CN103778563A - 一种薄煤层无人工作面开采地质条件综合评估方法 - Google Patents

Abstract

一种薄煤层无人工作面开采地质条件综合评估方法，属于煤矿地质条件评估的方法。根据薄煤层自动化无人工作面开采的特点，确定了影响薄煤层无人工作面开采的地质构造、煤层厚度、煤层稳定性、煤层倾角、煤层坚硬性、煤层顶底板条件和工作面块度7个综合评估复合因素，进一步确定了15个基因素，并分析了各评估因素的隶属函数和权重，结合模糊综合评价理论，构建了薄煤层无人工作面开采条件综合评估模型，确定了综合评估结果的等级与可靠度指标，从而实现对薄煤层无人工作面开采地质条件的综合评估。该发明对于改进无人工作面工艺选择和参数优化、改善采煤环境、提高工作面的安全状况和效率，具有重要意义。

Description

一种薄煤层无人工作面开采地质条件综合评估方法

技术领域

本发明涉及一种煤矿地质条件评估的方法，具体是一种薄煤层无人工作面开采地质条件综合评估方法。

背景技术

经过多年的开采，我国不少地区矿井的中厚和厚煤层的储量已接近枯竭，而对于薄煤层（厚度≤1.3m）的开采，长期由于经济技术和安全等原因而处于缓慢发展的状态。我国煤炭储量中薄煤层的可采储量约为61.5亿ｔ，占全国煤炭总可采储量的19%左右，然而据不完全统计，我国薄煤层的年产量只占全国煤炭总产量的10.4%左右，产量与储量的比例严重失调。

无人工作面采煤技术是解决煤炭行业安全生产和可持续发展的重要途径，特别是对于我国长期发展缓慢甚至处于停滞状态的难采薄煤层的开采，将具有重要战略意义。煤矿无人工作面高度集中生产以后，无人工作面单产的变化对整个矿井的技术经济指标的变化特别敏感，为了保证安全高效开采，必须对无人工作面的开采地质条件及其与开采工艺适应程度进行详细全面的了解。无人工作面地质条件适应性评价的实质就是从采矿的角度对薄煤层适于自动化无人工作面工艺的程度进行定性分析与定量评价，以此作为开采技术决策、设计规划、生产管理的依据，是从工作面开采的总体方面对薄煤层地质条件进行的整体综合评价。

发明内容

技术问题：为了克服现有薄煤层无人工作面开采地质条件综合评估技术的不足，本发明的目的是要提供一种思路简单、运算合理和自动化程度高，生产效益、安全性和可靠性好，可实现工作面地质条件综合评估的一种薄煤层无人工作面开采地质条件综合评估方法。

技术方案：本发明的目的通过如下技术方案实现：该评估方法：根据薄煤层自动化无人工作面开采的特点，确定影响薄煤层无人工作面开采的地质构造、煤层厚度、煤层稳定性、煤层倾角、煤层坚硬性、煤层顶底板条件和工作面块度7个综合评估复合因素，再确定15个基因素，分析各评估因素的隶属函数和权重，结合模糊综合评价理论，构建薄煤层无人工作面开采条件综合评估模型，确定综合评估结果的等级与可靠度指标，实现对薄煤层无人工作面开采地质条件的综合评估；具体步骤如下：

（1）将影响薄煤层无人工作面开采条件的各种因素分为地质构造、煤层厚度、煤层稳定性、煤层倾角、煤层顶底板、煤层坚硬性、工作面块度7个方面的复合因素，细化为断层、褶皱、岩浆岩侵入、煤层变异性、煤层可采性、夹矸、煤层厚度、煤层倾角、基本顶、直接顶、伪顶、底板、煤层坚硬性、工作面可布置长度、工作面可推进长度15个基因素；

（2）将15个基因素设计具体指标进行量化，分别包括：断层密度d₁、断层长度指数d₂、断层落差指数d₃、褶皱剖面系数z₁、褶皱平面系数z₂、岩浆入侵影响总面积与块断面积比ψ、煤层厚度变异系数k、夹矸硬度g₁、含矸石系数g₂、煤层厚度h₁、煤层倾角q、煤层单轴抗压强度σ₁、直接顶煤层单向抗压强度σ₂、直接顶厚度与采高的倍数比n、伪顶厚度h₂、直接底岩层抗压强度σ₃、工作面可布置长度l₁、工作面可推进长度l₂共18个指标；

