易自燃巨厚煤层综放开采自然发火预测预报体系及综合防治技术项目-验收材料_图文.doc

易自燃巨厚煤层综放开采 自然发火预测预报体系及综合防治技术研究 验 收 材 料 内蒙古蒙泰不连沟煤业有限公司 河 南 理 工 大 学 2011年 03月 易自燃巨厚煤层综放开采 自然发火预测预报体系及综合防治技术研究 验收材料目录 项目验收材料之一易自燃巨厚煤层综放开采 自然发火预测预报体 系及综合防治技术研究 项目执行情况总结报告 项目验收材料之二易自燃巨厚煤层综放开采 自然发火预测预报体 系及综合防治技术研究 项目研究报告 项目验收材料之三易自燃巨厚煤层综放开采 自然发火预测预报体 系及综合防治技术研究 项目经费决算表 项目验收材料之四易自燃巨厚煤层综放开采 自然发火预测预报体 系及综合防治技术研究 效益分析报告 项目验收材料之五易自燃巨厚煤层综放开采 自然发火预测预报体 系及综合防治技术研究 项目决策报告 项目验收材料之六易自燃巨厚煤层综放开采 自然发火预测预报体 系及综合防治技术研究 成果应用证明 项目执行情况总结报告 内蒙古蒙泰不连沟煤业有限公司 河 南 理 工 大 学 2011年 03月 1 承担单位 不连沟煤矿易自燃巨厚煤层综放开采自然发火预测预报体系及综合防治 技术研究课题是内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司 09年得科学技术研究项 目,该课题由内蒙古蒙泰不连沟煤业有限责任公司与河南理工大学共同承担。 2 研究目标及研究内容 1技术目标通过对不连沟煤矿首采 F6102工作面煤炭自燃特性参数及规 律的研究, 构建不连沟煤矿易自燃巨厚煤层综放开采自然发火预测预报体系, 制 定矿井煤炭自燃综合防治技术措施。 2 技术内容 ○ 1F6102采煤工作面煤自燃特性参数测试及分析; ○ 2 F6102采煤工作面火灾预测预报体系研究 ○ 3 F6102采空区“三带”观测与规律研究; ○ 4不连沟煤矿采煤工作面综合防灭火技术研究。 3 技术方法和路线本项目主要通过实验室参数测试、现场数据收集、分 析, 并结合数值模拟与理论计算, 构建本矿首采 F6102工作面煤炭自燃的预测预 报体系,制定综放开采防灭火措施,通过现场应用,进一步修改、完善防灭火方 案,为今后矿井安全生产提供保障。 3 研究成果 本项目是在华电集团不连沟煤业公司及不连沟煤矿各级领导的大力配合之 下顺利完成的。 确定了不连沟煤矿 6煤层自燃预测预报敏感气体和指标, 构建了 不连沟煤矿综合防火技术保障体系。其主要研究成果如下 1基于未确知测度理论,建立了 F6102综放工作面火灾危险性评价指标 和排序模型。 针对 F6102综放面在淋水较大和淋水较小两种情况下进行火灾危险性分析。 表明在 λ0.5识别准则下淋水较大和淋水较小两种情况下火灾危险性等级均 为Ⅱ级,即火灾危险程度均较高。 2通过实验室测试,进一步确定了 F6102综放工作面煤层自燃倾向性等 级为 I 类。 根据所采集煤样的自燃倾向测试结果可知常温常压下实验煤样吸附流态氧 量在 0.790.96cm 3/g之间,依据 GB/T20104-2006标准,不连沟煤矿煤层自燃 倾向性等级为 I 类,即容易自燃煤层。 3通过实验室热重分析,明确了煤层的升温特性。 煤样的热重分析表明在同一升温速率下, 不同采样地点的煤样升温特征有 所差异。 不同升温速率下, 同一采样地点煤样的特征温度随着升温速率的增大而 增大。 4构建了 F6102综放工作面煤层自燃的预测预报体系,明确了敏感指标 和对应预报结果。 不连沟煤矿 6煤自然发火的复合预测预报指标采用 CO , C 3 H 8 , C 2 H 4 和 C 2 H 2 , 其中 CO 作为煤缓慢氧化阶段的预测预报指标, C 3 H 8 , C 2 H 4 和 CO 作为煤加速氧化 阶段的预测预报指标, C 2 H 2 作为煤激烈氧化阶段的预测预报指标。 各预测预报指标参数与自燃状态对应关系见表 1和表 2。 5通过现场观测与实验室数值模拟,明确了工作面不同回采时期的自燃 “三带”分布规律。 通过现场实测氧气浓度变化、利用 fluent 模拟漏风风速变化、模拟氧气浓 度变化, 利用 MIN-MAX 的方法, 确定 F6102工作面初次来压期间氧化自燃带宽度 为 28.00m ; F6102工作面周期来压期间氧化自燃带宽度为 51.00m 。 易自燃巨厚煤层综放开采自然发火预测预报体系及综合防治技术研究项目执行情况总结报告 6明确了 F6102综放工作面初次来压和周期来压期间工作面的防火安全 推进速度。 初次来压期间工作面的连续推进速度大于 1.80m/d即工作面月推进量大于 54m 时,工作面采空区无自燃发火危险。周期来压期间工作面的连续推进速度 大于 3.40m/d即工作面月推进量大于 102.00m 时,工作面采空区无自燃发火 危险。 