金智新

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司，太原030053）

老礦區(qū)轉(zhuǎn)型發(fā)展工程哲學(xué)思考

金智新

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司，太原030053）

老礦區(qū)的轉(zhuǎn)型發(fā)展是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須站在工程哲學(xué)的高度總攬全局，遵循工程―自然―科學(xué)―技術(shù)―產(chǎn)業(yè)―經(jīng)濟(jì)―社會(huì)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。工程是科技創(chuàng)新的主體，依靠科技進(jìn)步推動(dòng)工程創(chuàng)新，工程促進(jìn)科學(xué)、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展。工程要以生態(tài)保護(hù)為前提，經(jīng)濟(jì)促進(jìn)生態(tài)工程建設(shè)。稀缺煉焦煤資源的保護(hù)與開采是矛盾的對(duì)立與統(tǒng)一體，煉焦煤生產(chǎn)企業(yè)要兼顧眼前利益與長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，特別是老礦區(qū)，要解決好資源稀缺性與需求激增性矛盾，實(shí)行限量開采，增加資源的回收率，實(shí)行以煤為基，資源高效循環(huán)利用的大、縱、深產(chǎn)業(yè)群建設(shè)?，F(xiàn)有的安全管控高投入與安全事故頻發(fā)的矛盾促進(jìn)了安全理論與技術(shù)的發(fā)展，安全理論與技術(shù)由系統(tǒng)安全到結(jié)構(gòu)安全的轉(zhuǎn)變是事物發(fā)展的必然。

工程哲學(xué)；不對(duì)稱開發(fā)；綠色遷移；大縱深產(chǎn)業(yè)群；保護(hù)性開采；安全結(jié)構(gòu)理論

1 前言

工程哲學(xué)是研究工程規(guī)律的一般性科學(xué)，工程活動(dòng)是人類社會(huì)生存和發(fā)展基礎(chǔ)性的實(shí)踐活動(dòng)，老礦區(qū)轉(zhuǎn)型發(fā)展必須站在工程哲學(xué)的高度，才能總攬全局，揭示其規(guī)律。工程是實(shí)現(xiàn)老礦區(qū)轉(zhuǎn)型發(fā)展的直接推動(dòng)力。實(shí)現(xiàn)老礦區(qū)轉(zhuǎn)型發(fā)展需要眾多工程建設(shè)項(xiàng)目支撐，包括地下工程與地面工程。項(xiàng)目眾多，工程活動(dòng)的要素十分龐雜，因此，在項(xiàng)目的決策、實(shí)施過(guò)程中必須應(yīng)用工程哲學(xué)的思想，在自然－科學(xué)－技術(shù)－工程－產(chǎn)業(yè)－經(jīng)濟(jì)－社會(huì)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中[1～3]，思考和處理轉(zhuǎn)型工程中局部與整體、科學(xué)與工程、技術(shù)與工程、工程與經(jīng)濟(jì)、工程與社會(huì)的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)由征服自然觀向和諧工程觀的理念轉(zhuǎn)變。工程創(chuàng)新依靠科學(xué)技術(shù)，工程推動(dòng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新。

山西省有1 053座煤礦，有50%是開采百年的老礦區(qū)，2013年生產(chǎn)煤炭9.62×108t，占全國(guó)煤炭產(chǎn)量的26%，銷售收入1.42萬(wàn)億元，實(shí)現(xiàn)稅費(fèi)1 150億元，面臨的普遍問(wèn)題是，資源枯竭、安全欠帳多、環(huán)境污染嚴(yán)重等。老礦區(qū)要承擔(dān)起國(guó)家能源安全和保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的重任，必須通過(guò)工程、技術(shù)與管理創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型與發(fā)展。

2 雙系煤田不對(duì)稱開發(fā)工程哲學(xué)

