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矿井煤炭资源评价及管理的理论与方法研究论文
摘要：准确认识、恰当评价具体条件下的煤炭资源，搞好资源管理，是争取煤炭资源开发开采资源环境、社会经济效益整体最优的关键，也是实现煤矿企业决策与管理信息化、智能化与自动化的基础。本论文以辅助开采与管理决策，提高资源合理开发利用水平为目标，以国内外相关研究成果为基础，以矿井煤炭资源作为研究对象，结合作者主持承担的多个纵横向科研项目,充分考虑我国国情及煤炭资源与开发开采特点，利用理论与实证分析结合，技术经济结合，宏观微观结合，点面结合，定性定量结合，实际计算与计算机模拟结合，继承与创新结合，学科交叉综合等方法，运用采矿工程、技术经济、矿井地质、矿山测量多学科知识及数理统计、模糊数学、稳健数据处理、神经元网络、分形几何、层次分析、灰色系统、地质统计学等多种定量分析手段，从资源开发者、所有者，采矿权的出让方、受让方等不同角度，对矿井煤炭资源评价及管理中的若干问题进行了系统研究分析，提出了一系列方法、模型及政策建议，并已在平顶山、徐州、皖北等矿区多个煤矿得到实际应用，取得了较好的效果。
论文的主要成果有：
（1）在全面系统分析国内外相关研究成果基础上，论文以煤炭资源地质条件准确描述拟合、规律探索与预测为基础，以资源条件与开采指标关系模型构建为桥梁，以煤炭资源评价与管理为主体，结合技术经济分析、资源利用管理的调控政策研究，初步构建起了以煤炭资源评价预测、技术经济分析、开发开采决策连成一体为特色的煤炭资源评价与管理理论与方法体系,实现了评价与管理的一体化、计算机化、实时化，实用化。论文关于煤炭资源管理方面的研究几乎覆盖了煤矿企业这方面的主要工作与存在问题。
（2）针对煤炭资源条件与开采指标数据多源、多相、精度不等、分布复杂、异值不可避免等特点，论文推导了有关稳健数据处理公式，开发了计算机程序，并大规模应用到资源评价与关系模型构建研究中，取得了较好的效果。论文实例研究表明，用稳健方法建立关系或预测模型，可大幅度提高精度，同时可以较好地析离出以往决策不合理部分、虚假数据或异值，具有去伪存真的效果，能避免有悖于采矿规律的模型出现，使预测值更加符合实际。
（3）论文总结归纳了煤炭资源条件单因素评价的基本内容、资源条件数据变化程度的常用估计方法，分析探讨了影响开发开采的主要煤炭资源条件因素、影响方式及其量化方法。根据平顶山矿区实际资料，运用数理统计、方向统计、分形几何等方法，揭示了该矿区主要井田内断层的若干统计规律，筛选出了断层对开采影响的基因素，得到了断层破坏指数的最优形式，建立了这一指数与开采指标的关系模型，提出了未采区或工作面内断层破坏程度及开采指标的预测方法及模型。实例分析表明，作者建立的工作面断层破坏程度预测模型与俄罗斯学者提出的模型相比，可提高精度一倍以上。
（4）论文收集了平顶山八个矿二千多个煤厚数据，进行了煤厚分布的正态性检验，分析讨论了煤层稳定性几种评价方法的理论与统计关系，从理论上解释了现场煤层稳定性分类出现矛盾的原因，说明了用多个指标评价同一资源条件因素时应注意的问题。
（5）通过基于不同目的的煤炭资源条件综合评价研究实例，深入探讨了综合评价中关系模型构建、隶属函数与权重确定、算子选取方法及其效果。在此基础上，总结提出了煤炭资源条件综合评价的六个特点，四个原则，五种方法，正是这些从个别到一般的归纳、总结、提炼，构成了矿井煤炭资源评价理论方法框架体系的重要内容。本论文中的煤炭资源条件评价方面的部分成果已在平顶山大庄矿、徐州三河尖矿、淮北岱河矿等煤矿得到实际应用。
（6）讨论总结了煤炭资源条件与开采指标关系模型构建的方法、步骤及注意问题，分析了采前采后评价值的误差特性，归纳提出了未采区评价值确定的采前评价结果校正法与预测模型法，并进行了实例研究；通过实例分析讨论了描述工作面资源条件与单产工效关系的稳健多元回归模型、灰色GM（0，h）模型、模糊综合评价——稳健回归模型、模糊综合评价——稳健趋势面模型、模糊控制预测模型、人工神经元网络模型的特点与效果。
