采煤方法选择影响因素分析.pdf
第 4 2卷第 8期能 源 与 环 保 V o l 4 2 N o 8 2 0 2 0年8月 C h i n aE n e r g ya n dE n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o nA u g . 2 0 2 0 收稿日期 2 0 2 0- 0 5- 0 9 ; 责任编辑 郭海霞 D O I 1 0 . 1 9 3 8 9 / j . c n k i . 1 0 0 3- 0 5 0 6 . 2 0 2 0 . 0 8 . 0 5 3 作者简介 袁 飞( 1 9 8 8 ) , 男, 山西晋城人, 助理工程师, 现从事煤矿生产管理工作。 引用格式 袁飞, 刘强. 采煤方法选择影响因素分析[ J ] . 能源与环保, 2 0 2 0 , 4 2 ( 8 ) 2 4 2 2 4 4 , 2 4 9 . Y u a nF e i , L i uQ i a n g . A n a l y s i s o f i n f l u e n c i n g f a c t o r s o f c o a l m i n i n g m e t h o ds e l e c t i o n [ J ] . C h i n a E n e r g y a n dE n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n , 2 0 2 0 , 4 2 ( 8 ) 2 4 2 2 4 4 , 2 4 9 . 采煤方法选择影响因素分析 袁 飞, 刘 强 ( 山西兰花科技创业股份有限公司 伯方煤矿分公司, 山西 晋城 0 4 8 0 0 0 ) 摘要 煤矿生产过程中, 需要根据当地的地质情况, 选择适宜的采煤方法, 提高采煤的效率和安全性。 但是在实际生产的过程中, 地质条件以及技术水平的限制会影响采煤方法的选择, 从而制约了采煤的 顺利进行。采煤方法的选择的影响因素有很多, 为了弥补传统评判方法的主观性, 采用层次分析法构 造了具有3 个一级要素( 地质因素( u 1) 、 煤层条件( u2) 、 企业因素( u3) ) 和1 0 个二级要素的层次结构, 并根据矩阵计算确定了一级评判因素、 二级评判因素的权值。企业可在实际选择时根据影响因素程 度进行优先级考虑, 以期选择最合适的采煤方法。 关键词 采煤方法; 层次结构; 地质因素; 煤层条件; 企业因素 中图分类号 T D 1 6 3 . 1 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3- 0 5 0 6 ( 2 0 2 0 ) 0 8- 0 2 4 2- 0 3 A n a l y s i s o f i n f l u e n c i n gf a c t o r s o f c o a l mi n i n gme t h o ds e l e c t i o n Y u a nF e i , L i uQ i a n g ( B o f a n gC o a l M i n e B r a n c h , S h a n x i O r c h i dT e c h n o l o g yV e n t u r e C o . , L t d . , J i n c h e n g 0 4 8 0 0 0 , C h i n a ) A b s t r a c t I nt h ep r o c e s s o f c o a l p r o d u c t i o n , i t i s n e c e s s a r y t o s e l e c t a p p r o p r i a t e m i n i n g m e t h o d s a c c o r d i n g t o t h e l o c a l g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s t oi m p r o v et h ee f f i c i e n c ya n ds a f e t yo f c o a l m i n i n g . H o w e v e r , i nt h ea c t u a l p r o d u c t i o np r o c e s s , d u et ot h el i m i t a t i o n s o f g e o l o g i c a l c o n d i t i o n s a n dt e c h n i c a l l e v e l , i t a f f e c t s t h e s e l e c t i o no f m i n i n g m e t h o d s a n dr e s t r i c t s t h e s m o o t hp r o g r e s s o f m i n i n g . T h e r e a r e m a n y