對(duì)稱與不對(duì)稱是從宏觀世界到微觀世界普遍存在著的現(xiàn)象。對(duì)稱與不對(duì)稱在形象、結(jié)構(gòu)和功能中，在空間和時(shí)間上，在概念和數(shù)學(xué)中，都十分普遍。在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，各門科學(xué)都在從不同的側(cè)面對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行深人的研究，已取得了極有價(jià)值的成果。另一方面，深入研究對(duì)稱與不對(duì)稱在自然界和自然科學(xué)中的普遍形態(tài)和辯證轉(zhuǎn)化，也是自然科學(xué)和工程哲學(xué)研究的重要任務(wù)。

雙系煤田不對(duì)稱開發(fā)是指工程結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱導(dǎo)致結(jié)果的不對(duì)稱。

2.1 工程決策

大同礦區(qū)開采侏羅、石炭雙系煤田，均屬易自燃煤層且具有“兩硬”特點(diǎn)，侏羅系已開采煤層19層，資源接近枯竭，煤層間距1～25 m不等。石炭系開采主采煤層2層總厚達(dá)20～28 m，其中3#～5#合并層厚18～23 m，開采條件極其復(fù)雜，在由侏羅系向石炭系延伸重大工程戰(zhàn)略決策中，力排眾議，不用傳統(tǒng)的老礦井直接延伸模式，提出了“不對(duì)稱開發(fā)與對(duì)稱布置”相互協(xié)調(diào)開發(fā)新模式。也就是，通過(guò)改變地下工程布置結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱開發(fā)。創(chuàng)新了礦井開發(fā)設(shè)計(jì)思想，使在老礦區(qū)中建設(shè)千萬(wàn)噸級(jí)礦井成為可能，使循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)建設(shè)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

2.2 工程結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱

不對(duì)稱開發(fā)的工程結(jié)構(gòu)不對(duì)稱是自然條件（煤層賦存）、空間布置結(jié)構(gòu)、技術(shù)等條件的不對(duì)稱。

自然條件的不對(duì)稱是指侏羅、石炭雙系煤層的賦存條件（地質(zhì)條件、煤層的頂?shù)装鍡l件、開采可能發(fā)生的災(zāi)害條件等）不對(duì)稱。侏羅紀(jì)煤層的特點(diǎn)是煤層群聯(lián)合開采，具有煤層淺埋深，頂板和煤層“兩硬”、自然發(fā)火嚴(yán)重等條件；石炭系煤層具有超厚（18～23 m）支撐強(qiáng)度低、煤層破碎、節(jié)理裂縫發(fā)育，呈現(xiàn)低瓦斯含量－高瓦斯礦井的特點(diǎn)，需要開發(fā)新的開采技術(shù)與瓦斯治理技術(shù)。

空間布置結(jié)構(gòu)不對(duì)稱是指開采侏羅與石炭系煤層的地面與地下工程的空間位置不對(duì)稱，工程形態(tài)不對(duì)稱，工程布置方式不對(duì)稱。

工程技術(shù)不對(duì)稱是指開采侏羅與石炭系煤層地面與地下工程的施工技術(shù)不對(duì)稱，開采技術(shù)不對(duì)稱。侏羅紀(jì)煤層礦井的設(shè)計(jì)能力是在4×106t以下，單工作面的生產(chǎn)能力1×106t以下。石炭系煤層礦井生產(chǎn)能力是2×107t，單工作面生產(chǎn)能力在1×107t以上。礦井生產(chǎn)能力改變導(dǎo)致施工技術(shù)與開采技術(shù)難度發(fā)生質(zhì)的變化，必須通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新加以解決。

2.3 工程效果不對(duì)稱

取得經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的不對(duì)稱。通過(guò)改變地下工程布置結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱開發(fā)。創(chuàng)新了傳統(tǒng)礦井開發(fā)設(shè)計(jì)思想，減少地下巷道開掘工程，簡(jiǎn)化生產(chǎn)系統(tǒng)，安全可靠性高、節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本，經(jīng)濟(jì)效益好，為煤炭資源高產(chǎn)高效集約開采、生產(chǎn)平穩(wěn)連續(xù)、生產(chǎn)及管理現(xiàn)代化、信息化、環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。為多業(yè)并舉、多元發(fā)展產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整創(chuàng)造了條件，使老礦區(qū)建設(shè)千萬(wàn)噸級(jí)礦井及循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)成為可能。

