巷道矿压观测分析方法探讨.pdf

第 8卷 第 2期 总第 5 5期 2 0 0 3年 6月 煤矿 开采 C o a l Mi n i n g T e c h n o l o g y V o 1 ． 8 N o ． 2 S e r i e s N o ． 5 5 J u n e 2 0 0 3 巷 道矿 压观 测 分析 方 法探 讨 王 怀 新 新汶 矿业 集 团 生产 技术 处 ，山东 泰 安 2 7 1 2 3 3 [ 摘要] 通过分析影响巷道矿压显现 的因素及单 因素矿压分析 的局限性，引入 了多元回归分 析方法，对新汶矿 区主采二层煤巷道进 行多元回归分析 ，提 出建立巷道矿压观测及分析体系的建议。 [ 关键词] 巷道矿压 ；单因素 ；多因素；多元 回归 [ 中图分类号 】T D 3 2 2 [ 文献标识码】A [ 文章编号 】1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 O 3 0 2 - 0 0 6 7 - 0 2 Pr obi ng i nt o t he a ppr o ac h t o s t r at a b e hav i or a nal ys i s o f r o a dwa y W ANG Hua i ． xi n De p a r t me n t o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y，X i n w e n C o a l Mi n i n g G r o u p，T a i ’ a n 2 7 1 2 3 3，C h i n a Ab s t r a c t B y t h e a n a l y s i s o f t h e f a c t o r s o f s t r a t a b e h a v i o r o n r o a d wa y a n d t h e l i mi t a t i o n o f s i n g l e f a c t o r s t u d y，t he p a p e r i n t r o d u c e s a me t h o d o f mu l t i f a c t o r a n a l y s i s c o mb i n e d wi t h the p r a c t i c e o n the ma i n mi n i n g s e a l n No ． 2 o f Xi n we n c o a l mi n e ． A s u g g e s ti o n i s als o p u t f o r w a r d f o r t h e c o n s t r u c t i o n o f o b s e r v i n g a n d ana l y z i n g s y s t e m o f s t r a ta be h a v i o r o n r o a d wa y ． Ke y wo r d s S t r a ta b e h a v i o r o f roa d wa y；S i n g l e f a c t o r ；Multi p l e f a c t o r ；Re g r e s s i o n an aly s i s 新 汶矿 区每 年掘 进总 进尺 近 2 0万 m，煤 巷 进 尺 l 5万 m，锚 杆 支 护 占 9 5 ％ 以 上 。 随 着 开 采 深 度 的不断增加 ，巷道 围岩条 件也不 断地变化 ，压力逐 渐 增大 ，矿压 显现剧 烈 ，巷道 支护越来越 困难 。矿 区 巷 道 围 岩 稳 定 性 分 类 结 果 表 明 ， 围 岩 不 稳 定 的 Ⅳ 、 V类 巷 道 已 经 占 8 5 ％ 以 上 ，给 掘 进 支 护 管 理 工作带 来 了极大 的困难 。新 汶矿 区不 断探索深部锚 杆支 护巷道矿压 规 律及 分 析方 法 ，由单 因素分 析 ， 发展 到多 元线 性 回归 分 析 。