高 路

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

五舉煤礦位于甘肅省崇信縣新窯鎮(zhèn)和靈臺(tái)縣龍門鄉(xiāng)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為2.40 Mt/a，年工作日為330 d，井下實(shí)行“四·六”工作制，日凈提升時(shí)間18 h。井下煤炭采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，通過(guò)主立井提升至地面，在井下設(shè)置井底煤倉(cāng)，為主立井提升提供緩沖時(shí)間。

井底煤倉(cāng)是井下煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)的中轉(zhuǎn)站，在設(shè)計(jì)井底煤倉(cāng)上口配倉(cāng)方案時(shí)需考慮煤倉(cāng)施工、硐室支護(hù)、設(shè)備后期檢修以及投資額等多個(gè)因素，傳統(tǒng)在評(píng)價(jià)配倉(cāng)方案優(yōu)劣時(shí)，決策者面對(duì)方案只能以一個(gè)或數(shù)個(gè)最重要因素的最大或最小來(lái)?yè)駜?yōu)，主觀因素較強(qiáng)，不能全面地對(duì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)各個(gè)方面所有的定性與定量的指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；且往往是咨詢單位或業(yè)主單位獨(dú)自決策，主觀風(fēng)險(xiǎn)較大。本文旨在以五舉煤礦為例，結(jié)合以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，探討大型礦井井底煤倉(cāng)上口配倉(cāng)設(shè)計(jì)方案，應(yīng)用層次分析法優(yōu)選出最佳方案，為其他礦井解決類似問(wèn)題提供借鑒。

1 井下煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)及設(shè)備

五舉煤礦井下煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)簡(jiǎn)述如下。13206、13207工作面生產(chǎn)的原煤通過(guò)工作面順槽帶式輸送機(jī)給至+500 m水平石門帶式輸送機(jī)，經(jīng)一采區(qū)+500 m石門溜煤眼后由溜煤眼下防爆型帶式給料機(jī)給至暗斜井帶式輸送機(jī)；原煤通過(guò)暗斜井帶式輸送機(jī)頭部分岔溜槽一岔進(jìn)入1號(hào)井底煤倉(cāng)(直徑10 m，倉(cāng)容為2 600 t)，另一岔經(jīng)配倉(cāng)帶式輸送機(jī)配入2號(hào)井底煤倉(cāng)(直徑10 m，倉(cāng)容為2 600 t)，2號(hào)煤倉(cāng)位于1號(hào)煤倉(cāng)中心北向40 m處。井下原煤經(jīng)1、2號(hào)井底煤倉(cāng)緩沖后由倉(cāng)下防爆型帶式給料機(jī)給至裝載帶式輸送機(jī)，經(jīng)箕斗定重裝載設(shè)備稱重后裝入箕斗，由一對(duì)25 t立井提煤箕斗提升至地面。

暗斜井帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：輸送量Q=1 400 t/h，帶寬B=1 400 mm，帶速V=4.0 m/s，機(jī)長(zhǎng)L=1 335 m，傾角δ=0°～17°～0°，最大提升高度H=338 m，電動(dòng)機(jī)功率為3×900 kW，驅(qū)動(dòng)布置在頭部，功率配比2∶1，最不利工況時(shí)頭部卸載處理論計(jì)算合張力為1 740 kN；配倉(cāng)帶式輸送機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：輸送量Q=1 400 t/h，帶寬B=1 400 mm，帶速V=3.5 m/s，機(jī)長(zhǎng)L=43.1 m，傾角δ=0°，驅(qū)動(dòng)布置在頭部，功率為110 kW。

2 配倉(cāng)設(shè)計(jì)方案

結(jié)合井底煤倉(cāng)配倉(cāng)方案設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及本礦井實(shí)際情況，確定配倉(cāng)方案設(shè)計(jì)遵循以下幾個(gè)基本原則：①煤倉(cāng)倉(cāng)壁受力?。虎诿簜}(cāng)倉(cāng)容利用率高；③搭接硐室高度低；④配倉(cāng)帶式輸送機(jī)操作與檢修便捷；⑤工期短、投資小。