根據(jù)不對(duì)稱開發(fā)模式建成塔山、同忻兩個(gè)千萬(wàn)噸級(jí)礦井。與傳統(tǒng)模式相比，工程量、工程造價(jià)、產(chǎn)量、全員工效等各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均有顯著改善，如表1、表2所示。

表1 主要績(jī)效指標(biāo)對(duì)比表Table 1 Comparison table of key performance indicators

表2 工程建設(shè)主要指標(biāo)對(duì)比表Table 2 Comparison table of key project indicators

3 資源高效循環(huán)利用與綠色遷移

發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的重要方面。它要求自然―人―社會(huì)、自然―經(jīng)濟(jì)―社會(huì)的和諧發(fā)展，是我國(guó)新時(shí)期工程實(shí)踐的主要目標(biāo)。老礦區(qū)的生態(tài)化轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)生態(tài)化，是循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式下工程活動(dòng)的實(shí)踐途徑。

3.1 老礦區(qū)生態(tài)化轉(zhuǎn)型

循環(huán)經(jīng)濟(jì)的微觀主體是企業(yè)，工業(yè)生態(tài)化要求從事工程活動(dòng)的企業(yè)實(shí)現(xiàn)生態(tài)化轉(zhuǎn)型。老礦區(qū)生態(tài)化是企業(yè)為了自身的生存和發(fā)展，運(yùn)用生態(tài)學(xué)思想來(lái)從事決策、組織、管理的工程活動(dòng)，是以追求工業(yè)生態(tài)效率、提高資源利用率和清潔生產(chǎn)為意識(shí)和謀略的，是將資源的高效循環(huán)利用、廢棄物的合理利用同效益優(yōu)化結(jié)合的礦區(qū)。礦區(qū)生態(tài)化的內(nèi)容包括資源的生態(tài)化、產(chǎn)品的生態(tài)化、生產(chǎn)技術(shù)工藝的生態(tài)化等[4，5]。

老礦區(qū)生態(tài)化轉(zhuǎn)型是工業(yè)生態(tài)化的一種基本類型，其重要特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化和生態(tài)優(yōu)化，體現(xiàn)為生態(tài)效率優(yōu)化和生態(tài)效用優(yōu)化。生態(tài)效率優(yōu)化是通過(guò)拓寬工程系統(tǒng)的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如以煤為基，資源高效循環(huán)利用的大、縱、深產(chǎn)業(yè)群建設(shè)思想，就是為經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化、為資源、能源的循環(huán)或梯級(jí)利用設(shè)計(jì)的，它充分考慮了工程在整個(gè)工業(yè)生態(tài)鏈或生態(tài)工業(yè)園區(qū)中的功能與定位。生態(tài)效用優(yōu)化是指產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)或評(píng)價(jià)過(guò)程中考慮經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境保護(hù)和社會(huì)效益等的優(yōu)化。

3.2 以煤為基，資源高效循環(huán)利用的大、縱、深產(chǎn)業(yè)群工程

實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要途徑和基本手段。人類社會(huì)及其經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與自然生態(tài)共同構(gòu)成一個(gè)“社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然”的生態(tài)型復(fù)合系統(tǒng)。礦區(qū)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化可以是依據(jù)自然生態(tài)的有機(jī)循環(huán)原理建立發(fā)展模式，將在礦區(qū)內(nèi)的多種具有不同生產(chǎn)類別的企業(yè)，按照物質(zhì)循環(huán)、生物和產(chǎn)業(yè)共生原理對(duì)產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的各組分類進(jìn)行優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)物質(zhì)和能量的封閉循環(huán)利用，建立高效率、低消耗、低污染、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境相協(xié)調(diào)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益的最大化[6]。產(chǎn)業(yè)生態(tài)化的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“社會(huì)―人―自然”的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。