7研究了 F6102工作面的矿压显现规律与煤层自燃三带之间的关系,并 用于指导工作面生产期间的防火工作。 8构建了 F6102工作面技术保障体系,编制了 F6102综放工作面停采、 撤面期间的防火、防瓦斯等安全技术措施。 项目研究报告 内蒙古蒙泰不连沟煤业有限公司 河 南 理 工 大 学 2011年 03月 目 录 前 言 ........................................................... - 1 -1 F6102综放工作面概述 .......................................... - 3 -1.1 工作面开采布置情况 . ..................................... - 3 - 1.2 工作面地质条件 . ......................................... - 3 - 2 基于未确知测度的综放面火灾危险性评价 ......................... - 4 -2.1 未确知测度理论介绍 . ..................................... - 4 -2.1.1 单指标测度 . ....................................... - 4 -2.1.2 指标权重的确定 . ................................... - 5 -2.1.3 多指标综合测度评价向量 . ........................... - 5 -2.1.4 置信度识别准则 . ................................... - 5 -2.2 综放面火灾危险性评价指标及指标函数 . ..................... - 6 -2.2.1 综放面自燃发火危险性评价因素的选取 . ............... - 6 -2.2.2 评价指标隶属函数和隶属函数图的建立 . ............... - 6 -2.3 F6102综放面火灾危险性评价的解算结果及分析 ............. - 11 -2.3.1综放面火灾危险性评价的解算结果 ................... - 11 -2.3.2 F6102综放面火灾危险性评价结果分析 ............... - 12 - 2.4 小结 . .................................................. - 13 - 3 不连沟煤矿煤自燃特征参数研究 ................................ - 15 -3.1 煤的自燃倾向性测试 . .................................... - 15 -3.1.1 实验装置及技术参数 . .............................. - 15 -3.1.2 实验仪器工作原理及分类标准 . ...................... - 15 -3.1.3 实验煤样采取原则及制备要求 . ...................... - 16 -3.1.4 实验过程及测试结果 . .............................. - 17 -3.2 煤的热重实验及分析 . .................................... - 20 -3.2.1 STA 449C仪器介绍及技术参数 ...................... - 20 -3.2.2 实验仪器工作原理及实验条件 . ...................... - 21 -3.2.3实验结果及分析 ................................... - 22 -3.2.4 TG及 DTG 曲线上特征温度点分析 .................... - 26 -3.3 煤氧化进程中动力学参数分析 . ........................... - 27 - 3.3.1 活化能的计算方法 . ................................ - 27 -3.3.2实验煤样活化能的求解 ............................. - 28 -3.4 煤的红外光谱实验与分析 . ................................ - 30 -3.4.1 红外光谱在煤结构研究中的应用 . .................... - 30 -3.4.2 红外光谱实验过程及实验结果 . ...................... - 31 -3.4.3 红外光谱图的定性分析 . ............................ - 34 - 3.5 小结 . .................................................. - 36 - 4 F6102工作面自燃三带现场观测与模拟分析 ....................... - 37 -4.1 F6102工作面自燃三带划分指标及现场观测 ................. - 37 -4.1.1 煤自燃三带划分指标 . .............................. - 37 -4.1.2 F6102工作面“自燃”三带现场观测 ................. - 37 -4.2 F6102工作面“两道一线”自燃三带分析 ................... - 38 -4.2.1 初次来压期间工作面采空区自燃三带观测及分析 . ...... - 38 -4.2.2 周期来压期间进回风顺槽采空区自燃三带观测及分析 . .. - 39 -4.3 采空区松散煤体自然发火微循环过程的数学模型 . ............ - 42 -4.3.1 采空区松散煤体气流微循环非线性渗流模型 . .......... - 42 -4.3.2 采空区松散煤体气流微循环流动的非线性渗流场边界条件 - 44 -4.4 基于 Fluent 的 F6102综放面采空区数值模拟研究 . ........... - 45 -4.4.1 初次来压期间数值模拟基本参数及设置 . .............. - 45 -4.4.2 初次来压期间数值模拟结果及分析 . .................. - 46 -4.4.3 周期来压期间数值模拟基本参数及设置 . .............. - 49 -4.4.4 周期来压期间数值模拟结果及分析 . .................. - 50 -4.5 基于“自燃”三带研究确定工作面最小推进速度 . ............ - 54 -4.5.1 初次来压期间工作面最小推进速度 . .................. - 54 -4.5.2 周期来压期间工作面安全推进速度 . .................. - 55 - 4.6 小结 . .................................................. - 56 - 5 F6102工作面煤自燃预测预报体系 ............................... - 57 -5.1基于指标气体分析的火灾预测预报技术 ..................... - 57 -5.1.1预测煤自然发火的标志气体种类 ..................... - 57 -5.1.2预测煤自然发火的标志气体的特征分析 ............... - 58 - 5.1.3预测煤自然发火的标志气体的选取原则 ............... - 60 -5.2优选预测煤自然发火的标志气体分析 ....................... - 60 -5.2.1实验装置及工作原理 ............................... - 61 -5.2.2实验条件及过程 ................................... - 61 -5.2.3 实验结果 . ........................................ - 61 -5.2.4标志参数的分析与讨论 ............................. - 62 -5.2.5标志参数的可信度分析 ............................. - 64 -5.3 煤层自然发火监测及早期预报技术 . ........................ - 68 -5.3.1巷道自然发火观测 ................................. - 68 -5.3.2工作面自然发火监测及早期预报 ..................... - 70 - 5.4 小结 . .................................................. - 72 - 6 不连沟矿压规律及其对采空区自燃危险区域的影响 ................ - 73 -6.1不连沟煤矿的矿压规律 ................................... - 73 -6.1.1工作面概况 ....................................... - 73 -6.1.2地质条件 ......................................... - 74 -6.1.3液压支架参数 ..................................... - 74 -6.2 不连沟煤矿矿压规律 . .................................... - 75 -6.2.1 初采期间的矿压规律 . .............................. - 75 -6.2.2 正常回采期间矿压规律 . ............................ - 80 -6.2.3 末采期间矿压规律 . ................................ - 87 -6.2.4 工作面推进距离与来压步距关系 . .................... - 89 -6.3 矿压规律对采空区自燃发火区域的影响 . .................... - 91 -6.3.1 顶板冒落压实状况与采空区自燃三带的关系 . .......... - 91 -6.3.2 矿压影响自燃三带的原因及自燃三带实测 . ............ - 93 -6.4 F6102工作面漏风情况分析 ............................... - 98 -6.5 矿压规律对工作面回风隅角 CO 浓度的影响 . ................. - 98 - 6.6 小结 . ................................................. - 100 - 7 F6102工作面停采期间的防灭火措施 ............................ - 101 -7.1 接近停采线和停采期间加强采煤工作面自燃监测 . ........... - 101 -7.1.1 准备工作 . ....................................... - 101 - 7.1.2加强采煤工作面气体监测 .......................... - 102 -7.2 接近停采线和停采期间加强采空区“两道”的封堵和注胶 . ... - 102 -7.3 接近停采线和停采期间加强停采线处的处理措施 . ........... - 103 -7.4 停采、撤面期间防治瓦斯措施 . ........................... - 105 - 7.5 小结 . ................................................. - 106 - 8 F6102工作面综合防火技术保障体系 ............................ - 107 -8.1 注氮防灭火技术 . ....................................... - 107 -8.1.1注氮防灭火技术及机理 ............................ - 107 -8.1.2 F6102综放面氮气防灭火参数计算 .................. - 108 -8.1.3 F6102综放面注氮管理措施及日常维护 .............. - 114 -8.2 注浆防灭火技术 . ....................................... - 117 -8.2.1 浆材选取及浆液制备方法 . ......................... - 117 -8.2.2 注浆防灭火主要参数 . ............................. - 119 -8.2.3 注浆工艺 . ....................................... - 121 -8.2.4 矿井注浆防灭火安全措施 . ......................... - 121 -8.3其他防灭火措施 ........................................ - 122 -8.3.1 地面防火 . ....................................... - 122 -8.3.2 井下防火 . ....................................... - 123 -8.3.3 防治煤层自然发火措施 . ........................... - 125 -8.4 F6102综放面防灭火技术组织保障措施 .................... - 129 - 8.5 小结 . ................................................. - 131 - 9 主要研究成果 ............................................... - 132 - 前 言 一、立项背景 不连沟煤矿为设计能力 10Mt/a的新建矿井,开采易自燃煤层,大采高综放 开采工艺, 一旦发生煤层自燃, 则损失十分严重。 该矿设计根据 煤矿安全规程 规定也采用了综合预防煤层自然发火的措施,但存在以下问题值得研究 1缺乏对不连沟煤矿开采煤层自然发火参数的基础研究,没有从本质上 弄清煤层易自燃的原因。 