斷層影響煤礦掘進(jìn)的多元回歸分析

摘要：煤礦掘進(jìn)效率直接關(guān)系到生產(chǎn)銜接和掘進(jìn)成本。文章以實(shí)際生產(chǎn)地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和回歸分析方法，歸納出了斷層影響掘進(jìn)的四個(gè)因素與全巖掘進(jìn)率的定量關(guān)系，有利于指導(dǎo)掘進(jìn)生產(chǎn)計(jì)劃的下達(dá)和掘進(jìn)工藝的改進(jìn)，進(jìn)而提高效率，降低成本，有益安全。

關(guān)鍵詞：斷層；煤礦掘進(jìn)；多元回歸分析；掘進(jìn)效率；數(shù)理統(tǒng)計(jì) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD163 文章編號(hào)：1009-2374（2015）05-0156-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0410

影響煤礦掘進(jìn)的最主要地質(zhì)因素之一是斷層，特別是小型斷層。當(dāng)掘進(jìn)工作面遇到斷層時(shí)，頂板壓力增大，頂板破碎，多數(shù)情況下出現(xiàn)半煤巖或全巖掘進(jìn)，有時(shí)甚至出現(xiàn)冒頂事故，嚴(yán)重制約了掘進(jìn)效率。

研究斷層對掘進(jìn)的影響程度，建立斷層影響因素與全巖掘進(jìn)率的定量關(guān)系，對安排掘進(jìn)生產(chǎn)計(jì)劃、選擇掘進(jìn)方案、提高掘進(jìn)效率，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。所謂全巖掘進(jìn)率就是全巖巷道進(jìn)尺數(shù)與總進(jìn)尺數(shù)的比值的百分?jǐn)?shù)。為此，我們搜集了開灤能源化工股份有限公司呂家坨礦業(yè)分公司2011年以來的大量地質(zhì)資料，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和回歸分析方法進(jìn)行分析處理，取得了初步

成果。

1 斷層對掘進(jìn)的影響因素

煤礦生產(chǎn)實(shí)踐表明，斷層對掘進(jìn)的影響因素主要有斷層落差、煤層厚度、斷層傾角、斷層走向、斷層個(gè)數(shù)。在此，我們選擇了下面五個(gè)變量作為斷層對掘進(jìn)的影響因素。

1.1 斷層破壞系數(shù)

斷層破壞系數(shù)是斷層落差h與煤層厚度m的比值，即μ=h/m。μ越大，說明斷層落差越大、煤厚越小，掘進(jìn)越困難，全巖掘進(jìn)進(jìn)尺可能越多。在同一掘進(jìn)工作面，煤厚總體來說變化不大。因此，斷層落差起決定作用。我們將μ作為影響因素。

1.2 斷層線密度

斷層線密度是斷層個(gè)數(shù)n與巷道長度d的比值，即ρ=（n/d）×100。顯然，ρ越大，說明斷層的個(gè)數(shù)越多，掘進(jìn)越困難，全巖掘進(jìn)進(jìn)尺可能越多。我們將ρ作為影響因素。

1.3 斷層傾角β的sinβ

一般認(rèn)為，斷層傾角越小，斷層的破碎帶越寬，冒頂?shù)奈ｋU(xiǎn)程度也越大，掘進(jìn)越困難，全巖掘進(jìn)進(jìn)尺可能越多。我們將sinβ作為影響因素。

1.4 斷層走向與掘進(jìn)方向的夾角θ的sinθ

斷層走向與掘進(jìn)方向的夾角越小，影響掘進(jìn)的距離越長，掘進(jìn)越困難，全巖掘進(jìn)進(jìn)尺可能越多。我們將sinθ作為影響因素。

1.5 斷層的不可見度

設(shè)計(jì)掘進(jìn)工作面不可能完全避開所有斷層，因此，掘進(jìn)巷道必然通過探測斷層和推測斷層，我們稱之為可預(yù)見斷層。在掘進(jìn)施工以后，往往揭露新的斷層，我們稱之為不可預(yù)見斷層。斷層的不可見度是不可預(yù)見斷層個(gè)數(shù)n1與可預(yù)見斷層個(gè)數(shù)n2的比值，即ω=n1/n2。顯然，斷層的不可見度越大，地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確程度越低，掘進(jìn)越困難，全巖掘進(jìn)進(jìn)尺可能越多。ω與線性密度ρ有關(guān)，我們將ω作為影響因素的參考因素，不作為斷層對掘進(jìn)影響的評價(jià)因素。

