放顶煤开采采出量与采出率计算精度的探讨.pdf

第2 9 燎第6 期 2 0 0 0 筚1 1 月 中国矿蛾大学学报 J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y V 0 1 ．2 9N o ．6 N o v ．2 0 0 0 文豢缡号1 0 0 0 - 1 9 6 4 2 0 0 0 0 6 0 5 7 6 0 5 放顶煤开采采出量与采出率计算精度的探讨 汪云甲，杨敏，侯杰 串瓣扩韭太学琢境与测绘举醅，茳苏豫娴2 2 1 0 0 8 麓震赞好珑释放疆蝶开采采交量反采出率确定穷法，推导虫了英事} 雾俊的误差佑甘模壁；舔糖 充州南屯矿实际数据，计算出了误差估计模型中的相应参数 即由统计产萤折算实测产量所需参 数 的相似维、实验及理论变异函数；基于地质统计学理论，得到了3 种采样方法、不同采样问距 与 速参数的估计误差、泉出量相对误差的关系．研究表明，采用地质统计学、分形几何、误差理 论等方法，可以有效地解决放顶煤开采采出量的谈麓估计、测量或采样赦德方案选取覆有关标准 制定溺题，具有重要秘实用价值与擎拳僚值。 美键蠲；放蔟蒜哥采；慕斑枣；误差捃苛} 分壤敷；地震统诗学 巾阐分类号T D1 7 7 ；T D1 6 3文献标识码A 放颈煤开采是近年来溉起的一种高产、高效、 低耗的采煤工艺．这种工艺的特殊性决定了煤层实 际采离不能直接丈量，计算采出率时，工作面动用 薅量蠢王份露瑶积、煤厚、煤层耧藿等参数诗算，面 采毒曩静鏊霹| } 数据只有工终群藏潆统诗产量。垂 于顶煤释放过程中矸石、木等溉入原煤中，致使其 容重与煤层容重不一致．因此袋出举计算中必须对 工作面统计产量进行改正，将熊折算为实测产量 即由实际来高测量或实际采奎区体积测量求得的 产量 ，番剥，求出妁采出率偏大，甚至可能超过 1 0 0 强 镶这静经改歪褥到静聚瘵餐及圭藏诗箕魏 采出率耩壤如何评定、穰度迭列多少、最往采样蘸 距与方式如何确定等是有关方嘶关注的问题．本文 基于误熬理论、地质统计学与分形几何方法对此问 题进行分析讨论口] ． 1动粥储量与采出量确慰的基本方法与公 式 鸯予靛疆媒开采中媒巷爱秘黩潜潆层底援撼 进，所以谯煤巷及切眼掘进时，埘用煤电钻等每隔 一定间距向上打一个钻孔探顶煤厚度，以便精确掌 握上下_ I 瞰槽及切眼的煤层厚度；从工作面生产之1 8 起，沿工作面倾斜和走向每隔一蹴间隔打一探顶煤 厚度链魏，这样可求撂工作霹内平均煤厚，捌工于 蘸魂建德爨为 Q 。一S m d ， 1 式中Q 。为工作面动用储量；s 为设计工作面筒积； 赫为工作面内平均煤脬；d 为煤的容重． 遣雳随爆菝子静、瓤予静等进行采出量的绕计 诗量，褥窭工作蠢豹缝诗产量。溺霹，圭艨袋郄门 每隔一定时间在工佟褥运输巷胶带上采一次旗煤 煤样，取得原煤全水分、灰分、含矸率．煤层煤样亦 在工作面上下顺槽内每隔一定间隔 如5 0m 采～ 次，再与附近钻孔煤层煤样相结合求得煤层 煤样 水分、灰分．用式 2 碍出统计产量得到实测产髓 鼠 z t j l 西0 磊0 - x 2 { l 一篆曩j 1 啮 ， 2 式中z 。为统计产囊i 。。为原煤全水分i z 。强煤样 水分；z 。为原煤灰分；‰为煤样灰分；鳓为矸石灰 分；z ，为原煤含矸率；Q 。、为实测采出量口] ． 工作面采出率女就可由下式计算 盎燃Q 。／母， 3 需要指出瓣薤 1 用式 2 计算瓣- - X ．作面不同时翅 鲡不游 胄份 实测采出量时，式中各参数都应为同一时期 如同一月份 的代裘德。z ，中不应包括巷道掘进 出煤及其它非工作面出煤． 2 有的矿井“综放”推行割煤与放煤平行作 藏，由于互援不携调，颞糖皮带辊上豹煤涟蠢嬲煤 蝮稿融期。2 0 0 0 0 5 一0 2 作者简介汪云甲 1 9 6 0 一 ，男，瓤翻省建湖县人。中国矿业大学救授，工学博士，从事资源信息姆管理菩方面的研究． 万方数据 第6 期 汪云甲等t 放顶煤开采采出量与采出率计算精度的探讨 5 7 7 煤流、放煤煤流、割放混合煤流3 种形式．比较理想 的采样条件是后一种形式，此时，可从皮带上采几 个样，经混合后再采一个样作为最终结果．如果皮 带上的煤是割煤或放煤的煤流，可各取几个样，混 合后再取一个样作为最终样． 3 现场数据分析表明，工作面统计产量与实 测产量存在相关关系，可以用回归分析法、拉格朗 日插值法等方法建立它们之间的关系模型．当条件 所限，难以准确得到式 2 中各参数值时，可根据相 同煤层或相同地质条件的关系模型，利用统计产量 估算实测采出量，但此时应特别注意适用条件及精 度． 2 米出■与米出翠的精厦估计公式 对式 1 ～ 3 采用误差传播定律，同时考虑相 对误差，则有 薏J2 一 警 2 等 2 孑 2 ，c t ， 式中 m q ，m s ，m ；，m 。