煤炭企业煤炭资源回收率合理性评价模型研究

2018-02-01李堂军

山东科技大学学报（社会科学版） 2018年2期

李堂军，刘妮，叶凯

(山东科技大学经济管理学院，山东青岛 266590)

煤炭资源作为一种不可再生的一次性能源，在一次性能源中占比为50—60%，是国民经济发展的基础。如何提高煤炭资源的回收率成为影响我国煤炭企业可持续发展的关键因素之一。由于历史的原因加之我国煤炭生产目前是由粗放式生产向集约式过渡阶段，处于产业结构转型期，同时近几年我国煤炭企业大力推广放顶煤开采技术，管理方式未及时与这一生产技术相适应，造成了煤炭资源回收率较低，采区回收率平均为63%，其中厚煤层平均回收率63%，中厚煤层70%，薄煤层78%。而小型煤矿采区平均回收率仅为58%[1]。对于煤炭回收率高低、合理的判断以往主要是以发达国家的回收率值和国家安全规程规定的值作为参考标准，这一判断标准往往只注重数值的大小，而忽略了煤炭资源回收率是受众多因素共同影响的，不同区域、不同的地质条件、不同的开采方法、不同管理水平其煤炭回收率必然不同，如AhmedS.SayedAhmed发现纳米气泡应用于煤浮选可以使回收率增加5至50个绝对百分点[2]，可见在不同的工艺操作条件与不同的回收方式下，煤炭资源回收率具有很大差距。此外，汪克亮、杨力等[3]指出中国区域经济、社会发展的显著不平衡同样导致各地区技术水平发展的差异，已有评价标准的研究几乎都是基于三大地区具有相同参考技术这一假定,没有考虑到区域技术差距的现实，有失合理性。据以上研究成果总结发现：回收率评价标准未随开采技术与管理水平的变化而进行相应的修改，从而造成了所定标准不具有可操作性，未实现指导煤炭企业工作的目的。开采回收率作为衡量矿产资源综合利用程度的指标之一，以往的研究多集中在如何提高回收率,对回收率评价指标的合理性重视程度不够[4]66。在回收率评价研究方面，刘永兴[5]提出用模糊数学方法评价矿山合理回收率指标，但其评定结果只分为合理与不合理，难以对不同的回收率做出更精准的区分；陈庆发[6]着重考虑露天、地下、露天-地下联合等3种开采方式的技术特点对开采回收率的影响，但对管理水平的影响重视程度不够；薛文彬[7]研究了回收率的计算方法和年度回收率指标的制定方法，但其中因素系数法的系数指定过于简单，且偏重地质条件，对管理及装备水平重视程度不够，年度指标对比法主要参考前三年指标，不能较好地反映当前矿区的条件水平。鉴于以上研究的不足，本文针对我国煤炭企业的具体情况，以影响资源回收率的因素为基础，建立一个综合评价企业煤炭资源回收率是否合理的模型，以期改善目前评价标准单一的状况，使标准更具有可操作性，进而指导煤炭企业合理生产，提高煤炭资源回收率，实现煤炭企业的可持续发展。

一、煤炭回收率及其评价标准体系

(一)煤炭回收率及合理性

在煤炭的开采过程中，由于开采技术手段、地质条件以及管理水平的限制，埋藏在地下的煤炭资源不可能全部开采回收。因此根据现有的技术条件、不同的地质条件及管理水平对煤炭资源回收率进行了不同的界定，目前比较成熟的定义是分不同的阶段、区域进行定义，主要分工作面回采率、采区回采率和矿井回采率三种定义方式。可统一定义为采出的煤量与地下赋存煤量之比。从工作面回采率、采区回采率与矿井回采率的定义分析过程中，发现由于受地质条件与生产技术条件的限制，同时受工作人员的操作水平与企业管理水平的制约，在计算过程中或在生产过程中，普遍存在计算不确定性问题，同时各工作面、采区、矿井其回采率的水平也存在一定的差异，其强调计算过程，而对工作人员的操作水平以及企业管理水平这两个因素考虑较少，未将其纳入。因此，本文认为计算煤炭资源的回收率应以矿井范围内考核较为科学，也具有可比性，其计算公式如下：

(1)