2设计阶段不连沟煤矿煤自然预测预报主要凭借经验,无法形成一套成 形的、系统的预测预报体系。 3矿井采空区自燃 “ 三带 ” 范围不清楚,使用注氮、注浆等方法进行防灭 火时,浆体和氮气等防灭火介质的输送地点和使用量缺少针对性。 通过 “ 易自燃煤层火灾预测预报及综合防治技术研究 ” 项目的研究,对不连 沟煤矿 6煤层自燃机理、预测预报技术、防灭火措施等方面开展研究, 形成一整 套预测预报和防灭火体系,更好地为煤矿安全生产服务。 二、本项目的主要研究内容 A 采煤工作面火灾危险性评价及权重分析 ① 工作面火灾危险性评价指标的遴选; ② 工作面火灾危险性评价模型的建立; ③ 工作面火灾危险性评价模型的解算; ④ 工作面火灾危险性评价指标的权重排序。 B 采煤工作面煤自燃特性参数测试及分析 ① 实验室煤样的工业分析与元素分析; ② 煤自燃倾向性的测试分析; ③ 煤自燃过程中特征温度点及质量变化的测试分析; ④ 煤的红外光谱测定与分析。 C 采煤工作面火灾预测预报体系研究 ① 制定工作面煤自燃发火人工采样布点观测方案; ② 制定工作面煤自燃发火束管监测系统方案; ③ 建立井下人工采样观测和束管监测系统相结合的自燃预测预报体 系,实时动态地监测煤层自燃状况及变化趋势。 D 采空区 “ 三带 ” 观测及数值模拟研究 ① 采空区气体成份的现场观测; ② 采空区“三带”的数值模拟专业数值模拟软件; ③ 采空区“三带”现场观测与数值模拟的耦合研究; ④ 采空区遗煤自燃危险区域的综合判定。 E 采煤工作面综合防灭火技术研究 ① 氮气防灭火技术研究注氮方式、 注氮流量、 注氮位置及移动步距; ② 注浆防灭火技术研究注浆方法、注浆口位置及注浆量计算。 三、研究进度 1 2009.112010.1,资料调研及煤样采集;采空区气体成分及浓度测定; 制定开切眼防火方案和回采期间防火措施。 2 2010.12010.3,煤的工业分析;煤的元素分析;煤的自燃倾向性测定; 煤的热分析测定;煤的红外光谱测定及分析。 3 2010.32010.7,工作面煤层自燃危险性分析;采空区 “ 三带 ” 数值模拟; 采空区自燃危险区域初定。 4 2010.72010.9,煤自燃预测预报体系建立;制定工作面停采期间的防 火措施;完善 6103工作面综合防火技术保障体系。 5 2010.92010.10,防灭火措施调整与优化。 6 2010.1112,编写项目研究报告。 四、取得的主要成果 通过本项目的研究, 确保了不连沟煤矿易自燃特厚煤层首采 F6102工作面的 顺利回采。 在工作面未发生一次火灾的前提下 ,安全、高效地回收煤炭资源近 500万 t , 产值超过 15亿元。同时, 确定了不连沟煤矿 6煤层自燃预测预报敏感 气体和指标,构建了不连沟煤矿综合防火技术保障体系。 五、致谢 感谢在本项目研究过程中为我们提供帮助的各级领导、 技术人员、 工人和司 机等等朋友,是你们的真诚帮助才有了本项目的顺利实施,愿好人一生平安 感谢本项目组全体成员, 是大家的精诚团结和辛勤努力, 保证了项目的顺利 完成。 1 F6102综放工作面概述 1.1 工作面开采布置情况 F6102综放工作面为不连沟煤矿的首采工作面,开采煤层为 6煤,煤层自燃 倾向性为容易自燃,自燃发火期为 4060d ,据重庆煤炭科学总院取样测定结果 最短发火期为 12d 。 F6102工作面所采煤层为石炭系上统太原组 6煤层, 煤层产状 平缓,裂隙较发育, 6煤层厚 1121.5m ,平均厚度 15.8m ,煤层倾角 08,平 均4,机采高度 4.0m ,放煤高度 11.8m ,采放比平均达到 12.95。 地表为黄土层,厚 16.744.8m ,植被稀少,水土流失严重,冲沟发育。 6煤层直接顶板以泥岩、砂岩为主。 6煤层直接底板以泥岩、砂质泥岩类为主。工 作面两条顺槽及切眼均沿煤层底板平行布置。进风顺槽 辅运顺槽 直接与 6煤辅 助运输大巷相连,构成工作面的辅助运输系统;回风顺槽主运顺槽与 6煤回 风大巷相连, 构成工作面的回风系统; 主运顺槽通过溜煤眼与 6煤运输大巷相连, 构成工作面的运煤系统。 1.2 工作面地质条件 基本顶主要是粗砂岩,厚度为 16.7m ,呈灰黄色及灰白色,厚层状粗粒砂 状结构成分,以石英岩屑为主呈次棱角状分选差,局部砾泥质孔隙式胶结为主。 直接顶以泥岩、砂岩为主,厚度 3.3m ,呈黑褐色,薄层状泥质结构,局部 夹煤线岩石破碎呈碎块状平坦状断口。 直接底以泥岩、砂质泥岩类为主,厚度 1.1m ,泥岩呈浅灰色,中厚层状, 含黄铁矿结核。砂质泥岩呈浅灰色,厚层状,平坦状断口。 基本底主要是细砂岩,厚度平均 2.9m ,呈灰白色,块状,以石英为主长石 次之,孔隙式胶结,坚硬,夹有少量炭屑。 本面地质条件较复杂, 沿东西方向为一中间低两头高的舒缓向斜。 共揭露断 层 24条,其中 F45断层斜穿此工作面,对回采有较大影响。 