f a c t o r s i n f l u e n c i n g t h e c h o i c e o f c o a l m i n i n g m e t h o d s . I no r d e r t o m a k e u pf o r t h e s u b j e c t i v i t y o f t h e t r a d i t i o n a l e v a l u a t i o nm e t h o d s , t h i s p a p e r u s e dt h e a n a l y t i c h i e r a r c h y p r o c e s s t o c o n s t r u c t t h r e e f i r s t l e v e l e l e m e n t s , n a m e l y g e o l o g i c a l f a c t o r s ( u 1) , c o a l s e a mc o n d i t i o n s ( u2) , t h ee n t e r p r i s ef a c t o r ( u 3) a n dt h eh i e r a r c h i c a l s t r u c t u r eo f 1 0s e c o n d l e v e l e l e m e n t s , a n dt h ew e i g h t s o f t h ef i r s t l e v e l e v a l u a t i o nf a c t o r s a n dt h e s e c o n d l e v e l e v a l u a t i o nf a c t o r s w e r e d e t e r m i n e da c c o r d i n g t o t h e m a t r i x c a l c u l a t i o n . E n t e r p r i s e s c a nm a k e p r i o r i t y c o n s i d e r a t i o n s a c c o r d i n gt ot h ed e g r e eo f i n f l u e n c i n gf a c t o r s i na c t u a l s e l e c t i o n , t oc h o o s et h em o s t s u i t a b l ec o a l m i n i n gm e t h o d . K e y w o r d s c o a l m i n i n gm e t h o d ; h i e r a r c h i c a l s t r u c t u r e ; n a m e l yg e o l o g i c a l f a c t o r s ; c o a l s e a mc o n d i t i o n s ; e n t e r p r i s ef a c t o r 0 引言 我国是世界上以煤为主要能源的国家之一, 煤 炭在中国经济发展中占有极重要的地位, 煤炭工业 在今后相当长的时期内, 仍然是中国经济发展的支 柱产业[ 1 5 ]。我国是世界上最大的煤炭生产国和消 费国, 也是世界上煤炭资源最丰富的国家之一, 全国 煤炭资源预测储量, 垂深在 10 0 0m以内的为 2 8 6 1 7亿 t , 垂深在10 0 0~ 20 0 0m的为2 70 8 0亿 t , 垂 深在20 0 0m以内的为5 56 9 7亿 t 。其中, 全国探明 煤炭资源量为 1 01 7 6亿 t , 预测资源量为 4 55 2 1亿 t 。 随着我国经济的持续快速增长, 煤炭资源消费 需求的增加, 煤矿开采年限的增加和开采强度的加 大, 赋存稳定、 地质条件简单的煤炭资源越来越少, 复杂难采煤层开采的比例将越来越大[ 6 1 0 ]。目前, 我国煤层开采研究的总体趋势朝着 2个主要的方向 发展。①研究煤矿采煤方法的选择。在确定采煤方 法之前, 要对煤矿的客观情况、 煤矿的生产技术以及 各项装备情况进行详细的调查了解, 然后根据实际 情况选择适宜的采煤方法。采煤方法的选择要保证 煤矿生产的安全性、 经济性和高效性, 提高煤矿的生 242 2 0 2 0年第 8期袁 飞, 等 采煤方法选择影响因素分析 第 4 2卷 产效率, 为煤矿生产创造更高的经济效益。在现代 化煤矿生产中, 煤矿企业应该不断提高生产技术, 引 进先进的生产设备, 全面实现科学化管理, 保证煤矿 生产的稳定运行。②研究煤矿的本质安全性。近几 年, 我国越来越多的煤矿企业提出建设本质安全型 煤矿, 也有很多煤矿在逐步实现本质安全型煤矿的 建设。而对采煤方法选择的合理性研究较少。 在煤矿管理发展过程中, 煤矿开采工作有着至 关重要的作用, 开采方法是煤矿运营生产过程中最 重要的指标之一。科学合理的开采方法对煤矿的产 能、 安全、 环境和质量都有影响, 而对煤层的稳定性 更有着不可忽视的影响。