同煤集團(tuán)建成國(guó)內(nèi)第一個(gè)以煤為基，產(chǎn)業(yè)鏈條完整、資源產(chǎn)出最大化、資源綜合利用最優(yōu)化、節(jié)能減排顯著、地區(qū)經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)突出的多聯(lián)產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)。

產(chǎn)業(yè)鏈條完整。各個(gè)項(xiàng)目首尾相接、環(huán)環(huán)相扣，上一個(gè)單位生產(chǎn)的廢料正好是下一個(gè)單位的原料，逐層減量利用，物料閉路循環(huán)。

資源產(chǎn)出最大化。園區(qū)資源產(chǎn)出指標(biāo)在行業(yè)內(nèi)居于領(lǐng)先水平。不僅對(duì)煤炭精采細(xì)采，而且對(duì)伴生物高嶺巖進(jìn)行資源化利用，生產(chǎn)出目前國(guó)際上最細(xì)的6 250目煅燒高嶺土。伴生資源利用率由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)40%提高到95%。

將有限的資源做到無(wú)限利用。園區(qū)工業(yè)固體廢棄物綜合利用率達(dá)到100%。園區(qū)生活和工業(yè)廢水經(jīng)過(guò)污水處理廠處理后進(jìn)行復(fù)用，基本上做到廢水“零排放”。

節(jié)能減排顯著。園區(qū)各項(xiàng)目全過(guò)程嚴(yán)格減排，已經(jīng)積累了42萬(wàn)畝(1畝≈666.67 m2）森林碳匯資源，地跨3地市11個(gè)縣區(qū)，是全國(guó)面積最大的“自營(yíng)坑木林”基地，為改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境做出了積極的貢獻(xiàn)。

地區(qū)經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)突出。塔山園區(qū)不僅實(shí)現(xiàn)了“循環(huán)”，而且做到了“經(jīng)濟(jì)”，2010年園區(qū)實(shí)現(xiàn)利稅26億元，上繳稅收占到大同市南郊區(qū)的50%以上，同時(shí)極大地推動(dòng)了園區(qū)周邊新農(nóng)村建設(shè)。

古交循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)是以煤、電、化工、冶金和建材項(xiàng)目為支撐，立足于技術(shù)高起點(diǎn)，采用先進(jìn)技術(shù)、先進(jìn)設(shè)備和先進(jìn)工藝，各產(chǎn)業(yè)鏈節(jié)點(diǎn)的先進(jìn)技術(shù)綜合集成，其中古交發(fā)電廠采用目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的500 kV超高壓地理信息系統(tǒng)組合電氣開關(guān)技術(shù)，2×30萬(wàn)kW的發(fā)電機(jī)組電廠，是首個(gè)全國(guó)最大的煤電聯(lián)營(yíng)燃洗中煤坑口電廠；全國(guó)首次冷卻循環(huán)水全部采用城市污水再生水；其化學(xué)水處理系統(tǒng)在全國(guó)首次使用反滲透+電子數(shù)據(jù)互換技術(shù)；首次使用氣力出灰900 M系統(tǒng)；在全國(guó)首家使用半干法脫硫技術(shù)設(shè)施，這些都是歷史上最先進(jìn)的創(chuàng)新技術(shù)，循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)建設(shè)立足于技術(shù)高起點(diǎn)的基本原則，形成了強(qiáng)大的古交循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)集成創(chuàng)新技術(shù)體系。

3.3 綠色遷移與綠色礦區(qū)建設(shè)

以最小的生態(tài)擾動(dòng)獲取資源，以最小的末端治理還原和再造礦區(qū)生態(tài)環(huán)境。做到生態(tài)環(huán)境優(yōu)先，保護(hù)與治理并重[7]，礦區(qū)經(jīng)濟(jì)服務(wù)于生態(tài)環(huán)境。新礦區(qū)建設(shè)實(shí)行保護(hù)，老礦區(qū)改造采取治理，最終實(shí)現(xiàn)礦山工程與生態(tài)環(huán)境融為一體。