2 基于未确知测度的综放面火灾危险性评价 综放面火灾危险性评价是煤矿井下火灾防治的前提和基础, 其任务是识别综 放面生产中的火灾危险因素,确定其危险程度。其目的是为了贯彻“安全第一, 预防为主”的方针, 提高煤矿的本质安全程度和安全管理水平, 降低煤矿生产中 的火灾危险性,预防事故发生。 目前国内外学者先后运用模糊综合评判法、 灰色定权聚类分析法、 灰色关联 分析法及神经网络分析法, 在此方面做了卓有成效的评价实践和研究, 综放面火 灾危险性评价的难点在于许多因素的不确定性和隐蔽性, 如何将这些不确定的信 息考虑在内并进行分析,是值得深入考究的一个重要问题。在这方面, 未确知数 学理论提供了一个比较好的途径,未确知测度模型严谨,评价结果合理、精细, 更适合于综放面火灾危险性评价。 2.1 未确知测度理论介绍 设某评价对象 R 有 n 个,则评价对象空间 R{R1, R2, „, Rn }。对于每个评 价的对象 R i i 1,2,„,n有 m 个单项评价指标空间,即 X{X1,X 2,„,X m }。则 R i 可表示为 m 维向量 Ri {xi1,x i2,„,x im },其中, x ij 表示研究对象 R i 关于评价指标 X j 的测量值。 对 R i 的每个子项 x ij i 1,2,„, n; j 1,2,„,m,假设有 p 个评价等级, 且把评价空间记为 U ,则有 U{C1,C 2,„,C p }。设 C k k1,2,„,p 为第 k 级评价 等级,且 k 级比 k l 级危险等级“高”,记作 C k Ck 1。若满足 C l C2 C 3 „ C k , 称 {C1,C 2,„,C p }是评价空间 U 的一个有序分割类。 2.1.1 单指标测度 若 μ ijk μx ij ∈ C k 表示测量值 x ij 属于第 k 个评价等级 C k 的程度,且要求 满足 0ij k μ≤∈≤x C 1 1 1ij U μ∈x 2 11 k k ij l ij l l l C μμ⎡⎤∈∈⎢⎥⎣⎦∑x x C k1,2,„,p 3 式2称为“归一性”,式3称为“可加性”。满足式1 -3的 μ称为未确知测度uncertainty measure , 简称测度。对于每个评价的对象 R i i 1,2,„,n,称矩阵μ ijk mp为对象 R i 的单指标测度评价矩阵,且有 1112 121 22212 i i i p i i i p ijk m p im im imp μμμμμμμμμμ⨯⎡⎤⎢⎥⎢⎥ ⎢⎥ ⎢⎥⎢⎥ ⎣ ⎦ 4 2.1.2 指标权重的确定 设 w j 表示测量指标与其他指标相比具有的相对重要程度,如果 w j 满足0≤ w j ≤1, 且 11m j j w ∑, 则称 w j 为 X j 的权重, w {w 1, w 2,„, w m }称为指标权重向量。 可利用熵确定权重,即 ijk ijk k 1 11lg lg p j v p μμ∑ 5 m 1 j j i i w v v ∑ 6 因为单指标测度评价矩阵式4是已知的,所以通过式5、6可求 得 w j 。 2.1.3 多指标综合测度评价向量 令 μik μRi ∈C k 为评价样本 R i 属于第 k 个评价类 C k 的程度,则有 1m ik j ijk j w μμ∑ i 1,2,„,n; k 1,2,„,p 7 显然有 0≤ μik ≤1,以及 1 1p ik k μ∑,所以式7是未确知测度,故称 {μi 1, μi 2,„, μi p }为 R i 的多指标综合测度评价向量。 2.1.4 置信度识别准则 为了对评价对象作出最后的评价结果,引入置信度识别准则设 λ为置信 度λ≥0.5,若 C 1C2„Cp ,且令 p 0k 1 min , k 1,2, , il k k p μλ⎧⎫ ≥⎨⎬⎩⎭ ∑ 8 则认为评价样本 R i 属于第 k 0个评价类 C k 0。 2.2 综放面火灾危险性评价指标及指标函数 对综放面火灾危险性进行研究对于开采具有自燃危险性煤层的矿井具有重 要的现实意义。 通过数据统计分析和资料调研, 从分析影响综放面火灾危险性的 “人”、 “机”、“环境”三个方面的影响因素入手, 对影响综放面火灾危险程 度的因素进行筛选, 影响因素的量化采用模糊数学方法或专家意见法, 将影响因 素分级并取值, 评判程度划分Ⅰ级 C1 、 Ⅱ级 C2 、 Ⅲ级 C3 、 Ⅳ级 C4 , 分别表示危险程度极高、危险程度高、危险程度一般、危险程度较低。基于未确 知测度理论建立综放面火灾危险性评价模型,对实验工作面进行火灾危险性评 价,以此指导实验矿区的火灾预测预报和防灭火管理工作。 