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层次分析法在急倾斜煤层采煤方法选择中的应用 陈久良 谭家山煤矿总工办, 湖南 湘潭 411231 摘 要 依据谭家山煤矿急倾斜煤层的赋存特点, 提出了型, 从而确定了伪倾斜钢结构“八字形”关键词 急倾斜煤层 采煤方法 中图分类号 TD84 1 概述 28万t , 煤系地层为下二迭统龙潭组, 煤层倾角在50～80之间, 局部倒转, 含煤12层, 其中7、10、12层可采, 平均厚度分别为1123m 、1130m 、2113m , 顶板为黑色泥岩, 底板为泥岩或砂岩。由于地质条件多变, 给采煤方法的合理选择带来一定困难。急倾斜采煤方法繁多, 但对于特定地质条件的煤层而言, 不是所有采煤方法都能适用, 仅限于一种或几种可以采用。选择哪一种采煤方法既能充分利用矿上现有技术资源, 又能达到高产、高效、安全生产。这给决策者既有量的指标要求, 又有定性指标难以量化。层次分析法提供了有效手段。 2 技术上可行的采煤方法 谭家山矿一直采用正倾斜平板型桎木条采煤法, 但它工作空间小、坑木消耗大、架子易垮塌、劳动强度大等缺点。根据谭家山矿煤层赋存状况, 借鉴同类矿井的经验, 提出5种技术上可行的采煤方法。 2. 1 斜坡采煤法 这种采煤方法回采工艺简单、回采劳动强度低, 但要求事先采掘大量的倾斜巷道, 而且在倾斜巷道中运料工作困难, 且效率低、回采率低; 通风系统不完善、煤尘大, 适用于煤层埋藏稳定的矿井。 2. 2 伪倾斜钢结构“八字形”掩护支架采煤法 这种方法工作面沿伪倾斜布置、沿走向连续推进, 该法较平板型桎木条掩护支架采煤法相比工作空间大, 通风良好、坑木消耗少、架子不易垮塌。适用于薄及中厚煤层, 顶底板较稳定的煤层。 2. 3 长孔爆破采煤法 在运输平巷内用钻机沿煤层钻出平行于工作面的长炮眼, 然后分段装药, 上区段内沿煤层走向分成若干采煤带, 它具有生产安全、工人劳动强度轻等优点, 在煤厚大于110m 顶底板较坚硬使用效果好。 2. 4 平板型桎木条掩护支架采煤法 工作面采用正倾斜布置, 较伪倾斜钢结构“八字形”掩护 支架而言, 坑耗大、安全性差, 适用于顶底板较稳定的煤层。2. 5 伪倾斜密集支柱采煤法工作面沿伪倾斜布置沿走向连续推进, 采用单体支柱木支柱、单体液压支柱 支撑顶板, 安全性好, 适用于煤厚变化不大、顶底板稳定煤厚小于118m 的煤层。大于118m 的煤层支柱稳定性差, 必须分层开采。另外, 采用木支柱支撑顶板坑耗大。单体液压支柱管理顶板时, 一次性投资大, 且要求不同高度的支柱以适应煤厚的变化。 3 采煤方法的合理选择 3. 1 急倾斜采煤方法选择的层次分析模型 利用层次分析法我们将采煤方法选择层次模型分为目 标层A 、指标层B 、方案层C 。如图1所示。 桎木条采煤法 C5 正倾斜平板型 煤法C4壁密集支柱采伪倾斜走向长长孔爆破采煤法 C3 伪倾斜钢结构“八字形”掩护支架采煤法C2 斜 坡采煤法 C1安全指标经济指标安全性劳动强度工作环 境 坑木消耗掘进率产量与工效 回产率水文地质条件 煤层顶底板 煤层结构 煤层倾角煤层厚度地质构造 煤层稳定性 地质指标谭家山矿急倾斜采煤方法合理选择A 图1 谭家山矿急倾斜采煤法的层次分析模型 3. 1. 1 目标层 针对谭家山矿井的煤层赋存情况, 选择适用于该煤层地 质条件的高产、高效、经济、安全的采煤方法。3. 1. 2 指标层 影响急倾斜代煤法的主要指标地质指标B 1、经济指标B 2、安全指标B 3。每一指标又有若干个次级指标。 2 61SCIENCE TECHNOLO GY PRO GRESS AND POL ICY 3. 1. 3 方案层 根据谭家山矿井煤层赋存条件、可行的采煤方法有斜坡 采煤法C 1、伪倾斜钢结构“八字形”采煤法C 2、长孔爆破采煤法C 3、伪倾斜走向长壁密集支柱采煤法C 4、正倾斜平板型桎木条采煤法。 4 构造判断矩阵与排序 对图1的各项指标为了使决策判断定量化形成数值判别矩阵, 然后将专家评分作算术平均, 得到新的判断矩阵, 通过解矩阵的特征值确是各项指标相对重要性权重, 并进行一致性检验, 如表1至表5。 表1 判断矩阵A ～B i A B 1B 2B 3ωi B 113. 034. 350. 634B 20. 3312. 080. B 30. 23 0. 48 0. CR 2B 1i B 1B 11B 12B 1415B 16B 17ωi B 1110. 680. 1. 842. 480. 573. 230. 129B 121. 4610. 543. 233. 570. 794. 030. 185B 132. 531. 8414. 354. 761. 675. 260. 300B 140. 540. 310. 2311. 670. 282. 700. 075B 150. 40. 280. 210. 6010. 