同煤集團(tuán)建成全國(guó)煤礦第一個(gè)面積最大、功能最為齊全的生活新區(qū)（占地10 000畝，10萬(wàn)套人居新區(qū)）。解放了1.1×109t壓煤。綠化沉陷區(qū)1.3×106m2，礦區(qū)綠化覆蓋率達(dá)到29%；治理了2億多噸矸石山自燃，完成了30余座矸石山的覆土、綠化、造田工作。治理了200多處煤炭自燃火區(qū)，空氣質(zhì)量明顯提高。2010年，空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良率達(dá)93.4%。

4 稀缺煉焦煤資源保護(hù)與開采

稀缺煉焦煤資源保護(hù)與開采的工程活動(dòng)中的本質(zhì)問(wèn)題是自然(資源）―人(或工程）―社會(huì)的本質(zhì)聯(lián)系。對(duì)資源稀缺性與需求激增性矛盾的本質(zhì)認(rèn)識(shí)，普遍地將資源的稀缺性視作相對(duì)的，即相對(duì)于社會(huì)需求的激增而出現(xiàn)的。事實(shí)上，自然資源的稀缺是絕對(duì)的，不僅體現(xiàn)在時(shí)間上因自然演化促使資源的變化，人類總會(huì)在某個(gè)時(shí)限內(nèi)將之消耗殆盡；而且體現(xiàn)在空間上稀缺煉焦煤資源儲(chǔ)藏量的絕對(duì)性是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀存在。對(duì)自然資源稀缺絕對(duì)性的認(rèn)識(shí)，促使我們反思長(zhǎng)期以來(lái)的發(fā)展模式，必須在工程開發(fā)方面有“非線性”思維[8]，尋求新的礦藏、提高資源采收與利用率、尋求替代資源等是基本途徑。

4.1 煉焦煤的重要戰(zhàn)略地位

煉焦煤在國(guó)家工業(yè)中發(fā)揮重要作用。煉焦煤主要用于鋼鐵、化工、機(jī)械、有色金屬等行業(yè)，焦炭在鋼鐵工業(yè)中作為高爐的熱源和還原劑。煉焦煤不僅僅是一種能源，也是一種重要的工業(yè)原料。

直接關(guān)系著國(guó)家鋼鐵等工業(yè)的發(fā)展。鋼鐵工業(yè)占煉焦煤消費(fèi)量的85.5%（見(jiàn)圖1），冶煉1 t生鐵消耗焦炭0.4 t，消耗煉焦煤0.936 t，鋼鐵產(chǎn)量與煉焦煤產(chǎn)量演化相似度為0.78。

圖1 全國(guó)煉焦煤消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Consumption structure diagram of national coking coal

煤炭是稀缺、不可再生和替代的戰(zhàn)略資源。2010年我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，煤炭占70%，原油18%，天然氣5%，水力發(fā)電6%，核能1%，再生能源1%。我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)對(duì)煉焦煤的需求量非常大，2010年全國(guó)煤炭總產(chǎn)量3.24×109t，煉焦煤產(chǎn)量1.1× 109t，占煤炭總產(chǎn)量34%。在未來(lái)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，我國(guó)對(duì)煉焦精煤需求量仍將維持在5×108t左右，至今尚沒(méi)有其他產(chǎn)品可以替代。

4.2 煉焦煤資源風(fēng)險(xiǎn)

煤炭?jī)?chǔ)量有限，分布不均。全國(guó)煤炭保有資源量1.3096×1012t，其中煉焦煤保有資源量2.961×1011t，煉焦煤可采儲(chǔ)量5.676×1010t。煉焦煤保有量山西省占52.7%，其他省份所占份額小（見(jiàn)圖2）。

圖2 2009年主分布各省煉焦煤資源儲(chǔ)量圖Fig.2 Coking coal reserves diagram of the main distribution provinces in 2009

