分、MATLAB 软件计算出的权重以及现场实测得到的指标数据分别输入到软件输入端。3）计算进行模糊综合分析中的隶属度计算，并将隶属度矩阵与权重相结合，得出评价矩阵。在点击计算按钮以前应确定前面输入的所有数据的数值和量纲无误。4）评价结果分析2192023 年第 8 期刘殿德等：煤矿井下采选充一体化评价模型创建与应用本软件的评价结果以可靠性评语的形式输出。对隶属度矩阵有效度 进行判断，当 0.5 时，采用最大隶属度的方法进行判断；当 0.5 时，采用加权平均原则确定隶属等级。由前文可知，本文的可靠性评语分四级，分别为“优”“良”“中”“差”，每种评语都对应着一分值区间。4 采煤作业工程质量评价将从郭庄煤矿矿井现场采集到的数据、指标评分，具体见表 3。表 3 现场实测采煤指标数据指标数据一数据二数据三数据四采煤煤层厚度/m3.093.564.074.11煤层硬度1.01.72.32.5煤层倾角/（）0.71.01.21.3采煤量/（万 t/月）23222420工作面断面影响程度0.470.490.60.61充填工作面采煤效率高于垮落面百分比/%83788381可布置工作面数量8888充填采区资源采出提高率/%9111012工作面倾斜宽度/m2.652.872.913.07采出率/%85.079.085.084.5工作面俯仰采角度/（）3568井下原煤处理量/Mt2.83.13.13.0工作面走向长度/m264267275283超大断面密集硐室群断面收缩率/%9.010.010.79.5伪顶厚度/m0.060.080.100.12陷落柱影响程度0.450.510.600.62选矸矸石选出率/%89879190矸石充填粒径/mm13.012.011.011.5矸石带煤率/%2.11.81.92.1产矸率/%10.810.79.89.9井下选煤矸石排出率/%89908789实际排矸量/（Mt/a）1.00.91.21.1矸石及聚合物等充填材料承载压缩率/%6.08.06.26.3指标数据一数据二数据三数据四充填充填量/（m3/a）109118充填体强度/（N/m2）5.07.07.08.5极限压实功/J32353437充实率0.70.80.60.8落料中心距87899293密实充填率79838487夯实离顶距87909289地质结构78818388上覆岩层性质91949492地表水平变形值/（mm/m）1.81.60.90.8曲率变形值/（10-3/m）0.20.150.180.09地表倾斜值/（mm/m）3.02.32.11.9由“MBF”评价软件显示的结果界面，如图 2所示。可以看出：经采选充一体化示范工程质量评价软件对郭庄煤矿的采煤作业工程质量进行评价，得出工程质量对“优”的隶属度为 0.865，对“良”的隶属度为0.102，对“中”的隶属度为0.033，对“差”的隶属度为 0。由此得出郭庄煤矿采煤作业工程质量评价结果为“优”。图 2 运行结果图5 结论煤矿井下采选充一体化技术，是节省人力、物力成本和实现生态文明的切入点，是践行绿色矿山的重要举措。本文以郭庄煤矿为研究背景，构建了煤矿井下采选充一体化工程质量评价模型。根据构建的煤矿井下采选充一体化工程质量评价模型开发了“MBF”评价软件；运用“MBF”评价软件对郭庄煤矿采煤作业工程质量进行评价，得出工程质量评价结果为“优”。（下转第 225 页）2252023 年第 8 期沈 伟：大型煤炭生产企业安全监管垂直管理新模式探索全监管管理层级明显压缩，集团公司到煤矿安全监管层级由原来 35 级精简到 3 级，安全指令传导效率明显提高；二是安全生产高压严管态势明显增强，年均各类安全检查 1000 次以上，查处问题隐患 2 万条以上，发挥了安全监管震慑作用；三是安全监管队伍独立性与权威性明显提升，安全监管垂直管理有力提升了安全监管队伍重要性，安监人员的职业认同感、荣誉感越来越高，形成了一支极具执行力的安全监管队伍；四是安全监管人员整体素质得到有效提升，安全监管队伍安全生产知识和管理能力考核合格人员达到 500 人以上，一大批业务精、素质强、能力足的专业技术干部和人员充实到了安全监管队伍中，有力保障了安全监管需要。中煤集团 2022 年生产安全事故死亡人数较 2021 年下降 44%5 结论1）安全垂直管理实现了上级安全监管部门与所驻单位对安全监管队伍的双重管理，增强了安全监管队伍的独立性与权威性，有利于增强安全监管队伍担当作为精神，提升安全监管效能。2）安全垂直管理明确赋予关键人员安全监管权力，增强了安全监管队伍执行力，有力提升了安全监管兜底保障作用，推动企业更好统筹发展和安全。3）安全垂直管理提高了安全监管人员荣誉感和责任感，有利于提升安全监管队伍素质。但是，目前大部分安全监管人员选聘仍以所驻单位意见为主，福利待遇也与所驻单位效益政策息息相关，长期驻守一地独立性仍然不足，晋升渠道仍显狭窄，安全履职仍然受到各种制约，尚需进一步研究解决。【参考文献】1 张三政.安全管理在矿山采矿工程中的应用 J.采矿技术，2022，22（05）：74-77.2 李艳.煤矿安全管理问题及防治措施研究 J.能源与节能，2022（08）：43-45+52.3 邱成龙.我国煤矿安全脆弱性影响因素分析及政府监管监察对策研究 D.西安：西北大学，2021.4 张宇航.煤矿企业不安全生产行为政府监管的博弈研究 D.徐州：中国矿业大学，2021.5 叶掌玺.煤矿安全监管体制及监管模式分析 J.冶金管理，2021（07）：151-152.6 周长友.煤矿生产安全监管的研究 J.山东煤炭科技，2015（07）：172-173.（上接第 219 页）【参考文献】1 孙传尧，宋振国.地下采选一体化系统的研究及应用概况 J.矿冶，2017，26（01）：1-6.2 何琪.煤矿井下采选充采一体化关键技术研究D.徐州：中国矿业大学，2014.3 Kabir Golam,Ahmed Sk Kafi,Aalirezaei Armin,et al.Benchmarking Canadian solid waste management system integrating fuzzy analytic hierarchy process(FAHP)with efficacy methodsJ.Environmental Science and Pollution Research,2022.4 常建娥，蒋太立.层次分析法确定权重的研究 J.武汉理工大学学报(信息与管理工程版)，2007（01）：153-156.5 杨静.改进的模糊综合评价法在水质评价中的应用 D.重庆：重庆大学，2014.