斷層影響煤礦掘進的多元回歸分析

摘要：煤礦掘進效率直接關系到生產銜接和掘進成本。文章以實際生產地質資料為基礎，利用數理統計和回歸分析方法，歸納出了斷層影響掘進的四個因素與全巖掘進率的定量關系，有利于指導掘進生產計劃的下達和掘進工藝的改進，進而提高效率，降低成本，有益安全。

關鍵詞：斷層；煤礦掘進；多元回歸分析；掘進效率；數理統計 文獻標識碼：A

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

影響煤礦掘進的最主要地質因素之一是斷層，特別是小型斷層。當掘進工作面遇到斷層時，頂板壓力增大，頂板破碎，多數情況下出現半煤巖或全巖掘進，有時甚至出現冒頂事故，嚴重制約了掘進效率。

研究斷層對掘進的影響程度，建立斷層影響因素與全巖掘進率的定量關系，對安排掘進生產計劃、選擇掘進方案、提高掘進效率，具有重要的現實意義。所謂全巖掘進率就是全巖巷道進尺數與總進尺數的比值的百分數。為此，我們搜集了開灤能源化工股份有限公司呂家坨礦業分公司2011年以來的大量地質資料，運用數理統計和回歸分析方法進行分析處理，取得了初步

成果。

1 斷層對掘進的影響因素

煤礦生產實踐表明，斷層對掘進的影響因素主要有斷層落差、煤層厚度、斷層傾角、斷層走向、斷層個數。在此，我們選擇了下面五個變量作為斷層對掘進的影響因素。

1.1 斷層破壞系數

斷層破壞系數是斷層落差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，掘進越困難，全巖掘進進尺可能越多。在同一掘進工作面，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數n與巷道長度d的比值，即ρ=（n/d）×100。顯然，ρ越大，說明斷層的個數越多，掘進越困難，全巖掘進進尺可能越多。我們將ρ作為影響因素。

1.3 斷層傾角β的sinβ

一般認為，斷層傾角越小，斷層的破碎帶越寬，冒頂的危險程度也越大，掘進越困難，全巖掘進進尺可能越多。我們將sinβ作為影響因素。

1.4 斷層走向與掘進方向的夾角θ的sinθ

斷層走向與掘進方向的夾角越小，影響掘進的距離越長，掘進越困難，全巖掘進進尺可能越多。我們將sinθ作為影響因素。

1.5 斷層的不可見度

設計掘進工作面不可能完全避開所有斷層，因此，掘進巷道必然通過探測斷層和推測斷層，我們稱之為可預見斷層。在掘進施工以后，往往揭露新的斷層，我們稱之為不可預見斷層。斷層的不可見度是不可預見斷層個數n1與可預見斷層個數n2的比值，即ω=n1/n2。顯然，斷層的不可見度越大，地質預報的準確程度越低，掘進越困難，全巖掘進進尺可能越多。ω與線性密度ρ有關，我們將ω作為影響因素的參考因素，不作為斷層對掘進影響的評價因素。

2 斷層對掘進影響的多元回歸分析

多元回歸分析的數學方程為：

y=b0+b1x1+b2x2+b3x3+b4x4

式中：

y——全巖掘進率，即全巖掘進尺數/巷道總尺數的百分數

b0～b4——待定系數

x1——斷層破壞系數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原始數據，獲得回歸方程為：

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

相應的F值為：

F=0.0454

F1=0.208

F2=0.753

F3=0.156

F4=0.694

表1 影響掘進因素表

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

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 應用

利用上述公式，可以預測掘進巷道的全巖掘進率，所使用的斷層為三維地震斷層和附近巷道揭露的斷層，同時結合區域構造不可見度加以修正。得到全巖掘進率后，便可下達較為合理的作業計劃。

另外，當計算的全巖掘進率數值較大時，應該考慮改進掘進工藝和方法，即對于較為可靠的斷層，采取提前控制掘進層位的措施，以減少全巖或半巖進尺或使掘進巷道處于較軟層位。此處不再詳述。

4 結語

斷層對煤礦生產的影響規律的研究是個世界性難題，我們只列舉了斷層影響掘進的四個主要評價因素，得出了全巖掘進率預測公式，具有現實參考價值。通過理論計算和經驗統計初步認為，掘進巷道在設計巷道的全巖掘進率達到11%時，或者改變設計，或者利用鉆探查明構造進而改變施工工藝和方法（關于斷層對回采工作面的影響，有專家認為在“h/m×L/s”小于0.02時，可考慮推過斷層連續回采，否則應跳面回采。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，巷道全巖掘進率的臨界值還應根據各煤礦實際進行調整。

參考文獻

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

（責任編輯：蔣建華）