2.2.1 综放面自燃发火危险性评价因素的选取 根据综放面火灾有关资料,选取 16个因素作为评价综放面火灾危险性的影 响因子,分别是煤层赋存地质构造、工作面淋水情况、工作面周围开采情况、采 空区冒落及充填情况、工作面电气设备、 工作面火灾预测预报系统、 工作面防灭 火技术及措施、煤易发火性、煤层厚度、煤层倾角、煤层埋深、围岩温度、工作 面回采率、工作面日产量、工作面供风量、工作面推进度 分别用 X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, X10, X11, X12, X13, X14, X15, X16表示 ,其中 对 X1X8等 8个影响因素由专家采取半定量化的方法进行赋值。 X9X16等 8个影响因素用实测值进行评价。 2.2.2 评价指标隶属函数和隶属函数图的建立 借助于数学软件 MATLAB ,分别对 X1X16等 16个影响因素建立隶属函数和 隶属函数图,其过程如下 1、定性指标。根据定性指标的特点,由专家建立定性指标 X1、 X2、 X3、 X4、 X5、 X6、 X7和 X8的单指标测度函数图,如图 2-1所示。 2、煤层厚度。根据煤层厚度分类方法,煤层按照厚度分为薄煤层 3.5m。 采煤工作面开采的煤层厚度一般 都是在一定的范围内变化的,由于采煤工作面支架支撑高度变化范围是一定的, 因此煤厚变化的幅度越大,对回采过程的影响越大,可能的丢煤量就越多, 采空 区自然发火的危险性也越大。 根据煤层厚度对自燃危险性影响的特点, 采用“三 角形分布”进行隶属度函数刻画,隶属度函数图形如图 2-2,自变量 x 为煤层厚 度,单位为 m ,变化区间为 [0,∞, u 1 trimf[Nan, 0, 1.3], u 2 trimf[0, 1.3, 3.5], u 3 trimf[1.3, 3.5, 10], u 4 trimf[3.5, 10, ∞],节点 s j 为s 1 0m; s 2 1.3m; s 3 3.5m; s 4 10m。 图 2-1 定性指标 X1、 X2、 X3、 X4、 X5、 X6、 X7和 X8单指标测度函数 图 2-2 煤层厚度 X9的单指标测度函数 3、煤层倾角。煤层倾角较大时,特别是急倾斜煤层,由于采煤方法等原因 往往造成采空区丢煤量较多,采空区封闭困难, 采空区自燃危险程度较大。 煤层 倾角评价指标隶属度函数用“三角形分布”和“梯形分布”来刻画, 隶属度函数 图形如图 2-3,其中自变量 x 为煤层倾角,单位为度,变化区间为 [0,90], u 1 trimf[Nan,0,8],u 2 trimf[0,8,25],u 3 trimf[8,25,45],u 4 trampf[25,45,90 ,Nan],节点 s j 为s 1 0, s 2 8, s 3 25, s 4 45。 图 2-3 煤层倾角 X10的单指标测度函数 4、煤层埋深。煤层埋藏深度越大,煤体的原始温度越高,煤中所含水份越 少, 煤层开采自燃发火危险性较大, 但开采深度过小时又容易形成与地表的裂隙 沟通, 也会在采空区形成浮煤自燃。 埋藏深度评价指标隶属度为三角形分布和梯 形分布, 煤层埋藏深度评价指标隶属度函数图形如图 2-4, 其中 x 表示埋藏深度, 单位为 m , 其变化区间为 [0, ∞, u 1 trimf[100, 200, 300], u 2 trimf[200, 300, 500], u 3 trimf[300, 500, 700], u 4 为两段trampf[Nan, 0, 100, 200]和 trampf[500, 700, 1000, ∞ , 节点 s j 为s 1 100m; s 2 200m; s 3 300m; s 4 500m; s 5 700m。 图 2-4 煤层埋深 X11的单指标测度函数 5、围岩温度。煤岩原始温度越高,采空区自燃危险性越大。围岩温度评价 指标隶属度函数采用专家意见法确定,隶属度函数图形如图 2-5,自变量 x 表示 围岩温度,单位为℃。其变化区间为[0, ∞, u 1 trampf[Nan, 0, 10, 15], u 2trimf[10, 15, 25], u 3trimf[15, 25, 35], u4trampf[25, 35, 50, ∞, 节点 s i 为s 110℃; s 215 ℃; s 325℃; s 435℃。 图 2-5 围岩温度 X12的单指标测度函数 6、工作面回采率。评价回采率对自燃危险性的影响,采用专家意见法确定 其隶属度。隶属度函数图形如图 2-6,自变量 x 表示采煤工作面回采率,变化区 间 为 [0, 1], u 1trimf[0.95, 1, Nan], u 2trampf[0.9, 0.95, 0.98, 1], u 3trampf[0.65, 0.8, 0.9, 0.95], u4trampf[Nan, 0, 0.65, 0.8],节点 s i 为s 10.65; s 20.8; s 30.9; s 40.95。 图 2-6 工作面回采率 X13的单指标测度函数 7 工作面日产量。工作面日产量评价指标隶属度函数