因此, 本文采取层次分析 法对采煤方法影响因素进行分析计算, 得出在采煤 方法的选择中各影响因素的影响程度。 1 采煤方法的选择 1 1 采煤方法的选择原则 ( 1 ) 安全性。煤矿生产中最重要的因素就是安 全, 采煤方法的选择必须考虑安全性。在保证安全 的前提下, 要充分运用先进的开采技术和管理能力, 以期实现煤矿开采的本质安全。 ( 2 ) 经济性。不同的采煤工艺需要不同的成 本, 煤矿企业需要根据自身的经济实力选择合适的 采煤方法。对于同一个煤矿, 可以选择多种采煤方 法, 而每一种采煤方法的产量、 效率、 掘进量、 能耗等 都大相径庭。在选择时需要同时比较经济效益, 以 期选定一种最合适的采煤方法。 1 2 选择采煤方法的影响因素 ( 1 ) 地质因素。地质因素主要包括埋藏条件和 构造类型。地质构造类型主要包括褶皱、 节理、 断 层, 埋藏条件的稳定性影响采煤方法的选择, 若埋藏 条件稳定的适合综采工艺, 不稳定的多采用普采工 艺。 一些使用大功率机械设备的矿井要求矿层具有 良好的煤层赋存条件, 要求地质构造相对简单, 煤层 厚度相对较大、 煤层稳定、 瓦斯量小、 掘进作业面空 间大。其要求相对较高, 只能适用于山西、 内蒙古等 天然条件较好的地区。而在中国中部及东部, 煤矿 开采条件不好, 褶曲及断层较多, 采用大功率机械设 备安全性较低, 也会使得大功率设备不能发挥出本 来的工作效率。 ( 2 ) 煤层条件。煤层条件包括煤层倾角、 煤层 厚度和煤层含水性、 瓦斯涌出量和煤自燃情况。煤 层倾角的变化影响落煤、 运煤方法的选择、 采场支护 和采空区的处理等。煤层厚度影响着开采方式, 开 采方式可以分为一次开采和分层开采, 这需要根据 内煤层厚度的不同进行选择。煤层含水量较大时, 要在采煤过程中设置排水、 疏水体系。煤层瓦斯量 关系着抽放瓦斯巷道的设计。 ( 3 ) 企业因素。经济水平包括企业的技术水 平、 装备水平及管理水平。若煤矿企业采用综采工 艺, 其安全性较高也需要较雄厚的经济实力。然而 如果设备供应不上则影响着支护时段等。企业的管 理水平也影响着采煤工艺的选择, 若管理水平比较 弱, 则难度较大的开采工艺不易推广。 2 采煤方法影响因素程度分析 2 1 构建采煤方法影响因素层次结构 根据以上分析, 构建如图 1所示的采煤方法影 响因素层次结构。将影响煤层采煤方法选择的因素 构成设为 U i, Ui为一级评判要素, 即地质因素( u1) 、 煤层条件( u 2) 、 企业因素( u3) 。 图 1 采煤方法影响因素层次结构 F i g 1 H i e r a r c h i c a l s t r u c t u r ed i a g r a mo f i n f l u e n c i n g f a c t o r s o f c o a l mi n i n gme t h o d s 设一级评判因素 U i的子因素为 ni j, 其构成二级 评判要素, 则地质因素( u 1) 的二级评判要素为埋藏 条件、 构造类型, 煤层条件( u 2) 的二级评判要素为 煤层倾角、 煤层厚度、 煤层含水性、 瓦斯涌出量、 煤自 燃情况, 企业因素( u 3) 的二级评判要素为技术水 平、 装备水平和管理水平。本文构建具有 3个一级 要素和 1 0个二级要素的层次结构。 2 2 构造采煤方法影响因素矩阵 参考相关研究以及企业实际情况, 根据采煤方 法影响因素层次结构构造影响矩阵。 ( 1 ) 一级评价要素集权重计算。一级评判因素 集 U= { u 1, u2, u3}={ 地质因素, 煤层条件, 企业因 素} 。根据相关问题, 现给出的判断矩阵构造方法 342 2 0 2 0年第 8期 能 源 与 环 保第 4 2卷 即企业实际情况, 构造判断矩阵并计算其权重( 表 1 ) 。 表 1 采煤方法影响因素矩阵分析及权重计算 T a b 1 Ma t r i xa n a l y s i s a n dw e i g h t c a l c u l a t i o no f i n f l u e n c i n gf a c t o r s o f c o a l mi n i n gme t h o d s 采煤方法 影响因素 地质因素煤层条件企业因素 Wi 地质因素1 . 02 . 020 4 9 34 煤层条件0 51 . 020 3 1 08 企业因素0 50 510 1 9 58 注 一致性比例为 0 0 5 16 ; 对采煤方法影响因素的权重为 1 0 0 00 ; λm a x= 3 0 5 36 0 。 ( 2 ) 二级评价要素集权重计算。与一级权重要 素矩阵构造方法即计算方法相同, 计算二级评价要 素权重见表 2 。 表 2 地质因素矩阵分析及权重计算 T a b 2 G e o l o g i c a l f a c t o r s ma t r i xa n a l y s i s a n dw e i g h t c a l c u l a t i o n 地质因素埋藏条件构造类型 Wi 埋藏条件10 50 3 3 33 构造类型21 . 