分别为工作面动用储量、设 计工作面面积、工作面煤厚及容重的绝对误差． 薏卜㈤嵋 志陬 而毛k 去h 去胁； 瓦毫稳 2 出量误差估算公式及误差与采样方式、间距的关 系，进而确定合适的采样方式与间距．下面结合实 例进行讨论． 3 实测参数的空间变异性分析 3 ．1 数据来源 研究分析数据取自于兖州矿业集团公司南屯 矿1 3 上0 1 和6 3 ．。两工作面实测资料．为了确定工作 面动用储量，在煤巷及切眼掘进时，每厢1 5m 探 一次煤厚，从开采起，沿工作面走向每隔2 0m 探 一次煤厚；而统计量则选用H B N B g O O x 型防爆核 子秤计量 其误差小于土1 ％ ．与此同时，矿煤质科 每5d 在工作面运输巷胶带上采一次毛煤煤样，煤 层煤样每隔5 0m 采一次． 3 ．2 实测参数变化程度的分维数估计0 1 利用1 3 上0 l 及6 3 上1 0 两工作面的煤样灰分、煤样 水分、原煤灰分、原煤水分、原煤含矸率的实际资 料，作者利用网络覆盖法求得了各参数的相似维及 相关系数，结果如表1 ． 表1实测参数的相似维计算结果 T a b l e1 C a l c u l a t i n gr e s u l t so ff r a c t a ld i m e n s i o n s o fp a r a m e t e r s 5 自由度为6 式中m 。m 。⋯，m ，，分别为统计产量、原煤水分、 煤样水分、原煤灰分、煤样灰分、矸石灰分、含矸率 的误差；m e 为实测采出量的绝对误差．． f 塾1 。f 翌l ‘ f 塑1 。．f R 、 ＼ 』 ＼瓯J ’l 。s ／’ ⋯ 式中m 。为采出率的绝对误差． 式 I 及 4 已有不少文献作过讨论，这里不再 赘述．就式 2 ， 5 而言，z 。主要取决于参数值 统 计产量 本身的计量误差，其它参数的精度不仅取 决于参数值本身的测量 计量 误差，还取决于参数 的代表性误差 或称地质误差，抽样误差 ．与后者 相比，前者常可以忽略不计．代表性误差与参数值 空间变化程度大小成正比，随采样间距的增大而增 大，因此可通过增加采样次数或缩小采样间距来提 高实测采出量的估算精度．但当精度要求一定时， 参数的变化程度越大，采样间距应越小，反之，采样 间距可大些．利用前述误差估计公式及地质统计学 方法，根据具体煤层的相关采样数据，可以得出采 从表l 可以看出，两工作面5 个参数都具有较 好的自相似性，即其变化都具有分形特征，可以用 相似维来评定其变化的复杂程度．对两个工作面 的灰分、水分而言，由原煤采样得到的变化程度均 大于煤层采样得到的变化程度，这表明在开采过程 中，由于受淋水、混矸等影响，原煤的灰分、水分变 化程度明显增大． 3 ．3 实测参数的变异 差 函数 利用两工作面的实测数据，作者分别计算了上 述5 个参数的实验半变异函数，图1 中的虚线为 1 3 上0 1 工作面原煤灰分、煤层灰分的实验半变异函 数图形．选取球状模型作为理论变异函数模型，即 选取以下拟合模型“1 f of 。。，31 ‘7 。2 o ’， 7 7 。扣 c 【磊o r 一扫J ‘o d ， 式中；y r 为变异函数；r 为采样间距；“为块金常 数l C 为拱高；n 为变程，m ． 万方数据 中国矿韭夫学学报 第2 9 卷 根据算得的实验变异函数采用加权最／b - - - 泵 回妇，分剐求得了各个参数的理论变异函数模型， 其球状模型特征值及各个参数拟会的獯关系数见 袭2 ．躅1 中的实线鄂为理论变异函数，检验表明， 各拟含模型相关性较好． 表2 璩靛禳壁的特征篷震撼岔靛梧美臻鲑 T a b l e2C h a r a c t e r i s t i cv a | u eo fs p h e r i c a lm o d e la n di t sf i a d n gc o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t 变量～坚型L ～～篓兰L 一～L 』 ～ c 相关系数。 奶 c 相关蒹敷 蒜祥灰分 7 9 6 ．1 5 也2 31 ．s 20 8 8 5 2 7 ．5 91 。5 8。⋯；．丽一一i 磊～ 辣煤款分 5 1 5 ．3 3 4 ．0 04 0 。1 50 。s 2 4 5 0 ．5 0o ．4 02 ．1 30 ．6 5 堞样永分5 5 7 。1 40 ，1 6 1 ．0 90 ．6 4 4 9 8 ，5 00 。0 40 ．5 60 ．7 0 赋煤末分5 4 5 ．0 00 ．0 2n3 3 0 ．9 24 9 5 ．船 1 6 ．船1 7 ．