綜放條件下上覆巖層“兩帶”高度多因素經(jīng)驗(yàn)公式確定

馬斌斌

(西山煤電西曲礦通風(fēng)五隊(duì)，山西 古交 030200)

引 言

煤層開(kāi)采后必然會(huì)導(dǎo)致上覆巖層向采空區(qū)一側(cè)移動(dòng)，引發(fā)頂板的下沉和垮落。由此，上覆巖層會(huì)形成明顯的“三帶”狀態(tài)，由上而下依次為彎曲下沉帶、導(dǎo)水裂縫帶和垮落帶。其中，導(dǎo)水裂縫帶和垮落帶是影響水體下煤層開(kāi)采和井巷安全煤巖柱留設(shè)的關(guān)鍵因素。因此，確定合理的“兩帶”高度對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)有著重要的意義。本文通過(guò)大量收集多個(gè)煤礦的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用多元回歸分析的方法，分析了埋深、采高、煤層傾角對(duì)“兩帶”高度的影響。總結(jié)歸納出了適用于綜放條件下的“兩帶”高度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式。

1 研究現(xiàn)狀

通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，前人已經(jīng)把適用于分層綜采和普采的“兩帶”高度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式歸納總結(jié)出來(lái)(見(jiàn)表1)，并寫(xiě)入《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》[1]。但由于條件限制，沒(méi)有考慮綜放開(kāi)采條件下的覆巖“兩帶”高度，也沒(méi)有考慮埋深和煤層傾角等因素對(duì)上覆巖層“兩帶”高度的影響。在如今煤礦大量使用綜放工作面，大量開(kāi)采大傾角、深埋深煤層的情況下，過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)公式用于解決此類(lèi)問(wèn)題則有一定局限性。因此，得出一條適用于綜放開(kāi)采條件下的“兩帶”高度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值[2-5]。

2 確定經(jīng)驗(yàn)公式

2.1 整理數(shù)據(jù)

通過(guò)翻閱大量的論文資料，將全國(guó)多個(gè)煤礦不同綜放工作面、依據(jù)不同的覆巖條件整理成表。第159頁(yè)表2、表3分別為中硬和軟弱覆巖條件下“兩帶”高度統(tǒng)計(jì)表。由于堅(jiān)硬頂板條件下的“兩帶”高度數(shù)據(jù)較少，本文未對(duì)其進(jìn)行分析[6]。

表1 “兩帶”高度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式

2.2 中硬頂板“兩帶”高度分析

表2為中硬覆巖條件下的“兩帶”高度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。由表2可以看出，采高、埋深和傾角對(duì)“兩帶”高度均有影響，故對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸分析。

1) 垮落帶經(jīng)驗(yàn)公式[見(jiàn)式(1)]：

Hm=22.69-1.56M+0.003 7h+1.35α

(1)

式中：Hm為垮落帶高度，M為采高，h為埋深，α為煤層傾角。復(fù)相關(guān)系數(shù)R2為0.74。

2) 導(dǎo)水裂縫帶經(jīng)驗(yàn)公式[見(jiàn)式(2)]

Hli=61.472+4.17M-0.028 7h-0.819α

(2)

式中：Hli為導(dǎo)水裂縫帶高度。復(fù)相關(guān)系數(shù)R2為0.93。

表2 綜放開(kāi)采中硬覆巖“兩帶”高度數(shù)據(jù)

表3 綜放開(kāi)采軟弱覆巖“兩帶”高度數(shù)據(jù)

2.3 軟弱頂板“兩帶”高度分析

表3為軟弱覆巖條件下的“兩帶”高度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表。同樣的，對(duì)其“兩帶”高度進(jìn)行多因素回歸分析。

1) 垮落帶經(jīng)驗(yàn)公式[見(jiàn)式(3)]

Hm=25.63+4.15M-0.078 9h+0.326α

(3)

公式的復(fù)相關(guān)系數(shù)R2為0.74。

2) 導(dǎo)水裂縫帶經(jīng)驗(yàn)公式[見(jiàn)式(4)]

Hli=-65.75+14.72M+0.178h-0.816α

(4)