針對(duì)以上幾個(gè)原則，結(jié)合增加平板閘門、改變配倉(cāng)帶式輸送機(jī)形式和暗斜井帶式輸送機(jī)卸載滾筒機(jī)架基礎(chǔ)與倉(cāng)壁距離等因素提出3個(gè)配倉(cāng)方案，分別如下。

方案一：暗斜井帶式輸送機(jī)卸載滾筒機(jī)架基礎(chǔ)遠(yuǎn)離井底煤倉(cāng)倉(cāng)壁，采用分岔溜槽+平板閘門實(shí)現(xiàn)配倉(cāng)，配倉(cāng)帶式輸送機(jī)選擇固定式帶式輸送機(jī)，該方案為井下配倉(cāng)常規(guī)方案。該方案的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)原煤同時(shí)配倉(cāng)與入倉(cāng)，系統(tǒng)靈活性高；配倉(cāng)帶式輸送機(jī)檢修維護(hù)方便；暗斜井帶式輸送機(jī)卸載滾筒基礎(chǔ)與煤倉(cāng)不干涉，便于煤倉(cāng)施工。該方案缺點(diǎn)為搭接硐室高度高，硐室施工困難；井底煤倉(cāng)倉(cāng)容利用率偏低。方案一布置如圖1所示。

圖1 方案一平面布置Fig.1 Plan 1 layout

方案二：暗斜井帶式輸送機(jī)卸載滾筒機(jī)架基礎(chǔ)遠(yuǎn)離井底煤倉(cāng)倉(cāng)壁，采用可移動(dòng)配倉(cāng)帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)配倉(cāng)。該方案優(yōu)點(diǎn)是較方案一搭接硐室高度可降低500 mm；卸載滾筒基礎(chǔ)與煤倉(cāng)不干涉，便于煤倉(cāng)施工；煤倉(cāng)利用率較方案一高。該方案缺點(diǎn)為可移動(dòng)配倉(cāng)帶式輸送機(jī)需移動(dòng)，不利用現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)管理；不能實(shí)現(xiàn)原煤同時(shí)配倉(cāng)與入倉(cāng)，系統(tǒng)靈活性低；暗斜井帶式輸送機(jī)機(jī)頭溜槽固定困難。方案二布置如圖2所示。

圖2 方案二平面布置Fig.2 Plan 2 layout

方案三：暗斜井帶式輸送機(jī)卸載滾筒機(jī)架基礎(chǔ)布置于井底煤倉(cāng)倉(cāng)壁之上，采用可移動(dòng)配倉(cāng)帶式輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)配倉(cāng)，該方案優(yōu)點(diǎn)是搭接硐室高度最低，硐室施工容易；煤倉(cāng)倉(cāng)容利用率最高。該方案缺點(diǎn)為暗斜井帶式輸送機(jī)卸載滾筒機(jī)架基礎(chǔ)壓井底煤倉(cāng)倉(cāng)壁，卸載滾筒計(jì)算合張力為1 740 kN，煤倉(cāng)施工難度大；可移動(dòng)配倉(cāng)帶式輸送機(jī)需移動(dòng)，不利用現(xiàn)場(chǎng)管理；不能實(shí)現(xiàn)原煤同時(shí)配倉(cāng)與入倉(cāng)，系統(tǒng)靈活性低。方案三布置如圖3所示。

圖3 方案三平面布置Fig.3 Plan 3 layout

3 應(yīng)用層次分析法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)

3.1 層次分析法簡(jiǎn)介

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)將需要決策的復(fù)雜問(wèn)題分解成不同層次和若干因素，通過(guò)兩兩比較確定層次中諸因素的相對(duì)重要性，是一種定性和定量相結(jié)合的多目標(biāo)決策方法。井底煤倉(cāng)配倉(cāng)方案的選擇屬于多目標(biāo)、多準(zhǔn)則以及無(wú)結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問(wèn)題，因此，可以應(yīng)用該方法解決。運(yùn)用層次分析法解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)可分為建立層次結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造判斷矩陣、單層排序及一致性檢驗(yàn)和綜合排序及一致性檢驗(yàn)4個(gè)步驟。