00 6 6 67 注 一致性比例为 0 ; 对采煤方法影响因素的权重为 0 4 9 34 ; λm a x= 2 0 0 00 0 。 ( 3 ) 采煤方法影响因素程度计算。综合以上权 重要素计算及分析, 得到二级评价要素权重( 表 3 ) 。 表 3 采煤方法影响因素及权重计算 T a b 3 I n f l u e n c ef a c t o r s a n dw e i g h t c a l c u l a t i o n o f c o a l mi n i n gme t h o d 二级评价要素权重 构造类型0 3 2 89 埋藏条件0 1 6 45 煤层厚度0 1 1 03 技术水平0 0 9 66 煤层倾角0 0 8 42 二级评价要素权重 装备水平0 0 6 09 煤层含水性0 0 5 29 管理水平0 0 3 83 瓦斯涌出量0 0 3 81 煤自燃情况0 0 2 54 3 应用实例 将本文研究结果应用于山西某矿工作面, 该工 作面开采 4号煤层, 以气煤为主, 含少量的焦煤。埋 深 3 3 0~ 5 8 0m , 煤厚 2 3~ 4 6m , 平均厚 3 5m , 煤 质松软。煤层结构复杂, 直接顶板以粉砂岩为主, 为 不坚固岩石类, 属Ⅰ级易冒落的松软顶板; 煤层直接 底板也以粉砂岩为主, 细砂岩次之, 属不坚固岩石 类。东庞矿为低瓦斯矿井, 2 6 1 2工作面属于瓦斯涌 出异常区, 煤尘具有爆炸危险性, 煤层具有自燃发火 倾向, 属二类自燃。矿井地质构造复杂, 断层对工作 面回采影响较大。 该工作面地质构造复杂、 煤层赋存条件特殊, 决 定了其采煤方法选择的模糊性和不确定性。根据本 文所得结果, 在开采方式的选择上优先考虑构造类 型、 埋藏条件, 煤层厚度, 选择出走向长壁采煤法、 长 壁放顶煤采煤法、 大采高一次采全高。结合考虑该 矿技术水平、 装备水平及管理水平, 建议采用大采高 一次采全高采煤法, 与实际情况符合。 4 结论 由分析结果可知, 对采煤方法选择影响程度由 大到小分别为构造类型、 埋藏条件、 煤层厚度、 技术 水平、 煤层倾角、 装备水平、 煤层含水性、 管理水平、 瓦斯涌出量、 煤自燃情况。本文采用模糊层次分析 法, 确定影响采煤方法选择的各影响因素的权重, 具 有较强的客观性和可操作性。应用该方法确定因素 的权重, 在煤矿企业进行采煤方法的选择时, 可以根 据影响程度进行考虑, 选择最为合适的采煤方法。 参考文献( R e f e r e n c e s ) [ 1 ] 宋高峰, 潘卫东, 杨敬虎, 等. 基于模糊层次分析法的厚煤层采 煤方法选择研究[ J ] . 采矿与安全工程学报, 2 0 1 5 , 3 2 ( 1 ) 3 5 4 1 . S o n gG a o f e n g , P a nWe i d o n g , Y a n gJ i n g h u , e t a l . M i n i n gm e t h o d s s e l e c t i o ni nt h i c kc o a ls e a m b a s e do nf u z z ya n a l y t i ch i e r a r c h y p r o c e s s [ J ] . J o u r n a l o f M i n i n ga n dS a f e t yE n g i n e e r i n g , 2 0 1 5 , 3 2 ( 1 ) 3 5 4 1 . [ 2 ] 张吉军. 模糊层次分析法( F A H P ) [ J ] . 模糊系统与数学, 2 0 0 0 , 1 4 ( 2 ) 8 0 8 8 . Z h a n gJ i j u n . F u z z ya n a l y t i c a l h i e r a r c h yp r o c e s s [ J ] . F u z z yS y s t e m s a n dM a t h e m a t i c s , 2 0 0 0 , 1 4 ( 2 ) 8 0 8 8 . [ 3 ] 张东升, 张吉雄, 张先尘. 工作面煤层地质条件开采工艺性的 模糊综合评价[ J ] . 系统工程学报, 2 0 0 2 , 1 7 ( 3 ) 2 5 2 2 5 6 . Z h a n gD o n g s h e n g , Z h a n gJ i x i o n g , Z h a n gX i a n c h e n . F u z z ye v a l u a t i o no nc o a l s e a mg e o l o g i c a l c o n d i t i o no f c o a l f a c e [ J ] . J o u r n a l o f S y s t e m s E n g i n e e r i n g , 2 0 1 7 ( 3 ) 2 5 2 2 5 6 . 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