（3）运用层次分析法AHP确定各因素的权重：

（4）运用模糊综合评价法对薄煤层无人工作面开采地质条件进行多层次综合性评估，构建评估因素集Y={u₁、u₂、…、u_m}和评估集P={v₁、v₂、…、v_m}，构建评估矩阵 $K=\left[\begin{array}{cccc}{k}_{11}& k_{12}& \·\·\·& k_{1m}\\ k_{21}& k_{22}& \·\·\·& k_{2m}\\ k_{n1}& k_{n2}& \·\·\·& k_{\mathrm{nm}}\end{array}\right],$ 其中k_i1、k₂、…、k_im通过指标的评分值代入对评估集v₁、v₂、…、v_m隶属函数u₁、u₂、…、u_m中计算得出，并构建因素权重集Q={q₁、q₂、…、q_n}；

（5）考虑综合评估多因素的影响，定义模糊综合评估结果矩阵B，

B＝Q·K＝(b₁,b₂...,b_m)，

根据最小、最大法则运算可得综合评估结论：

b_j＝max{min(q₁,k_1j),min(q₂,k_2j),...,min(q_n,r_nj)}，j=（1,2,3，…，m）；

（6）根据薄煤层无人工作面的综合评估值，可将评估的无人工作面分为五个级别：

评估等级	综合评估值	开采条件
			Ⅰ	>0.8	好
Ⅱ	0.7～0.8	良好
			Ⅲ	0.6～0.7	一般

Ⅳ	0.5～0.6	差
			Ⅴ	<0.5	较差

（7）设薄煤层无人工作面j的评价可靠性为d_j，则

式中d'_j为工作面j采前评估值，d_j为工作面j的采后评估值。

有益效果，由于采用了上述方案，根据薄煤层自动化无人工作面开采的特点，结合模糊综合评估理论，确定了薄煤层无人工作面开采地质条件综合评估方法，此方法思路简单、运算合理和自动化程度高，生产效益、安全性和可靠性好，采用此综合评估方法，对于改进无人工作面工艺选择和参数优化、改善采煤环境、提高工作面的安全状况和效率，具有重要意义。

附图说明

图1是薄煤层无人工作面开采地质条件综合评估指标体系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的说明：

实施例1：该评估方法：根据薄煤层自动化无人工作面开采的特点，确定影响薄煤层无人工作面开采的地质构造、煤层厚度、煤层稳定性、煤层倾角、煤层坚硬性、煤层顶底板条件和工作面块度7个综合评估复合因素，再确定15个基因素，分析各评估因素的隶属函数和权重，结合模糊综合评价理论，构建薄煤层无人工作面开采条件综合评估模型，确定综合评估结果的等级与可靠度指标，实现对薄煤层无人工作面开采地质条件的综合评估；具体步骤如下：

（1）将影响薄煤层无人工作面开采条件的各种因素分为地质构造、煤层厚度、煤层稳定性、煤层倾角、煤层顶底板、煤层坚硬性、工作面块度7个方面的复合因素，细化为断层、褶皱、岩浆岩侵入、煤层变异性、煤层可采性、夹矸、煤层厚度、煤层倾角、基本顶、直接顶、伪顶、底板、煤层坚硬性、工作面可布置长度、工作面可推进长度15个基因素；

（2）将15个基因素设计具体指标进行量化，分别包括：断层密度d₁、断层长度指数d₂、断层落差指数d₃、褶皱剖面系数z₁、褶皱平面系数z₂、岩浆入侵影响总面积与块断面积比ψ、煤层厚度变异系数k、夹矸硬度g₁、含矸石系数g₂、煤层厚度h₁、煤层倾角q、煤层单轴抗压强度σ₁、直接顶煤层单向抗压强度σ₂、直接顶厚度与采高的倍数比n、伪顶厚度h₂、直接底岩层抗压强度σ₃、工作面可布置长度l₁、工作面可推进长度l₂共18个指标；

（3）运用层次分析法AHP确定各因素的权重：

（4）运用模糊综合评价法对薄煤层无人工作面开采地质条件进行多层次综合性评估，构建评估因素集Y={u₁、u₂、…、u_m}和评估集P={v₁、v₂、…、v_m}，构建评估矩阵 $K=\left[\begin{array}{cccc}{k}_{11}& k_{12}& \·\·\·& k_{1m}\\ k_{21}& k_{22}& \·\·\·& k_{2m}\\ k_{n1}& k_{n2}& \·\·\·& k_{\mathrm{nm}}\end{array}\right],$ 其中k_i1、k₂、…、k_im通过指标的评分值代入对评估集v₁、v₂、…、v_m隶属函数u₁、u₂、…、u_m中计算得出，并构建因素权重集Q={q₁、q₂、…、q_n}；

