采煤工藝學(xué)5課件

第五章工作面地質(zhì)條件開(kāi)采工藝性評(píng)價(jià)第一節(jié)工作面煤層賦存及評(píng)價(jià)特點(diǎn)第二節(jié)評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系第三節(jié)評(píng)價(jià)因素隸屬函數(shù)第四節(jié)評(píng)價(jià)因素權(quán)重第一節(jié)工作面煤層賦存及評(píng)價(jià)特點(diǎn)

一將區(qū)段（或分帶）作為基本評(píng)價(jià)單元礦井集中生產(chǎn)后工作面單產(chǎn)影響整個(gè)礦井指標(biāo)有利于工作面巷道布置及合理接替。二評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化主要因素：煤層產(chǎn)狀及地質(zhì)構(gòu)造特殊因素：煤層自然發(fā)火，瓦斯（主要因子）三按工藝方式不同確立的影響因素隸屬函數(shù)工藝方式分為綜采工藝和普采工藝。影響因素隸屬函數(shù)對(duì)兩種工藝分別進(jìn)行了調(diào)整。第二節(jié)評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系

一

評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)復(fù)合因素7個(gè)，基本因素15，指標(biāo)量化

(一）斷層影響1.斷層密度q1式中:n--------塊段內(nèi)的斷層條數(shù)，條；s--------塊段面積，km2。第二節(jié)評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系

一

評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)（續(xù)）復(fù)合因素7個(gè)，基本因素15，指標(biāo)量化

(一）斷層影響（續(xù)）3.斷層落差指數(shù)q3式中:li--------第i條斷層的長(zhǎng)度，m;M---------工作面煤層開(kāi)采厚度，m。第二節(jié)評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系

一

評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)（續(xù)）復(fù)合因素7個(gè)，基本因素15，指標(biāo)量化

(二）褶皺影響影響因素褶皺發(fā)育程度的定量化指標(biāo)主要有兩個(gè)1.褶皺剖面系數(shù)p1式中:L1---在垂直褶皺的剖面上兩點(diǎn)間煤層實(shí)際長(zhǎng)度，m;L---該兩點(diǎn)的水平投影長(zhǎng)度，m。第二節(jié)評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系

一

評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)（續(xù)）復(fù)合因素7個(gè)，基本因素15，指標(biāo)量化

(二）褶皺影響影響因素（續(xù)）2.褶皺復(fù)雜性系數(shù)

p2式中:Δh-------工作面開(kāi)采范圍內(nèi)最低與最高煤層等高線高差，m；

l--------工作面開(kāi)采范圍內(nèi)最低與最高煤層等高線平距，m；ω--------用弧度表示的等高線走向的變化值，rad；

s---------工作面開(kāi)采面積，km

第二節(jié)評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系

一

評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)（續(xù)）復(fù)合因素7個(gè)，基本因素15，指標(biāo)量化

(二）煤層穩(wěn)定性（續(xù)）

2.可采性指數(shù)式中:n1----------全部見(jiàn)煤鉆孔數(shù)；n----------大于可采厚度的鉆孔數(shù)。

第二節(jié)評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系

一

評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)（續(xù)）復(fù)合因素7個(gè)，基本因素15，指標(biāo)量化

(二）煤層穩(wěn)定性（續(xù)）

3.含矸系數(shù)式中:G----------鉆孔內(nèi)煤層夾矸厚度，m；Xi---------鉆孔內(nèi)煤厚，m。

第二節(jié)評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系

一

評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)（續(xù)）復(fù)合因素7個(gè)，基本因素15，指標(biāo)量化

(四）煤層厚度煤層厚度將直接影響綜采工藝方式及技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。綜采工作面，當(dāng)煤厚在5m以下時(shí)，采用一次采全高采煤工藝方式；煤厚在5m以上時(shí)，一般采用放頂煤綜采或分層綜采。評(píng)價(jià)煤層開(kāi)采厚度以工作面沒(méi)見(jiàn)煤鉆孔煤層厚度平均值為評(píng)價(jià)指標(biāo)。式中:

Mi--------第i個(gè)鉆孔見(jiàn)煤厚度，m；n----------工作面內(nèi)見(jiàn)煤鉆孔數(shù)。

第二節(jié)評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系

一

評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)（續(xù)）復(fù)合因素7個(gè)，基本因素15，指標(biāo)量化

(六）煤層堅(jiān)硬性煤層堅(jiān)硬性是影響采煤機(jī)割煤及工作面內(nèi)片幫程度的一個(gè)因素，綜放工作面還直接影響頂煤的冒放性及放煤作業(yè)時(shí)間，用煤層綜合強(qiáng)度R作為指標(biāo)

