綜放條件下上覆巖層“兩帶”高度多因素經驗公式確定

馬斌斌

(西山煤電西曲礦通風五隊，山西 古交 030200)

引 言

煤層開采后必然會導致上覆巖層向采空區一側移動，引發頂板的下沉和垮落。由此，上覆巖層會形成明顯的“三帶”狀態，由上而下依次為彎曲下沉帶、導水裂縫帶和垮落帶。其中，導水裂縫帶和垮落帶是影響水體下煤層開采和井巷安全煤巖柱留設的關鍵因素。因此，確定合理的“兩帶”高度對煤礦的安全生產有著重要的意義。本文通過大量收集多個煤礦的相關數據，利用多元回歸分析的方法，分析了埋深、采高、煤層傾角對“兩帶”高度的影響。總結歸納出了適用于綜放條件下的“兩帶”高度計算經驗公式。

1 研究現狀

通過大量的現場實測，前人已經把適用于分層綜采和普采的“兩帶”高度計算經驗公式歸納總結出來(見表1)，并寫入《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》[1]。但由于條件限制，沒有考慮綜放開采條件下的覆巖“兩帶”高度，也沒有考慮埋深和煤層傾角等因素對上覆巖層“兩帶”高度的影響。在如今煤礦大量使用綜放工作面，大量開采大傾角、深埋深煤層的情況下，過去的經驗公式用于解決此類問題則有一定局限性。因此，得出一條適用于綜放開采條件下的“兩帶”高度計算經驗公式具有一定的實際應用價值[2-5]。

2 確定經驗公式

2.1 整理數據

通過翻閱大量的論文資料，將全國多個煤礦不同綜放工作面、依據不同的覆巖條件整理成表。第159頁表2、表3分別為中硬和軟弱覆巖條件下“兩帶”高度統計表。由于堅硬頂板條件下的“兩帶”高度數據較少，本文未對其進行分析[6]。

表1 “兩帶”高度計算經驗公式

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”高度統計數據。由表2可以看出，采高、埋深和傾角對“兩帶”高度均有影響，故對表2中的數據進行多元線性回歸分析。

1) 垮落帶經驗公式[見式(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。復相關系數R2為0.74。

2) 導水裂縫帶經驗公式[見式(2)]

Hli=61.472+4.17M-0.028 7h-0.819α

(2)

式中：Hli為導水裂縫帶高度。復相關系數R2為0.93。

表2 綜放開采中硬覆巖“兩帶”高度數據

表3 綜放開采軟弱覆巖“兩帶”高度數據

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”高度統計數據表。同樣的，對其“兩帶”高度進行多因素回歸分析。

1) 垮落帶經驗公式[見式(3)]

Hm=25.63+4.15M-0.078 9h+0.326α

(3)

公式的復相關系數R2為0.74。

2) 導水裂縫帶經驗公式[見式(4)]

Hli=-65.75+14.72M+0.178h-0.816α

(4)

公式的復相關系數R2為0.94。

3 經驗公式適用性分析

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算得出的“兩帶”高度和原經驗公式計算得出的“兩帶”高度的對比。

表4 中硬覆巖垮落帶高度計算結果對比

表5 中硬覆巖導水裂縫帶高度計算結果對比

由表4可以看出，在中硬覆巖綜放開采下，使用原有經驗公式計算的垮落帶高度比實測小，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，使用原有經驗公式計算得出的導水裂縫帶高度明顯小于實測裂高，誤差較大，為-48.93%～-28.12%。而使用多因素回歸方程計算得到的裂高誤差明顯減小，為-27.57%～9.80%。誤差為-27.57%的樣本考慮可能測量結果偏大導致[7]。

綜合考慮表4、表5可以看到，在中硬覆巖條件下，使用原經驗公式計算得到的綜放工作面“兩帶”高度普遍誤差較大，在實際生產中使用該公式可能會導致留設安全保護煤柱厚度過小，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，對安全生產有一定意義，實際應用性較好[8]。

3.2 軟弱覆巖條件下的公式適用性分析

第160頁表6、表7為軟弱覆巖條件下的“兩帶”高度數據對比表，表中分別用原經驗公式和多因素回歸方程計算所得的結果與實測結果進行了對比。

由表6可以看出，軟弱覆巖條件下進行綜放開采的垮落帶高度遠大于使用原經驗公式計算所得值，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，在軟弱覆巖綜放開采條件下的導水裂縫帶高度與使用經驗公式計算所得的結果相比，誤差也較大，為-85.57%～-25.78%。使用綜放開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，經驗公式不適合對綜放開采條件下的“兩帶”高度進行計算，計算結果有明顯誤差，在實際生產中使用綜放開采多因素回歸方程計算“兩帶”高度，對留設安全保護煤柱提供了重要依據，大大減小了安全隱患[9-10]。

表6 軟弱覆巖垮落帶高度計算結果對比

表7 軟弱覆巖導水裂縫帶高度計算結果對比

4 結論

如今，綜放開采已經是我國開采厚煤層的主要方式之一。可是，對綜放開采條件下的上覆巖層“兩帶”高度的計算卻沒有一個合適的計算公式，使用原有經驗公式計算所得的值與實測值相比誤差較大，確定一個適用于綜放開采條件的經驗公式十分必要。

通過多元回歸分析的方法計算得出多因素回歸分析方程，與實測數據相比，誤差明顯減小，并且考慮到了采高、埋深和傾角3種因素對“兩帶”高度的影響，對水體下采煤和留設安全保護煤柱有著重要的意義。

參考文獻：

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[9] 閆康新.綜采放頂煤工作面“冒落裂縫帶”高度探測[J].煤,2009,17(11):44-45.

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