（5）考虑综合评估多因素的影响，定义模糊综合评估结果矩阵B，

B＝Q·K＝(b₁,b₂...,b_m)，

根据最小、最大法则运算可得综合评估结论：

b_j＝max{min(q₁,k_1j),min(q₂,k_2j),...,min(q_n,r_nj)}，j=（1,2,3，…，m）；

（6）根据薄煤层无人工作面的综合评估值，可将评估的无人工作面分为五个级别：

评估等级	综合评估值	开采条件
			Ⅰ	>0.8	好
Ⅱ	0.7～0.8	良好
			Ⅲ	0.6～0.7	一般
Ⅳ	0.5～0.6	差
			Ⅴ	<0.5	较差

（7）设薄煤层无人工作面j的评价可靠性为d_j，则

式中d'_j为工作面j采前评估值，d_j为工作面j的采后评估值。

本发明根据薄煤层自动化无人工作面开采的特点，结合模糊综合评估理论，确定了薄煤层无人工作面开采地质条件综合评估方法，此方法思路简单、运算合理和自动化程度高，生产效益、安全性和可靠性好，采用此综合评估方法，对于改进无人工作面工艺选择和参数优化、改善采煤环境、提高工作面的安全状况和效率，具有重要意义。

Claims (1)

1.一种薄煤层无人工作面开采地质条件综合评估方法，其特征是：该评估方法：根据薄煤层自动化无人工作面开采的特点，确定影响薄煤层无人工作面开采的地质构造、煤层厚度、煤层稳定性、煤层倾角、煤层坚硬性、煤层顶底板条件和工作面块度7个综合评估复合因素，再确定15个基因素，分析各评估因素的隶属函数和权重，结合模糊综合评价理论，构建薄煤层无人工作面开采条件综合评估模型，确定综合评估结果的等级与可靠度指标，实现对薄煤层无人工作面开采地质条件的综合评估；具体步骤如下：

（1）将影响薄煤层无人工作面开采条件的各种因素分为地质构造、煤层厚度、煤层稳定性、煤层倾角、煤层顶底板、煤层坚硬性、工作面块度7个方面的复合因素，细化为断层、褶皱、岩浆岩侵入、煤层变异性、煤层可采性、夹矸、煤层厚度、煤层倾角、基本顶、直接顶、伪顶、底板、煤层坚硬性、工作面可布置长度、工作面可推进长度15个基因素；

（2）将15个基因素设计具体指标进行量化，分别包括：断层密度d₁、断层长度指数d₂、断层落差指数d₃、褶皱剖面系数z₁、褶皱平面系数z₂、岩浆入侵影响总面积与块断面积比ψ、煤层厚度变异系数k、夹矸硬度g₁、含矸石系数g₂、煤层厚度h₁、煤层倾角q、煤层单轴抗压强度σ₁、直接顶煤层单向抗压强度σ₂、直接顶厚度与采高的倍数比n、伪顶厚度h₂、直接底岩层抗压强度σ₃、工作面可布置长度l₁、工作面可推进长度l₂共18个指标；

（3）运用层次分析法AHP确定各因素的权重：

（4）运用模糊综合评价法对薄煤层无人工作面开采地质条件进行多层次综合性评估，构建评估因素集Y={u₁、u₂、…、u_m}和评估集P={v₁、v₂、…、v_m}，构建评估矩阵 $K=\left[\begin{array}{cccc}{k}_{11}& k_{12}& \·\·\·& k_{1m}\\ k_{21}& k_{22}& \·\·\·& k_{2m}\\ k_{n1}& k_{n2}& \·\·\·& k_{\mathrm{nm}}\end{array}\right],$ 其中k_i1、k₂、…、k_im通过指标的评分值代入对评估集v₁、v₂、…、v_m隶属函数u₁、u₂、…、u_m中计算得出，并构建因素权重集Q={q₁、q₂、…、q_n}；

（5）考虑综合评估多因素的影响，定义模糊综合评估结果矩阵B，

B＝Q·K＝(b₁,b₂...,b_m)，

根据最小、最大法则运算可得综合评估结论：

b_j＝max{min(q₁,k_1j),min(q₂,k_2j),...,min(q_n,r_nj)}，j=（1,2,3，…，m）；

（6）根据薄煤层无人工作面的综合评估值，可将评估的无人工作面分为五个级别：

评估等级 综合评估值 开采条件 Ⅰ >0.8 好 Ⅱ 0.7～0.8 良好 Ⅲ 0.6～0.7 一般 Ⅳ 0.5～0.6 差 Ⅴ <0.5 较差

（7）设薄煤层无人工作面j的评价可靠性为d_j，则

式中d'_j为工作面j采前评估值，d_j为工作面j的采后评估值。

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