。式中:

G---------夾矸系數(shù)（即矸石厚度與煤層厚度的比值）；Re--------夾矸巖石強(qiáng)度，MPa；Rc--------煤的單向抗壓強(qiáng)度，MPa

。

第二節(jié)評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系

一

評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)（續(xù)）復(fù)合因素7個(gè)，基本因素15，指標(biāo)量化

(七）煤層頂?shù)装鍡l件煤層頂?shù)装鍡l件是影響采煤工作面安全生產(chǎn)最重要的因素之一，頂板的穩(wěn)定性影響機(jī)械化采煤工藝選用、采煤機(jī)截割深度、割煤牽引速度和開(kāi)機(jī)率

。（1）直接頂穩(wěn)定性。以直接頂巖層單向抗壓強(qiáng)度i作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。（2）基本頂支撐性。選用直接頂厚度與采高的倍數(shù)比作為反映基本頂支撐條件的概略性總體指標(biāo)。（3）偽頂影響。取偽頂厚度h作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。（4）底板強(qiáng)度。取直接巖層的抗壓強(qiáng)度q作為評(píng)價(jià)底板影響的主要指標(biāo)。第二節(jié)評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系

一

評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)（續(xù)）復(fù)合因素7個(gè)，基本因素15，指標(biāo)量化

(八）工作面塊度長(zhǎng)壁工作面塊度包括2個(gè)指標(biāo)

。（1）可布置面長(zhǎng)l工作面長(zhǎng)度與采煤工藝方式、單產(chǎn)等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)存在著密切關(guān)系，理論上，可布置工作面長(zhǎng)些有利，一般在無(wú)地質(zhì)和技術(shù)條件限制下，工作面長(zhǎng)度不宜少于160m。（2）可推進(jìn)長(zhǎng)度S可推進(jìn)長(zhǎng)度S增大，因工作面搬家造成的產(chǎn)量降低和費(fèi)用增加相對(duì)減少，可推進(jìn)長(zhǎng)度一般不宜小于1000m。

第三節(jié)評(píng)價(jià)因素隸屬函數(shù)（一）綜采工藝（續(xù)）

（1）夾矸系數(shù)G的隸屬函數(shù)。

對(duì)于放頂煤綜采工作面，頂煤夾矸對(duì)放頂煤使用效果的影響，要比普通綜采或大功率綜采工作面更為嚴(yán)重。當(dāng)夾矸厚度300mm以下時(shí)，對(duì)放頂煤開(kāi)采影響小，隨著夾矸厚度的增大，影響程度也越來(lái)越大；當(dāng)夾矸厚度達(dá)到1000mm以上時(shí)，在目前的技術(shù)水平下，就很難使用放頂煤開(kāi)采的方法。對(duì)放頂煤綜采工作面的隸屬函數(shù)可調(diào)整為：1.0G≤5%1.1-2G5%＜G≤10%μG=1.4-5G10%＜G≤15%2.3-11G15%＜G≤20%0.1G>20%式中:G------夾矸系數(shù)，計(jì)算式為Gi-----鉆孔內(nèi)煤層夾矸厚度，以在頂煤中的夾矸計(jì)算；Xi------鉆孔內(nèi)煤厚。

第三節(jié)評(píng)價(jià)因素隸屬函數(shù)（一）綜采工藝（續(xù)）

（2）工作面可推進(jìn)長(zhǎng)度S（m）的隸屬函數(shù)。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，巷道掘進(jìn)獨(dú)頭通風(fēng)距離加長(zhǎng)，綜采工作面可推進(jìn)長(zhǎng)度將越來(lái)越大，工作面可推進(jìn)長(zhǎng)度的增大，減少了工作面搬家次數(shù)，可保證工作面快速推進(jìn)，從而有利于礦井高產(chǎn)高效。0S≤500Μs(s)=0.43lnS-2.268500＜S≤20001.0S>2000第三節(jié)評(píng)價(jià)因素隸屬函數(shù)（一）綜采工藝（續(xù)）

（3）工作面長(zhǎng)度L（m）的隸屬函數(shù)。

隨著工作面裝備水平的不斷提高，工作面長(zhǎng)度也將相應(yīng)增大

ΜL(L)=0L<800.03L-2.480≤L<1000.00557L-0.0667100≤L<1300.005L-0.015130≤L<1500.00333L+0.4150≤L<1801.0L>180第三節(jié)評(píng)價(jià)因素隸屬函數(shù)（一）綜采工藝（續(xù)）