消耗較快，浪費(fèi)較多。煉焦煤保有量占全國(guó)煤炭保有量的比例逐年降低，從1992年的28.71%下降到2009年的22.6%，下降了約6個(gè)百分點(diǎn)。一部分煉焦煤被作為動(dòng)力煤使用，造成資源浪費(fèi)。受洗選技術(shù)制約，部分難以洗選的煉焦煤沒(méi)有作為煉焦煤使用。全國(guó)煉焦精煤平均產(chǎn)率僅為55%（見(jiàn)圖3、圖4）。

圖3 2009年部分礦區(qū)煉焦煤作為動(dòng)力煤使用量Fig.3 The amount of coking coal used as steam coal in some mine areas(2009）

圖4 2009年部分礦區(qū)煉焦精煤產(chǎn)率Fig.4 The output rateof refined coking coal in some mine areas(2009）

核心煤種短缺，生產(chǎn)無(wú)序。煉焦煤資源煤種齊全，但是，作為煉焦核心煤種的焦煤和肥煤所占比例僅為17.3%和12.2%，核心煤種十分短缺。按精煤產(chǎn)量計(jì)算市場(chǎng)絕對(duì)集中度，CR4<20%，CR8< 30%，CR20<40%?；谪惗鞣诸惙ǎ瑹捊姑菏袌?chǎng)屬無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)結(jié)構(gòu)類型，大企業(yè)對(duì)煉焦煤市場(chǎng)管控力低，加劇了煉焦煤資源的浪費(fèi)。

可采年限短，新增產(chǎn)能大。從2003年的8.42× 108t增加到2009年的1.041×109t，年均增速約4%。按目前煉焦煤可采儲(chǔ)量及產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算，全國(guó)煉焦煤最高可采年限約33年，其中焦煤可采31年，肥煤可采46年。33年后我國(guó)鋼鐵生產(chǎn)所需煉焦煤將面臨著主要依賴進(jìn)口的困局。2009年末在建（改擴(kuò)建）煉焦煤煤礦600多處，新增能力1.87×108t，加速了煉焦煤資源消耗，可采年限降低為28年(見(jiàn)圖5）。

圖5 2003—2009年全國(guó)煉焦煤產(chǎn)/儲(chǔ)量變化關(guān)系圖Fig.5 Change chart of national coking coal production/ reserves in 2003—2009

4.3 煉焦煤保護(hù)性開采

煉焦煤保護(hù)性開采要兼顧眼前利益與長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，局部利益與整體利益之間的關(guān)系，必須遵循以下原則。

兼顧保護(hù)與供應(yīng)。在目前實(shí)際產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，限產(chǎn)保護(hù)不可再生的煉焦煤稀缺資源，并在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)主導(dǎo)國(guó)內(nèi)煉焦煤市場(chǎng)供應(yīng)。

平緩有序限制產(chǎn)量。避免由于產(chǎn)量驟減造成企業(yè)經(jīng)營(yíng)困難和相應(yīng)的社會(huì)問(wèn)題，給企業(yè)調(diào)整轉(zhuǎn)型留有一定的時(shí)間與空間。

尊重規(guī)律科學(xué)限產(chǎn)。分析煉焦煤開采對(duì)煉焦煤資源擾動(dòng)的客觀規(guī)律，借助數(shù)學(xué)模型制定科學(xué)的限產(chǎn)規(guī)劃。依據(jù)限產(chǎn)原則，分析產(chǎn)量擾動(dòng)下可采出儲(chǔ)量的變化率，建立了如下帶有系統(tǒng)桎梏參數(shù)的幾何布朗運(yùn)動(dòng)，描述了煉焦煤生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)量的衰減的過(guò)程限產(chǎn)模型（見(jiàn)圖6）。

圖6 限產(chǎn)模型Fig.6 Limited production model

式（1）中，S為煉焦煤可采出量；X(t）為在時(shí)間區(qū)間[0，t]上的累積產(chǎn)量，為時(shí)刻u的煉焦煤產(chǎn)量，u∈[0，t]；λ為儲(chǔ)量余量函數(shù)Y(t）=S-X(t）的平均變化率，λ<0，t∈(t0，T]，T為最大可采年限；W(t）為布朗運(yùn)動(dòng)，描述可采出余量變化率的隨機(jī)波動(dòng)。