不 断 优 化 锚 杆 支 护设 计 ，改善巷道 围岩 的管理 状况 ，提 高经济效 益 ，取 得 了较好 的效果 。 1 深部锚 杆支护巷 道影响 因素分析 巷道 支护设计优 化 ，一般 经过初始设计 、实施 设计 、矿压观测 、修改初始设计 4个 步骤 ，不断 推 动支 护设 计 向前发 展 ，使支 护设计不 断适 应新 的条 件 ，达到技术 先进 、经 济合 理 、安 全可 靠 的 目的 ， 而矿 压观测及分析 是优化巷 道支护设计 的关键 。 巷道 围岩稳 定性受各种 因素影 响 ，它不仅 取决 于各 种地质条 件的变化 ，同时也取 决于有关 生产技 术 因素 。其影 响 因素 包 括 围岩性 质 及 构造 特征 、 开采深度 、原岩 应 力 、地 质 构造 、巷 道 断面 形状 、 巷 道与开采关 系 、巷道施 工方式 、质量 、支护 方式 等 。通过对 新 汶 矿 区 4 o余 条 巷 道 观测 结 果 分 析 ， 得 出巷道 围岩变形量 是其稳定性 的反映 ，是 各种 因 素综合作用 的结果 。巷道矿压显 现与巷道所 处 的位 置有关 ，在不 同的矿 、采 区 、工作面 ，影 响巷道矿 压显现 的因素有较 大的差异 而在深部 ，埋深 、围 岩强 度是影响巷道 矿压显 现的重要 因素 。 1 ． 1 一元 回 归方 法 对于围岩强 度 、地质状 况相 同的同一矿 区 、采 区 、同一煤层 。由浅部 到深部 ，一般可逐步进 行观 测 ，利用一元 回归分析 ，得 出巷 道变形量 与深度 的 回归方程 ，指导深部 未知地段矿 压预测 ，为设计提 供依据 。现场实测表 明 ，对 于围岩强度 、地 质状况 不相 同巷道 进行单影 响 因素 与变 形 回归分析 ，相关 性较差 ，难 以有效 指导现场 支护设计 。如图 1为 二 层煤巷 道围岩变形 与埋深 的关 系 曲线及一 元多项 式 回归方 程 ，R 为相 关 系 数 数 值 为 01 ，值 越 大 ，相 关 性 越 好 ， 图 中 相 关 系 数 两 帮 仅 为 0 ． 3 2 7 4，顶 底 仅 为 0 ． 0 2 9 6，说 明 二 层 煤 不 同 条 件 巷 道变形 与埋 深单 因素 回归相关性 差 ，难 以起 指导 作 用。 1 ． 2 多元 回归方法 【 收稿 日期】2 0 0 3 0 3一l 0 【 作者简介】王怀新 1 9 5 9一 ，男 ，山东寿光人 ，高级工程师 ，现在新汶矿业集团生产技术处处长 。 6 7 维普资讯 总第5 5期 煤 矿 开 采 2 0 0 3年第 2期 y 1 ． 0 28 3 2 “ 。’ ’ “ y 1 ． 5 8 5 3 x。’ ‘ 。 ’ 7 6 0 8 0 0 8 4 4 8 7 3 8 9 6 埋深／ m 两帮相对移近率l 顶底相对移近率 回归 两帮相对移近率 ⋯ 一同归 顶底相对移近率 图 1 二层煤围岩相对移近率与巷道埋深关系曲线 由以上分析 可 知 。围岩变 形受 多 重 因素 影 响 ， 单纯从 一个 因素分 析是远远不 够的 ，巷道埋 深 、围 岩强 度单独 与围岩相 对 移 近率关 系受 多方 面限制 ， 因此 ，需 引入多元 回归方 法 ，进行 围岩变形 多 因素 影 响 回归分 析。 多元 回归是 在一元 回归的基础上研究 多个要素 发展变化 的规律。其原理 是 使用最 d “ --乘法计算 对 已知数据 进行 最佳直线 拟合 ，并返 回描 述此直线 的数组 。因为此 函数返 回数值数组 ，故 必须 以数组 公式 的形 式输 入 。直线 的方程为 Y眦 b或 Y ml l m2 2 ⋯ b 如果 值是多重 的 ，式 中的 因变量 Y是 自变 量 的 函数值 。／ t ／, 值是 与每个 值 相对应 的系数 ，b是常数 。 对 于不 同围岩强 度 、地质状 况的观测资料 ，利 用 多元 回归 的方式分 析未知地段矿 压规律 ，可达到 有效指 导巷道支护设计 目的，观测 的巷道越 多 、参 加分 析的因素越 多 ，多元 回归分 析越准确 。 2． 82 6x 4 1 22 ． 7 顶 底 Y 0 ． 0 3 5 x l0 ． 