（7）有些开采指标关系模型，如成本、售价等，要求全面考虑资源条件、开采指标随空间、时间变化而变化的特征。但现有研究大都是针对特定年份或特定时间而拟合的，建模中一个煤层乃至整个矿井往往采用一个评价值，由此建立的模型过于粗糙，难以满足规律分析、指标预测等方面的要求。论文以资源条件与吨煤开采成本为例，提出了兼顾资源条件、开采指标空间——时间动态特征的关系模型构建方法，以曲线描述成本随时间变化而变化的规律，以回归模型、神经元网络等模型反映资源条件与开采成本的关系，用专家评议或层次分析法、神经元网络法确定权重，以工作面作为资源条件评价单元，利用平顶山矿区十一对生产矿井最近6～8年的几百个采面、近百个年成本数据进行迭代构建了具有前述特征的关系模型，同时提出了基于基础数据增删的模型调整或重构方法，特殊情况（某些开采指标数据出现突变、逆变等）的判断及模型修正方法，开发了相应的软件系统，拟合及预测精度较为理想，比较符合实际。这些工作使实时、动态评价、预测成为可能。
（8）讨论了煤炭资源经济可采性评价的意义与评价原则，研究了费用效益法、采与不采对比法进行经济可采性评价的基本方法、模型及评价实例，根据平顶山矿区实际资料，揭示了开采工效、成本、灰分、售价增减对煤层经济可采厚度的影响，工作面单产与含矸煤层经济可采厚度的关系，矿井地质条件与经济可采厚度的关系，煤量类别与经济可采厚度的关系，提出了若干政策建议。这方面研究成果已在平顶山、皖北等矿区得到应用。
（9）分析了我国煤炭资源回收状况，讨论了与采出率有关的现行可采储量与矿井设计可采储量、全矿井永久煤柱摊销、回采煤量与工作面采出率等概念及计算公式上的欠缺及改进方法，提出了储量发生增减时摊销方法、简便公式，给出了性质及适用条件，研究了合理采出率的确定、实际采出率测算等问题，提出了煤炭资源合理开发利用评价的内容、目标、方法及方案对比评价、开发效益评价模型，给出了研究实例。
（10）基于现行放顶煤开采采出量及采出率确定方法，推导出了这种工艺采出量及采出率的误差估计模型，根据兖州南屯矿实际数据，计算出了误差估计模型中相应参数（即由统计产量改算实测产量所需的参数）的相似维、实验及理论变异函数，基于地质统计学理论，得到了三种采样方式、不同采样间距与上述参数估计误差、采出量相对误差的关系。该成果为进一步研究放顶煤开采采出量及采出率的测算、标准制定等问题提供了依据及途径。
（11）采用公式推导与模拟方法，分析了有偿使用或资源资产化管理对资源浪费的抑制能力与不足，探讨了我国资源管理改革的取向，对资源税与资源补偿费、资源资产评估参数的获取、储量级别对评估价值的影响、矿产资源资产与矿业权的关系、激励机制与调控模式的构建等问题进行了理论探讨，基于资源价值理论及非“三下”开采资源补偿费费率标准，推导出了“三下”开采资源补偿费的计算公式，提出了考虑储量误差的资源价值评估模型及实现矿产资源合理开发利用需解决的关键问题与技术路线。
（12）论文讨论了煤炭资源资产价值及级差收益的概念、构成，提出了地质勘探成果价值、劣等资源的勘探费、劣等资源开采成本与售价、标准勘探费、标准投资、标准采出率、标准开采成本、标准售价、理论开采成本、理论售价等一系列概念、确定方法与模型；针对研究目的、要求、测算对象的特点，建立了煤炭资源资产价值与级差收益确定的理论模型和实际测算模型；收集了平顶山矿区十一对生产矿井600多个工作面数十万个资源条件与开采经营数据及有关图纸资源，构建了一系列具有空间、时间动态特征的资源条件与开采指标关系模型、评价参数确定模型，开发了软件系统，对平顶山矿区十一对生产矿井进行了实际测算，得到了各矿各煤层从1990年到20__年以矿区为基准的期内煤炭资源资产价值与级差收益、剩余煤炭资源资产价值与级差收益，分析得到了标准开采成本、标准售价、劣等资源条件、平均资金利润率、绝对地租、垄断地租对资源价值与级差收益的影响，提出了成果应用的领域与途径，测算达到了动态实时、可靠实用。
关键词：煤炭资源评价煤炭资源管理开采指标动态预测
开采采出率资源资产价值级差收益
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