3.2 建立層次結(jié)構(gòu)模型

將最優(yōu)的配倉(cāng)方案作為決策目標(biāo)，將該問(wèn)題劃分為不同的層次和因素，并根據(jù)其相互匹配關(guān)系建立配倉(cāng)方案選擇層次模型見表1。

表1 配倉(cāng)方案選擇層次模型

3.3 構(gòu)造判斷矩陣

由于井底煤倉(cāng)配倉(cāng)方案的評(píng)價(jià)對(duì)工程專業(yè)知識(shí)要求較高，本文采用專家打分法給出判斷矩陣，選取10名專家(其中，建設(shè)單位3人，工程咨詢單位4人，工程施工企業(yè)2人，工程監(jiān)理單位1人)分別進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了使決策判斷定量化，形成判斷矩陣，引用美國(guó)著名運(yùn)籌學(xué)家A.L.Seaty 1～9標(biāo)度法判斷，見表2。

表2 A.L.Seaty 1～9標(biāo)度法

2、4、6、8表示第i個(gè)因素相對(duì)于第j個(gè)因素的影響介于上述2個(gè)相鄰等級(jí)之間。

對(duì)專家的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行算數(shù)平均可得評(píng)判矩陣如下。

準(zhǔn)則層成對(duì)比較矩陣A；

方案層(B1、B2、B3)與準(zhǔn)則層(A1、A2、A3、A4、A5)成對(duì)比較矩陣BA1、BA2、BA3、BA4、BA5

3.4 單層排序及一致性檢驗(yàn)

成對(duì)比較矩陣A的最大特征值λ=5.13

該特征值對(duì)應(yīng)的歸一化特征向量

a={0.186，0.262，0.132，0.09，0.33}

式中，n為A的對(duì)角線元素之和。

式中，RI為一致性指標(biāo)，取1.12。

對(duì)成對(duì)比較矩陣BA1、BA2、BA3、BA4、BA5求層次總排序的權(quán)向量并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，結(jié)果見表3。

表3 層次排序及一致性檢驗(yàn)

計(jì)算CRk可知BA1、BA2、BA3、BA4、BA5滿足一致性要求。

3.5 綜合排序及一致性檢驗(yàn)

B1對(duì)總目標(biāo)的權(quán)值為a1b11+a2b12+a3b13+a4b14+a5b15=0.265

同理可得B2，B3對(duì)總目標(biāo)的權(quán)值分別為0.421，0.314。

決策層對(duì)總目標(biāo)的權(quán)向量為c={0.265，0.421，0.314}

CR<0.1，故層次綜合排序通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

{0.265，0.421，0.314}可作為最后的決策依據(jù)。

即各方案的權(quán)重排序?yàn)锽2>B3>B1，最終選擇方案二。

4 結(jié)論

(1)煤礦井底煤倉(cāng)配倉(cāng)方案選擇是一個(gè)多因素的決策過(guò)程，不確定性、復(fù)雜性和多層次性特征非常明顯。本文將層次分析法應(yīng)用于大型礦井井底煤倉(cāng)配倉(cāng)方案選擇，并在建立評(píng)判矩陣時(shí)邀請(qǐng)了建設(shè)單位、工程咨詢單位、施工單位及監(jiān)理單位分別進(jìn)行評(píng)判，綜合了各方經(jīng)驗(yàn)，消除了以往咨詢單位或業(yè)主單位獨(dú)自決策可能出現(xiàn)的主觀風(fēng)險(xiǎn)，最后通過(guò)方案總排序確定工程優(yōu)選方案。

(2)該法的實(shí)際應(yīng)用表明，層次分析法容易被決策者理解和使用，對(duì)于煤礦這種環(huán)境復(fù)雜，決策者面臨的經(jīng)常是一個(gè)由相互關(guān)聯(lián)、相互制約的眾多因素構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)尤其適用。在以后的研究中，可結(jié)合模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、SVM模型等方法綜合分析，解決煤礦決策問(wèn)題。