(1)式中：w—煤炭资源回收率；q—矿井采出煤量；qc—矿井可采储量。

影响煤炭资源回收率的因素是多方面的，对于某一采区不同工作面尽管所采用的生产技术与管理水平一样，但由于地质条件的限制，因而造成煤炭资源回收率不一样，即使是同一工作面在不同时间内其煤炭资源的回收率也是不一样的，因此什么样的煤炭资源回收率是合理的？如何比较不同工作面、不同采区、甚至是不同的矿井之间的煤炭资源回收率是合理的？如何判断其是否达到了较高的回收水平？是目前迫切需要界定的问题。(1)式的计算并不能解决不同企业的相互比较问题，甚至也不能解决同一企业不同条件下的比较问题。煤炭资源回收率的合理性，通过调查研究，本文认为它应具有以下几个特征：一是，煤炭资源合理性的评价是一个相对的、动态的概念，是针对特定的生产技术水平、地质条件与企业管理水平而言的，随着这些条件的变化，其合理性标准也应发生变化；二是，煤炭资源合理性评价所得出的评价结果必须具有可比性，即不同的地质条件、生产技术水平、开采方法、机械化水平与管理水平下，所得到的评价结果具有可比性，因此煤炭资源合理性评价标准，必须对不同的条件进行评价，给出不同的合理性标准才具有可比性；三是，煤炭资源回收率合理性结果的计算方法应是简单科学的，由于评价煤炭资源回收率的合理性是一项复杂的工作，需要大量的数据，因此其计算方法必须科学简单，才能推广应用和具有实用价值。

(二)煤炭资源回收率合理性标准体系

影响煤炭资源回收率合理性的因素是多方面的，大致可以分为三类：一是地质因素，如煤炭厚度的变化与地质构造，其中煤层厚度的变化对煤炭资源回收率影响较大，地质构造主要是通过影响采煤工作面的布置、采区的设计以及采煤机械化水平，进而影响煤炭资源的回收率[4]67。二是生产技术水平，根据不同的煤层赋存条件，所采用的开采方法是不同的，进而对煤炭资源的回收率产生不同影响。根据不同的生产机械化水平其影响因素是不同的，目前我们国家开采机械化水平，主要包括炮采、一般机械化开采、综采和放顶煤开采4种形式，每种形式都对采区回采率做出的较明确的要求。三是组织管理水平，从宏观上看影响煤炭资源回收率的矿山企业的组织管理方法主要是有矿井设计管理方法、采区生产管理方法

表1 各项指标评价标准

和生产考核方法。基于上述分析，在众多因素中，我们采用统计分析的方法，从地质条件复杂性、生产技术水平与管理水平三个维度建立评价煤炭资源回收率合理性指标体系，该体系包括14个评价指标，即地质条件复杂性维度的指标有:构造复杂度、煤层结构、煤层厚度、煤层倾角、顶板岩性、底板岩性；生产技术水平维度的指标有：采煤方法、机械化水平、护巷方式、设计合理性、正规循环率；管理水平维度的指标有：日常生产管理水平、煤炭回收管理、施工质量考核值。

(三)煤炭资源回收率合理性评价标准

根据煤炭企业对煤炭资源回收率的合理程度及煤炭企业目前的实际情况，将煤炭资源回收合理程度划分为四个等级，即不合理、合理、较合理、非常合理。由于各煤炭企业实际情况不同，影响煤炭资源回收率合理性的因素众多，所以其评价标准集也各不相同，将评价指标分为两类：一类是国家有统一的标准，对于这类指标将按国家标准规定进行设置；另一类是国家未统一规定,这类指标的标准将以全国的平均值为标准进行设置。基于这一原则，对应上述4个等级的各项指标的评价标准如表1所示。

二、煤炭资源回收率综合评价模型

在建立评价模型时本文选择模糊综合评价模型作为评价煤炭资源回收率合理性方法。该评价方法共包含三个步骤，一是确定各因素的权重；二是利用模糊数学的方法确定综合评价值；三是根据综合评价值来确定评价等级[8,9]。

(一)层次分析法确定因素间的权重

在进行模糊综合评价时, 权重选择得合适与否直接关系到模型的成败，确定权重的方法有多种,常用的方法有德尔斐法、专家评议法、判断矩阵分析法等。[10]本文采用专家评议法和层次分析法相结合来确定指标体系各层次的权重*限于文章篇幅不再具体列示计算过程，若有需要者可与作者联系。，标准层b1-b3对目标a的权重α=(0.286,0.571,0.143),各指标对各准则层的权重分别为β1=(0.437,0.217,0.168,0.08,0.046,0.046),β2=(0.571,0.286,0.143),β3=(0.423,0.269,0.175,0.096,0.056),再进行权重的再分配，以确定各指标总权重情况wi=(0.125,0.062,0.048,0.023,0.013,0.013,0.326,0.163,0.082,0.060,0.038,0.025,0.014,0.008)[11]。

(二)模糊综合评价方法确定综合评价值

为确定各评价指标的隶属度，首先根据某生产企业的实际情况确定各指标的观测数值，根据实际观测数据，再依据上述对各评价指标的评价标准，以线性函数形式来计算其隶属度。在确定各评价指标隶属度的基础上，以隶属度与其权重相乘后求和得到评价结果的评价值，即：

(2)

(3)

(2)(3)式中：Rbi—第i个维度的评价值；k—第i个维度的指标数；βij—第i个维度第j个指标的权重； Rci—第i个指标的隶属度；R—煤炭资源回收率合理性评价值；ωi—第i个评价指标的权重。[12,13]

煤炭资源回收率合理性评价等级是在煤炭资源回收率合理评价值的基础上，通过下式进行计算其相对标准值：

(4)