s 6o ．7 3 塑l 蔓一。．蔓鲢一 i 堕 竖 墼 塑 i ，，m 蛳爆样藏分 半嫂算舔熬 ／- ，m C a 原煤水分 半娥 舁函数 嬲l 蜜骑变异螽数蔑理论爱簿函数避形 F i g ．1E x p e r i m e n t a la n dt h e o r e t i c a lE u [ v e sd s e m i v a r i o g r a m 4 寞潮参数及采出量的精度分橱 橇据遮藏统计学，设媚承载”肉的蘩患梯燕燕 对块段y 内酌平均值律旗计，划估计方差磋哥表 示为0 3 蠢一2 Y V ，≈ 一F 矿，v ～，o ， ． 8 模拟3 种采撵方式，见凰2 。瑟中z 隽工作面 长度，1 3 * ，6 3 “ 工作藤分别为1 4 4 ．0 和 1 1 8 。5n l ；五蠹果撵同蹶 m ，剥耀备变量静变异函 数模型、拣难球软蒺型辅助巍数的公式与阕表及箴 8 可褥刘3 种采样方式、不瞬采样闷距的各参数 鋈 ∥p 馈诗谈差部分绩累觅表3 。取‰，／x ，一圭i ％，不 考虑歼露获分误差，交式 8 掰褥3 种取样方式下 不赋皋撵阀距妁来出量估计相对误蓑，部分结聚觅 表3 及腿3 。 臼，由，自 述 ，玲 帮2 采样方式示意 F i g ．2 S a m p l h , gm e t h o d s Z ，m L ／m { 曲1 3 埘工俸霹 秭6 3 土i 上律磷 霭3 蘩爨囊褶对谟差与采样方式、荣撵间距荧景韭绞 F i g 3T h er e l a t i o nb e t w e e nl , e J a t i v ee r r o l * 8d r a i n i n gr e 辩f v e a n d 髓舶罅n gm e t h o d sa n di n t e r v a l s 万方数据 第6 期 汪云甲等放顶煤开采采出量与采出率计算精度的探讨 5 7 9 应当指出，以上分析、计算是建立在一些假设、 简化基础之上的．但我们还是可以看出 1 不同采样方式、采样间距，采出量的估计误 差可能相差很大．就图2 的3 种采样方式而言，方 式I 的效果最好，1 次之，I 最差；前者相对于后者 而言，在相同采样间距下，可以较大幅度地提高采 出量的估算精度． z 若采样方式Ⅲ实施困难，可以采用方式I ． 实际上。方式I 与方式I 相当于井下采样工作量一 如1 3 上0 1 的实际间距在2 4 ～8 7 ．7I T I 之间，按方式I 处理，采出量相对误差在3 ．8 ％～5 ．z ％之间，而按 方式1 处理，则相对误差在2 ．3 ％～3 ．6 ％之问； 6 3 上1 0 的实际采样间距在9 ．6 ～7 7 ．6m 之间，按方 式I 处理，采出量的相对误差在2 ．1 ％～3 ．6 ％之 间，而按方式Ⅱ处理，采出量的相对误差则在1 ．8 ％ ～2 ．5 ％之间．因此，为了提高采出量的估计精度， 采用合适的采样间距、采样方式是必要的，但同时 应注意优选数据处理方法．与前者相比，后者还有 样，内业处理方式不同，但两者的精度却差异显著．节省人力物力、减少采样费用等优点． 表3 参数估计方差及采出■相对误差计算结果 部分 T a b l e3V a r i a n c eo fp a r a m e t e re s t i m a t i o na n dr e l a t i v ee r r o r so fc a l c u l a t e dm i n i n gr e s e r v ∞ 5 结束语 放顶煤开采采出率及其测算是有关方面关注 的问题．本文基于现行放顶煤开采采出量及采出率 确定方法，推导出了这种工艺采出量及采出率的误 差估计模型 根据兖州南屯矿实际数据，计算出了 误差估计模型中相应参数 即由统计产量折算实测 产量所需的参数 的相似维、实验及理论变异函数， 基于地质统计学理论，得到了3 种采样方式、不同 采样间距与上述参数估计误差、采出量相对误差的 关系．研究表明，这些参数的变化都具有分形特性， 用球状模型可以较好地拟合实验变异函数曲线，即 变异函数及分形维可以较好地描述这些参数的空 间变异性；不同的采样方式、采样间距及不同的数 据处理方法，其采出量与采出率估计误差可能相差 很大；运用地质统计学、分形几何学、误差理论及方 法，根据具体煤层的相关采样数据，可以得出采出 量与采出率误差估计模型、误差大小及其与采样方 式、采样间距关系，进而可以有效地解决放顶煤开 采采出量、采出率计算值精度确定、测量或采样最 佳方案选取及有关标准制定等问题，具有实用价值 与学术价值． 万方数据 5 8 0 审褥妒燕太学攀援 麓2 器 ⋯⋯⋯～m～ 参考文献； [ 1 2 往云栈矿井煤炭资源译姗艇蒋蠼鳃理论每霄治研究 [ 0 ] ．