5 5 2 x 20 ． 3 5 6 x 3 1 ． 8 41 x 一8 6 ． 6 2 6 式 中 ，Y为巷 道 相 对 移 近 率 ， ％ ， ．为 巷道 埋 深 ， I I 1 ； 2为顶 板 强 度 ，MP a ； 3为 底 板 强 度 ，MP a ； 为煤层 强度 ，MP a 。 表 1 二层煤巷道开挖影响阶段相对移近率观测结果 巷 道名 称 糕 糕 篓 鬟 表 2 二层煤巷道稳定阶段相对移近速度率观测结果 巷道 名称 燕黑 良庄 8 2 01回风 巷 7 6 o 5 1 ． 8 4 o ． 7 1 0 ． 0 3 4 ． 1 7 0 ． 0 0 3 0 ． 0 o o 2 良庄 8 2 0l运输 巷 8 0 0 5 1 ． 8 4 o ． 7 1 0 ． 0 3 4 ． 1 7 0 ． O O 7 0 ． 0 0 3 南 冶 3 5 2 0 6中单巷 8 4 4 2 9 ． 7 2 8 ． 1 l 7 ． 3 2 5 ． 0 6 0 ． 0 1 8 0 ． 0 2 南 冶 3 5 2 0 7西 单巷 8 7 3 2 9 ． 7 2 8 ． 1 l 7 ． 3 2 5 ． 0 6 0 ． 0 0 6 0 ． O 0 5 4 南 冶 3 5 2 0 7东 单巷 8 9 6 2 9 ． 7 2 8 ． 1 l 7 ． 3 2 5 ． 0 6 0 ． 0 3 6 0 ． 01 7 协庄 3 2 l 6运输 巷 9 5 0 2 6 ． 7 5 5 3 ． 3 1 2 ． 1 3 0 ． 7 40 ． 0 0 6 5 0 ． O 0 7 2 孙 村 4 2 2 0副 巷9 9 O4 4 ． 7 9 2 5 ． 5 1 2 ． 1 2 7 ． 5 4 0 ． 01 4 0 ． 0 3 l 2多元 回归分 析应用举例 2 ． 2 新 汶矿 区各 煤层 不 同地段 赋存 条件 差异 较大 。 下 面根据近年来部 分巷道实测结 果 ，以二层煤 锚杆 支 护巷道为例进行 多元 回归分 析。 2 ． 1 开挖影响 阶段巷道 相对移近 率 与多因素关系 二层煤 开 挖影 响 阶 段 巷道 相 对 移 近 率 巷 道 移 近量 与巷 高 或巷 宽 的 比值 与 埋 深 、围岩 强 度 观测结果见表 l ，开挖稳定 阶段相对移近 率见表 2 。 经 回归分析得 二层煤巷道 开挖影响 阶段 多元 回 归 公 式 为 两 帮 Y 0 ． 0 4 3 x l 2． 8 2 6x 4 1 22 ．7 顶 底 Y 0 ． 0 3 5 x l 1 ． 8 41 x4-8 6． 62 6 0． 69 8x 2 0 ．6 42 x3 0． 55 2x2 0． 3 56 x3 经 回归 分析得二层煤 巷道 开挖稳定 影响阶段 多 元 回归公式 为 两帮 Y0 ． 0 0 0 2 3 x l 0 ． 0 0 4 6 1 x 20 ． 6 4 2 x 3 6 8 回采影 响阶段巷道 变形 量 与多因素的关 系 二层 煤 回采影 响 阶段 巷道 棚对 移近 率 与埋 深 、 围岩强 度观测结果如表 3所示 。 表 3 二层煤回采影响阶段 巷道相对移近率观测结果 巷道 名称 纂 糕 要纂 经 回归分析得 二层煤 回采影 响阶段 巷道多元线 性 回归分析公式 为 两帮 Y 一0 ． 0 9 8 x l一2 ． 0 6 1 x 28 ． 3 7 9 x 3 l1 ． 973 x 49 6．1 5 3 、 顶 底 Y 一 0 ． 0 9 3 x l 1 ． 6 3 9 x 2 4 ． 2 7 9 x 3 下转 7 9页 维普资讯 陶瑞林等高瓦斯区域 回采工作面瓦斯治理 2 0 0 3年第 2期 分 ，均衡 了工作面 上下 1 2 I 之 间的压力差 ，从 而使工 作面扩散 到采空 区的风量减 少 ，有效地控 制 了采空 区内积存瓦斯 的涌 出。 3 ． 3 正确使 用挡 风帘和合理 的超前挡 采取局部 均压通风方 法后 ，工作面上隅角 的瓦 斯 仍时有 超 限。故 考 虑 了 4套 治 理 方 案。