(4)式中：r—煤炭资源回收率相对标准值；H—煤炭资源回收率实际值。

(三)煤炭资源回收率合理性评价等级划分

根据r值的大小，将煤炭资源回收率合理性评价等级分为以下几个：r<0为不合理；0

三、实证分析

付村煤业有限公司隶属于枣庄矿业集团，矿井设计能力为120万t/年，现生产能力已达到300万t/年。所采煤层为3煤。在矿井井田范围内，地质构造简单，大断层较少，煤层属于倾斜特厚煤层，煤层构造简单，煤质优良。所采用的采煤方法在生产初期采用综合机械化采煤，近几年随着综采放顶煤技术的成熟与推广，在该井田内采用综采放顶煤技术，大大提高了矿井生产的规模，煤炭产量增长迅速，成为枣庄矿业集团主力矿井之一。由于综采放顶技术本身的特点，在追求生产规模与效率的同时也不可避免地影响到煤炭资源的回收率，在实践中，公司科技人员积极探索实验，对现有的放顶煤工艺及其在煤炭资源损失的主要方法上做了大量的工作，极大地提高了资源的回收率，近几年煤炭资源回收率稳步提高，其具体情况如表2所示。

表2 付村煤业有限公司近几年煤炭资源回收率情况

通过现场调查与数据搜集整理，付村煤业有限公司2015年煤炭资源回收率合理性评价指标值及其隶属度计算值如表3所示。

以上述数据为基础，根据(2)式与(3)式计算其综合评价值：

根据(4)式计算该公司近几年的煤炭资源回收率合理评价等级如表4所示。从表4中可以看出，在2011年该公司煤炭资源回收率处于不合理等级，从2012年该公司煤炭资源回收率处于合理等级，2015年达到较合理等级。

以2011年为例，煤炭资源合理性评价等级计算过程如下：

2011年的煤炭资源回收合理性相对值为-0.0223，即属于不合理等级，其他年份的计算过程以此类推，2012—2015年间的煤炭资源合理性评价等级分别为合理、合理、合理、较合理。

表3 2015年付村煤业有限公司煤炭资源回收率合理性指标值及其隶属度

据表4可知，5年内付村煤业有限公司在煤炭资源回收方面实现了从“不合理”(合理性相对值为-0.022 3)到“较合理”(合理性相对值为0.115 6)的转变，取得了较令人满意的成绩。由表1和表4可知，C1-C6为客观的煤矿环境，短时间内无法改变，因此5年内煤炭资源回收方面的进步主要得益于采煤方法、技术水平、管理水平等方面的提高，其中C11-C13的对合理性等级的提升贡献最大，正规循环率(C11)高达99%，日常管理水平(C12)与煤炭资源回收管理水平(C13)均为优秀。此外，在设计与生产工艺方面，公司科技人员积极探索，不断优化工艺设计，取得了突破性的成绩，大大提高了设计的合理性，设计合理性(C10)达到合理等级，减少了由综采放顶煤技术自身特点所带来的损失，提高了煤炭资源回收率。但在某些方面依然存在一些问题，例如，在采区护巷方式设计过程中，采用窄小煤柱护巷，其煤柱的大小仍有一定的空间；对于放顶开采两巷顶煤、开切眼顶煤、工作面到巷道的过渡阶段的顶煤、边界不规则煤层的开采等回收不到位的问题依然存在；在放煤工艺上，由于地下环境的影响，对于是否放净、日常的浮煤清扫等管理上，仍有不到位的现象。

根据上述分析，为进一步提高煤炭资源回收水平，付村煤业有限公司应对以下几方面采取一定的改善措施：

(1)积极开展科学研究，探讨采用无煤柱开采的可行性；

(2)加强煤炭资源回收管理，对顶煤、边界不规则煤层等回收问题采取应对措施；

(3)提高科研水平、技术水平，为减少环境对放煤工艺影响提供技术支持；

(4)进一步提高管理水平，加强日常的浮煤清扫等管理工作的力度。

四、结语

煤炭资源回收率合理性评价问题涉及因素众多，且因素间的关系具有一定的随机性与不确定性。[14]本文针对我国煤炭企业的具体情况分析了影响煤炭资源回收的主要影响因素，以国家标准和全国平均值为基础设计了煤炭资源回收率的评价指标体系和评价模型，改善目前评价标准单一的状况，使标准更具有可操作性，可以指导煤炭企业合理生产，提高煤炭资源回收率，实现煤炭企业的可持续发展。本文利用评价模型对付村煤业有限公司的煤炭资源回收情况进行了评价分析，比较客观地反映了企业实际情况，付村煤业有限公司矿井井田范围内，地质构造简单，大断层较少，煤层属于倾斜特厚煤层，煤层构造简单，影响其煤炭资源回收率的关键因素是工艺设计的合理性与管理水平，5年内公司通过提高这两方面的水平极大改善了煤炭资源回收率的合理性，这也说明该模型对煤炭资源回收率的合理性评价是可行的。

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