糠蛾串嚣矿监太学皋矿互糕幕，2 ∞融 叠j 袭义番。辩采攥量| } 雾器蒜煤蓑先分辑秘j 。攥嶷开 采，{ 9 6 搿聱j 6 0 6 1 ． [ 3 ] 正耩，毋河海。触龋信息的壬} 彤撼连与皇动综台研 究[ M j ．政攫碗激灏缭辩投太学拯敷社，1 9 9 8 。4 9 8 ． ￡] J o u r n e lAG ，H u i i b r e g t sjc ‘M i n i n gg e o s t a t L s t i c s C M ] 。N e wY o r k A c a d e m i cP r e s s , 1 9 7 8 ．2 承4 5 S t u d yo nA c c u r a c yo fM i n i n gR e s e r v e s a n dR e c o v e r yC o e f f i c i e n t C a l c u l a t i n gf o rT o p C o a lC a v i n gM i n i n g W A N GY u n - i l a ，Y A N GM i n ，秘 UJ i e C o l l e g e 疆E n v i r o n m e n ta n dS p a t i a ll n [ o r m a t i c s ，G U M T ，X 档酶u ，j ；8 秽B2 1 t ∞8 ，C h i n aj A b s t r a c t №s e d ∞t kw e s e n tm e t h o dt oc ≈t c u L a t et h er e c o v e r yr e s e r v e sa n d 】 e e n v e r yc o e f f i c i e n to ft o p 4 c ∞l c a v i n gm i n i n g ，a ne f r o re s t i m a t i o nm o d e lw a 8d e r i v e d ．U s i n gt h em e a s u r e m e n td a t af r o mN a n t u n G 潍lM i n e Y a n z h 。um i n i n ￡a e e a { t h ef r a e t a Id i m e n s i o n sa n de x p e r i m e n t a la n dt h e o r e t i c a lv a r i o g r s mn fr e l e v a n tp a r a m e ” t e r si nt h i sm o d e lm * g i ～- e n 。B a s e do t 3t h eg e o s t a t i s t i c sk n o w l e d g e ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n 诗ee s t i m a t i o n e r f o r ，r e i n t i r ee r r o ro fm i n i n gr e 8 e r v e sa n dt h es a m p l i n gm e t h o da n di n t e r v a lw mg a i n e d 一孙i sm o d e lh a s B r a c t i c a la n dr e s e a r c hs i g n i f l e a n e ef o rs o m ep r o b l e m ss u c ha se f f e c t i v er e s o l v i n go fe s t i m a t i o ne r r o ro fm i n i n g r e s e r v e s ，c h o o s i n go fm e a s u r i n gO rs a m p l i n gs f i h e m e su s i n gg o a s t a t i s t l e s f r a e t a lg e o m e t r y ’e r r o rt h e o r ya n d S og n 。 K e yw o r d s t o p c o a lc a v i n gm i n i n g ；r e c o v e r yc o e f f i c i e n t ；e r r o re s t i m a t i o n ，f r a c t a Id i m e n s i o n ；g e o s t a t i s t i e s 万方数据