方 案 1 不使用挡 风帘 ，煤壁 超前 两挡 ；方案 2 使 用挡 风 帘 ，煤 壁超前两挡 ；方案 3 用 挡 风帘 ，煤 壁 超前 一 挡 ；方 案 4用 挡风帘 ，煤 壁不 超前 ，上隅 角与 采空 区 回成斜角 。详见 图 1 ，各 方案 实测 瓦斯 浓度 见表 2 。 图 1 3 4 0 2工 作 面示 意 表 2 4个 方案 治 理后 的 实测 瓦斯 浓 度 测点 1 测 点 2 测 点 3 测 点 4 测 点 5 用挡风 帘效 果更好 。因此 ，上 隅角煤 壁侧超 前支护 不宜太 长 ，应不超过两挡 。 3对上 隅 角拐 角 处 回料 形 成 斜 角 可 以降低 上 隅角瓦斯浓度 。因此 ，上 隅角必须形成 斜角并充 满 填 实 。 3 ． 4疏 导堵 截避免 瓦斯峰值 合理 的劳动组织 ，即改变工作 面循 环方式 ，由 “ 两采 一准 ” 改 为 “ 边 采 边准 ”，控 制 瓦斯 单 位 时 间 内的涌 出量 ，达到 瓦斯均 匀释放 ，避免过 高的瓦 斯峰值产生 。 在 回采 7 4 0 2工作 面 时 ，通过 观 测 ，工作 面 采 空 区涌 出 的瓦 斯 占全 部 瓦斯 涌 出 量 的 6 2 ％ 以 上 ， 大量 瓦斯涌 出主要在 采空 区冒落和 回料 时 ，工作 面 同时 回料组越多 ，瓦斯涌 出量 愈大 。减少 同时 回料 的组 数 ，可有效缓解 采空 区瓦斯 的释放速 度 ，实现 均 匀释放 ，避 免出现瞬 间高峰值 。工作 面 回料组 数 与工作面 回风 流瓦斯浓度 的关 系见表 3 。 表 3 7 4 0 2工作 面 回料 组数 与 瓦斯 浓 度关 系 7个组5个组 3个 组 1个 组 瓦斯峰值／ ％ 1 ． 9 1 ． 7 1 ． 4 1 ． 1 瓦斯 超 1 ％ 的 时间／ mi n 6 0 5 5 3 0 1 0 回风巷 平均 瓦斯 浓度／ ％0 ． 7 8 0 ． 7 8 0 ． 7 0 0 ． 6 2 注 测定 时该 面每 班限 产煤 量 为 6 0 t 。 4结语 竺 ．， ，得 结 女 口 下 。 ⋯ 。 回 采 工 作 面 的 瓦 斯 治 理 是 一 项 系 统 工 程 ， 只 有 ， ． 使 夏 哩 圭 ， 充 分 了 解 其 涌 出 的 规 律 ， 有 的 放 矢 采 取 磊 ， 姜 工 要 竺 瓦 斯 浓 度 影 响 很 小 。 因 此 ， 上 行 综 合 治 理 ， 才 是 治 理 的 效 途 现 隅 角 必 须 使 用 帘 ⋯． 。 ． 生 产 。 。 ‘ 一。 ‘ 2 上隅角煤 壁侧 超前挡 少做或不做 时 ，使 【 责任编辑 l iC - ] 上接 6 8页 1 0． 58 9x 472 ． 40 9 3结论 1 不 同 的矿 区 、煤 层 、采 区，巷 道 围 岩 变 形影 响因素有很大 差异 ，要有针对性 地分析 ，才能 找 出影 响巷道矿压显 现的具体 因素。 2 对 于围岩 强 度 、地 质状 况相 同 的 同一 矿 区 、采区 、同一煤层 巷道 ，由浅部到深部建 立观测 分析体 系 ，观测分 析时可不考 虑相 同因素 ，进行单 因素分 析 ，使分析 简化 。 3 对 于围岩 强度 、地 质状 况 不相 同的巷 道 ， 采用 多元线性 回归分 析 ，可解决利用 单 因素分析相 关性差 的问题 。对支 护设计有较好 的指导意 义 ，具 有较好 的推广应用价值 。 4 巷道矿压观 测是 支护 设计 及优 化 的关 键 ， 建立 巷道矿压观测体 系 ，采用 先进 的矿压 观测分析 手段 ，将有助 于推动支护改革 的发展 ，使 支护更趋 经 济 合 理 。 【 参考文献] [ 1 ] 姜旭 平 ．电子 商务 与经 营 分析 方 法 [ M] ．北 京 中 国人 民 大 学 出版社 。2 0 0 0 ． [ 2 ] 陈炎 光 ，陆 士 良． 中 国煤矿 巷道 围岩 控制[ M]．徐州 中 国 矿 业大 学出 版社 ． [ 责任■辑 邹正立】 79 舶 弛 舵 O O O O ●O O O 铝 ∞ 舵 O O O O 加 加 O O O O 弘 ∞ O O O O l 2 3 4 案案 案案 方方 方方 维普资讯