據(jù)2003―2010年的全國(guó)煉焦煤產(chǎn)量數(shù)據(jù)，對(duì)模型（1）的參數(shù)進(jìn)行最小二乘估計(jì)，求得產(chǎn)量環(huán)比遞減率ρ的值為0.972 5，應(yīng)用中可取0.97或0.98。

國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼模型。限產(chǎn)會(huì)帶來(lái)企業(yè)利潤(rùn)減少，給企業(yè)經(jīng)營(yíng)和再生產(chǎn)帶來(lái)相應(yīng)的困難，執(zhí)行嚴(yán)格的限產(chǎn)規(guī)劃，應(yīng)有相應(yīng)的國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼政策。依據(jù)企業(yè)利潤(rùn)計(jì)算的基本原理，設(shè)計(jì)如下補(bǔ)貼計(jì)算公式：

式(2）中，Q為國(guó)家政補(bǔ)貼額；K為國(guó)家政策性補(bǔ)貼系數(shù)，應(yīng)根據(jù)煤層賦存條件、企業(yè)規(guī)模、地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、運(yùn)輸條件等因素進(jìn)行科學(xué)測(cè)算；M為企業(yè)本年度噸煤純利潤(rùn)；P為限產(chǎn)規(guī)劃下的本年度減產(chǎn)量。

按照以上的限產(chǎn)方案，我國(guó)煉焦煤可采儲(chǔ)量能夠持續(xù)利用由現(xiàn)在的28年增加至120年。

5 系統(tǒng)安全與結(jié)構(gòu)安全

煤礦在安全管控投入（人、財(cái)、物以及巨大精神壓力）與事故頻發(fā)的矛盾促進(jìn)了安全科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展。系統(tǒng)安全是以海因里希提出的事故致因理論為代表并加以發(fā)展的安全科學(xué)體系。結(jié)構(gòu)安全是筆者等長(zhǎng)期從事理論研究、工程實(shí)踐與工程管理的基礎(chǔ)上提出來(lái)的，并加以應(yīng)用。

5.1 系統(tǒng)安全

系統(tǒng)安全是以事故致因理論為基礎(chǔ)，以人－機(jī)－環(huán)系統(tǒng)為研究對(duì)象，在系統(tǒng)壽命期間內(nèi)應(yīng)用系統(tǒng)安全工程和管理方法，辨識(shí)系統(tǒng)中的危險(xiǎn)源，并采取控制措施使其危險(xiǎn)性最小，從而使系統(tǒng)在規(guī)定的性能、時(shí)間和成本范圍內(nèi)達(dá)到最佳的安全程度。事故致因理論是安全科學(xué)的基本理論，是一個(gè)時(shí)期人們安全理念的集中反映[9]。它涉及如何采取措施防止事故發(fā)生，以及事故責(zé)任主體等重大問(wèn)題。從早期的事故頻發(fā)傾向論到新近的系統(tǒng)理論事故模型，伴隨著人們安全理念的不斷變化，防止事故從著重對(duì)人的選擇、教育和管理轉(zhuǎn)向強(qiáng)調(diào)機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)條件的本質(zhì)安全。系統(tǒng)安全理論為安全管控提供了理論依據(jù)，極大減少了生產(chǎn)事故的發(fā)生。

5.2 結(jié)構(gòu)安全

結(jié)構(gòu)安全是以安全結(jié)構(gòu)理論為基礎(chǔ)加以發(fā)展的安全管控理論。安全結(jié)構(gòu)理論以全新的安全本質(zhì)表述為基礎(chǔ)，以揭示物質(zhì)活動(dòng)與環(huán)境的耦合作用機(jī)理為重點(diǎn)，以因素狀態(tài)空間為表述框架，以集合論、測(cè)度論、數(shù)理邏輯及隨機(jī)分析等數(shù)學(xué)方法為工具而構(gòu)建的，對(duì)于廣義安全范疇具有普遍適用性的理論體系。安全結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，安全問(wèn)題的產(chǎn)生是人類或物質(zhì)的活動(dòng)對(duì)其活動(dòng)環(huán)境空間的作用結(jié)果[10]?；顒?dòng)方式與活動(dòng)環(huán)境空間性質(zhì)的相互作用，是導(dǎo)致各種安全問(wèn)題的最根本原因。