公式的復(fù)相關(guān)系數(shù)R2為0.94。

3 經(jīng)驗(yàn)公式適用性分析

3.1 中硬覆巖條件下的公式適用性分析

表4、表5為中硬覆巖綜放條件下多因素回歸分析方程計(jì)算得出的“兩帶”高度和原經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出的“兩帶”高度的對(duì)比。

表4 中硬覆巖垮落帶高度計(jì)算結(jié)果對(duì)比

表5 中硬覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算結(jié)果對(duì)比

由表4可以看出，在中硬覆巖綜放開(kāi)采下，使用原有經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算的垮落帶高度比實(shí)測(cè)小，且誤差較大，誤差為-51.94～-30.81%。而使用綜放條件下的多因素回歸分析方程得到的垮落帶高度誤差明顯減小，為-12.32%～-0.52%。由表5可以看出，使用原有經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出的導(dǎo)水裂縫帶高度明顯小于實(shí)測(cè)裂高，誤差較大，為-48.93%～-28.12%。而使用多因素回歸方程計(jì)算得到的裂高誤差明顯減小，為-27.57%～9.80%。誤差為-27.57%的樣本考慮可能測(cè)量結(jié)果偏大導(dǎo)致[7]。

綜合考慮表4、表5可以看到，在中硬覆巖條件下，使用原經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到的綜放工作面“兩帶”高度普遍誤差較大，在實(shí)際生產(chǎn)中使用該公式可能會(huì)導(dǎo)致留設(shè)安全保護(hù)煤柱厚度過(guò)小，存在安全隱患。而使用多因素回歸分析方程得到的“兩帶”高度綜合考慮了多種影響因素，誤差明顯減小，對(duì)安全生產(chǎn)有一定意義，實(shí)際應(yīng)用性較好[8]。

3.2 軟弱覆巖條件下的公式適用性分析

第160頁(yè)表6、表7為軟弱覆巖條件下的“兩帶”高度數(shù)據(jù)對(duì)比表，表中分別用原經(jīng)驗(yàn)公式和多因素回歸方程計(jì)算所得的結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。

由表6可以看出，軟弱覆巖條件下進(jìn)行綜放開(kāi)采的垮落帶高度遠(yuǎn)大于使用原經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算所得值，誤差在-79.8%～-50.52%。而使用綜放條件下的多因素回歸分析方程所得出值的誤差明顯減小，為-19.57%～23.9%。由表7可以看出，在軟弱覆巖綜放開(kāi)采條件下的導(dǎo)水裂縫帶高度與使用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算所得的結(jié)果相比，誤差也較大，為-85.57%～-25.78%。使用綜放開(kāi)采多因素回歸方程得到的值，誤差明顯減小，為-14.4%～20.8%。表明，經(jīng)驗(yàn)公式不適合對(duì)綜放開(kāi)采條件下的“兩帶”高度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果有明顯誤差，在實(shí)際生產(chǎn)中使用綜放開(kāi)采多因素回歸方程計(jì)算“兩帶”高度，對(duì)留設(shè)安全保護(hù)煤柱提供了重要依據(jù)，大大減小了安全隱患[9-10]。

表6 軟弱覆巖垮落帶高度計(jì)算結(jié)果對(duì)比

表7 軟弱覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論

如今，綜放開(kāi)采已經(jīng)是我國(guó)開(kāi)采厚煤層的主要方式之一?？墒牵瑢?duì)綜放開(kāi)采條件下的上覆巖層“兩帶”高度的計(jì)算卻沒(méi)有一個(gè)合適的計(jì)算公式，使用原有經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算所得的值與實(shí)測(cè)值相比誤差較大，確定一個(gè)適用于綜放開(kāi)采條件的經(jīng)驗(yàn)公式十分必要。

通過(guò)多元回歸分析的方法計(jì)算得出多因素回歸分析方程，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比，誤差明顯減小，并且考慮到了采高、埋深和傾角3種因素對(duì)“兩帶”高度的影響，對(duì)水體下采煤和留設(shè)安全保護(hù)煤柱有著重要的意義。

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