2 斷層對掘進(jìn)影響的多元回歸分析

多元回歸分析的數(shù)學(xué)方程為：

y=b0+b1x1+b2x2+b3x3+b4x4

式中：

y——全巖掘進(jìn)率，即全巖掘進(jìn)尺數(shù)/巷道總尺數(shù)的百分?jǐn)?shù)

b0～b4——待定系數(shù)

x1——斷層破壞系數(shù)μ（h和m取平均值）

x2——斷層線密度ρ

x3——sinβ（β取平均值）

x4——sinθ（θ取平均值）

利用表1原始數(shù)據(jù)，獲得回歸方程為：

y=-7.806+8.7627x1-0.0742x2+18.6749x3-2.5608x4

相應(yīng)的F值為：

F=0.0454

F1=0.208

F2=0.753

F3=0.156

F4=0.694

表1 影響掘進(jìn)因素表

全巖率（全巖尺數(shù)/總尺數(shù)）% 斷層破壞系數(shù)（斷層落差/煤層厚度） 斷層線密度（斷層個(gè)數(shù)/巷道全長）/100m 斷層的平均傾角β的sinβ（四位小數(shù)） 斷層走向與推進(jìn)方向的平均夾角θ的sinθ（四位小數(shù)） 斷層不可見度（不可預(yù)見斷層/可預(yù)見斷層）%

2.2 0.86 0.72 0.6293 0.3616 66.7

14.3 0.72 1.16 0.6856 0.1482 2000

10.8 0.91 0.65 0.8299 0.9029 21.4

12 1.21 42.9 0.7388 0.5315 100

0.74 0.36 1.57 0.8437 0.0307 325

1.7 0.39 0.39 0.2126 0.4241 83.3

14.8 0.51 0.84 0.7853 0.2952 300

0 1.13 1.45 0.7148 0.8936 50

1.2 0.59 3.74 0.8901 0.9964 25

1.6 0.31 0.85 0.5735 0.829 167

11.8 0.47 1.19 0.6662 0.766 350

0 0.43 0.4 0.5323 0.7294 80

15.1 0.41 2.41 0.8058 0.902 2950

10.4 1.19 0.77 0.5284 0.628 66.7

24.75 0.78 1.5 0.8234 0.8023 475

14.4 1.22 2.44 0.9024 0.2588 145.5

25.3 0.91 1.99 0.7706 0.0978 1050

7.8 0.85 2.29 0.7862 0.279 325

0 0.16 0.28 0.7986 0.9613 75

12.5 0.47 2.69 0.7862 0.6319 2800

30 0.92 1.75 0.8465 0.8502 366.7

3 應(yīng)用

利用上述公式，可以預(yù)測掘進(jìn)巷道的全巖掘進(jìn)率，所使用的斷層為三維地震斷層和附近巷道揭露的斷層，同時(shí)結(jié)合區(qū)域構(gòu)造不可見度加以修正。得到全巖掘進(jìn)率后，便可下達(dá)較為合理的作業(yè)計(jì)劃。

另外，當(dāng)計(jì)算的全巖掘進(jìn)率數(shù)值較大時(shí)，應(yīng)該考慮改進(jìn)掘進(jìn)工藝和方法，即對于較為可靠的斷層，采取提前控制掘進(jìn)層位的措施，以減少全巖或半巖進(jìn)尺或使掘進(jìn)巷道處于較軟層位。此處不再詳述。

4 結(jié)語

斷層對煤礦生產(chǎn)的影響規(guī)律的研究是個(gè)世界性難題，我們只列舉了斷層影響掘進(jìn)的四個(gè)主要評價(jià)因素，得出了全巖掘進(jìn)率預(yù)測公式，具有現(xiàn)實(shí)參考價(jià)值。通過理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)初步認(rèn)為，掘進(jìn)巷道在設(shè)計(jì)巷道的全巖掘進(jìn)率達(dá)到11%時(shí)，或者改變設(shè)計(jì)，或者利用鉆探查明構(gòu)造進(jìn)而改變施工工藝和方法（關(guān)于斷層對回采工作面的影響，有專家認(rèn)為在“h/m×L/s”小于0.02時(shí)，可考慮推過斷層連續(xù)回采，否則應(yīng)跳面回采。式中：h—斷層落差，m—煤層厚度，L—斷層走向長度，s—斷層在采面方向的影響面積）。需要說明的是，巷道全巖掘進(jìn)率的臨界值還應(yīng)根據(jù)各煤礦實(shí)際進(jìn)行調(diào)整。

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作者簡介：米文寶（1969-），男，河北唐山人，國家煤監(jiān)局冀東分局室主任，高級(jí)工程師，研究方向：采礦工程。

（責(zé)任編輯：蔣建華）