（5）煤層傾角α的隸屬函數(shù)隨著綜采設(shè)備對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)性的不斷增強(qiáng)，煤層傾角15o以下時(shí)，對(duì)生產(chǎn)影響不大。對(duì)于長(zhǎng)壁綜采高產(chǎn)高效礦井，暫不考慮傾角25o以上的煤層10≤α<51.11-0.22α5≤α<10Μα(α)=1.01-0.012α10≤α<152.075-0.083α15≤α<200α>25第三節(jié)評(píng)價(jià)因素隸屬函數(shù)（二）普采工藝由于普采工藝與綜采工藝的特點(diǎn)不同及評(píng)價(jià)因素結(jié)構(gòu)略有不同，故其隸屬函數(shù)變化較大

（1）夾矸硬度RG（MPa）的隸屬函數(shù)u（RG）

ΜRG(RG)=1.00≤RG<201.2-０.01RG20≤RG<301.8-0.03RG30≤RG<401.4-0.02RG40≤RG<60第三節(jié)評(píng)價(jià)因素隸屬函數(shù)（一）普采工藝（續(xù)）

（2）煤層變異系數(shù)r的隸屬函數(shù)

0≤γ<0.18μγ(γ)=0γ≥0.18第三節(jié)評(píng)價(jià)因素隸屬函數(shù)（一）普采工藝（續(xù)）

（４）煤層傾角α的隸屬函數(shù)Μα(α)=10≤α<51.1-0.01α5≤α<151.01-0.012α15≤α<252.075-0.083α25≤α<35035≤α<45第三節(jié)評(píng)價(jià)因素隸屬函數(shù)（二）普采工藝

（5）巖層硬度Rc（MPa）的隸屬函數(shù)u（Rc）

μRc(Rc)=0.0875Rc+0.1433≤Rc<101.010≤Rc<151.15-0.01Rc15≤Rc<201.85-0.045Rc20≤Rc<300.95-0.015Rc30≤Rc<50第三節(jié)評(píng)價(jià)因素隸屬函數(shù)（一）普采工藝（續(xù)）

（８）工作面可推進(jìn)長(zhǎng)度S（m）的隸屬函數(shù)0S≤100μs(s)=0.44lnS-2.04100＜S≤10001.0S>1000第三節(jié)評(píng)價(jià)因素權(quán)重權(quán)重：評(píng)價(jià)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的一種定量化的約定表示評(píng)價(jià)因素在評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)上的相對(duì)重要性特點(diǎn)：權(quán)重是在一定條件范圍內(nèi)的相對(duì)穩(wěn)定值，隨開(kāi)采設(shè)備

和技術(shù)的發(fā)展，權(quán)重要作適當(dāng)修正。方法：層次分析方法（AHP），專(zhuān)家打分法

附表：綜采工藝各因素權(quán)重計(jì)算結(jié)果結(jié)束附表：普采工藝各因素權(quán)重計(jì)算結(jié)果復(fù)合因素權(quán)重子因素權(quán)重地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程0.21763（1）斷層影響（2）褶皺影響(1)0.15082(2)0.06681煤層穩(wěn)定性程度0.23873（1）煤層可采性（2）煤層變異性（3）煤層夾矸系數(shù)（1）0.06567（2）0.07620（3）0.09686煤層采厚0.08369煤層開(kāi)采厚度0.08369煤層傾角0.10491煤層傾角0.10491煤層堅(jiān)硬性0.02108煤層堅(jiān)硬性0.02108煤層頂?shù)桶鍡l件0.21340（1）直接頂穩(wěn)定性（2）基本頂支撐性（3）偽頂影響（4）底板影響（1）0.10282（2）0.05726（3）0.01208（4）0.04124工作面塊段0.12056（1）工作面長(zhǎng)（2）可推進(jìn)長(zhǎng)（1）0.05461（2）0.06595合計(jì)1.0000合計(jì)1.0000返回綜采工藝各因素權(quán)重計(jì)算結(jié)果

復(fù)合因素權(quán)重子因素權(quán)重地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程0.1410（1）斷層影響（2）褶皺影響（1）0.1041（2）0.0369煤層穩(wěn)定性程度0.0611（1）煤層可采性（2）煤層變異性（3）煤層夾矸系數(shù)（4）煤層夾矸硬度（1）0.0269（2）0.0051（3）0.0095（4）0.0196煤層采厚0.1289煤層開(kāi)采厚度0.1289煤層傾角0.1024煤層傾角0.1024煤層堅(jiān)硬性0.0425