管理根據(jù)安全結(jié)構(gòu)理論建立了安全結(jié)構(gòu)管控方法，即：以活動(dòng)遠(yuǎn)離失穩(wěn)域?yàn)槟繕?biāo)，建立安全結(jié)構(gòu)管理模式，即控制節(jié)點(diǎn)、加固鏈條、減少外部擾動(dòng)。控制節(jié)點(diǎn)、加固鏈條、減少外部擾動(dòng)都是以控制活動(dòng)與活動(dòng)環(huán)境相互作用的因素為遠(yuǎn)離失穩(wěn)域?yàn)槟繕?biāo)，使安全結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。

6 結(jié)語(yǔ)

1）老礦區(qū)轉(zhuǎn)型發(fā)展要應(yīng)用工程哲學(xué)的思想把握全局，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展依靠工程驅(qū)動(dòng)，工程是推動(dòng)老礦區(qū)發(fā)展的第一生產(chǎn)力。

2）工程建設(shè)項(xiàng)目必須遵循工程―自然―科學(xué)―技術(shù)―產(chǎn)業(yè)―經(jīng)濟(jì)―社會(huì)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。依靠科技進(jìn)步推動(dòng)工程創(chuàng)新，工程是科技創(chuàng)新的主體，工程促進(jìn)產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展，工程要以生態(tài)保護(hù)為前提，經(jīng)濟(jì)促進(jìn)生態(tài)工程建設(shè)。

3）稀缺煉焦煤資源要實(shí)行保護(hù)與開采，特別是老礦區(qū)，要解決好資源稀缺性與需求激增性矛盾，實(shí)行限量開采，增加資源的回收率，實(shí)行以煤為基，資源高效循環(huán)利用的大、縱、深產(chǎn)業(yè)群建設(shè)。

4）現(xiàn)有的安全管控艱難與安全事故頻發(fā)的矛盾促進(jìn)了安全理論與技術(shù)的發(fā)展，安全理論與技術(shù)由系統(tǒng)安全到結(jié)構(gòu)安全的轉(zhuǎn)變是事物發(fā)展的必然。

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Engineering philosophical thinking of the old mining area transformation development

Jin Zhixin
（Shanxi Coking Coal Group Co.Ltd.，Taiyuan 030053，China）

The transformation development of the old mining area is a complex system engineering，it needs to command the overall situation by standing on the height of system engineering and needs to follow the harmonization in engineering，nature，science，technology，industry，economy and society.Engineering innovation is the main part of the technology innovations，it pushes the development of scientific，technical，industrial，economic and social，also the engineering innovation is relied on scientific and technological progress.Ecological protection is the premise of engineering development，and the ecological engineering construction is promoted by economic development.The protecting and mining of rare coking coal resources is a unity of oppisites.The companies of producting coking coal must pursue both immediate and long-term interests，especially the old mining，so the company should resolve the conflict between the scarcity of resources and the growth of demands by implementing limited exploitation，increasing resource recovery and efficiently recycling of coking coal resources to build the big-vertical-deep industry group.The conflict between frequent accidents and high input of existing security control promotes the development of security theory and technology，the transformation of security theory and technology from system security to structural security is a inevitable process of development.

engineering philosophical；asymmetric development；green migration；big-vertical-deep industry group；protective mining；security structure theory

TD-05

A

1009-1742（2014）10-0064-07

2014-08-13

金智新，1959年出生，遼寧錦州市人，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈V業(yè)工程及管理；E-mail：jzxin88@163.com