251. 560. 054B 161. 761. 270. 603. 573. 9314. 550. 216B 170. 31 0. 25 0. 19 0. 37 0. 64 0. 22 1 0. 041 CR 0. 0110. 1 表3 判断矩阵B 2～B 2i B 2B 21B 22B 23ωi B 2112. 441. 923. 230. 444B 220. 4110. 661. 850. 189B 230. 521. 5211. 560. 238B 240. 31 0. 54 0. 641 0. 129 CR 0. 0120. 1 表4 判断矩阵B 3～B 3i B 3B 31B 32B 33ωi B 3112. 564. 760. 610 B 320. 3913. 283B 330. 21 1 0. 107 0. 1 表5 B 层次总排序 0. 649B 2 0. 237B 3 0. 129ωi B B 10. 649B 20. 237B 3 0. 129 ωi B 11 0. 1290. 082B 210. 4440. 105 B 120. 185 0. 117B 220. 1890. 045B 130. 3000. 190B 230. 2380. 056B 140. 0750. 048B 240. 129 0. 031 B 150. 0540. 034B 310. 6100. 079B 160. 2160. 137B 320. 2830. 036B 170. 041 0. 026B 33 0. 1070. 014CR 0. 0120. 1 根据B 层次总排序的结果, 结合给定煤层的地质条件, 就可以进行C 层单排序及总排序如表6。 表6 层次总排序 B 11 0. 082 B 120. 117B 130. 190B 140. 048B 150. 034B 160. 137B 170. 026B 210. 105B 220. 045B 230. 056B 240. 031B 310. 031B 320. 036B 330. 014ωi C 10. 2070. 0470. 3120. 0410. 1190. 1030. 1780. 2030. 0320. 0610. 0470. 0560. 1190. 0530. 144C 20. 2810. 2490. 1970. 2760. 2830. 3420. 2560. 2480. 1700. 1390. 1270. 3270. 1950. 2070. 248C 30. 1920. 3050. 2890. 1680. 1520. 0780. 2250. 1770. 3130. 3410. 3080. 1290. 0900. 3630. 217C 40. 2140. 2070. 1540. 1840. 1820. 2530. 1040. 2060. 2070. 1840. 2080. 1470. 2450. 2250. 192C 50. 106 0. 192 0. 048 0. 331 0. 264 0. 224 0. 237 0. 1660. 278 0. 275 0. 310 0. 341 0. 351 0. 152 0. 199 CR 0. 0620. 1 由表6排序结果为伪倾斜钢结构“八字型”采煤法排第一, 长孔爆破采煤法排第二, 正倾斜平板型桎木条采煤法排第三, 伪倾斜走向长壁密集支柱采煤法排第四, 斜坡采煤法排第五。 5 结束语 应用层次分析法选择急倾斜煤层采煤方法, 充分考虑了 影响选择采煤方法的各种因素, 并将定性指标定量化, 提高了决策工作的科学性和可靠性, 通过3年多来的实践, 认为伪倾斜柔性“八字型”掩护支架采煤法较平板型桎木条掩护支架采煤法如下优点 1 工作面安全可靠、工作面跨落时还有014m 的空间、通风良好, 进出畅通。 2 降低了万吨掘进率, 与平板型正倾斜相比, 掘进率降低了507m/万t 。 3 降低了万吨坑耗, 由于减少了准备巷道, 坑耗比该矿使用前降低了209m 3/万t 。 4 劳动强度降低, 没有繁重的顶板支护工作, 减少了劳 动强度大的天眼掘进, 其主要经济技术指标如表7。 表7 两种采煤方法主要技术经济指标 名 称 八字型掩护支架 平板型桎木条掩护支架 指标升降 坑耗/m 3・万t -1 102311-209掘进率/m ・万t -1 329836-507工效/t 工日 -1 21071. 750. 95单产/t ・月 -1 566740321635炸药消耗/kg ・万t -1 18201520300雷管/发・ 万t -1 50004088 912 安全性架子不易跨架子易跨 劳动强度小 大 若煤层变薄, 这种采煤法要破顶或卧底, 煤层变厚要丢煤, 影响煤质和回采率, 因此该采煤法要求地质变化小, 煤层赋存稳定, 此外工作面空间小, 上下安全出口阻力大等。 责任编辑 曙 光 收稿日期2000-05-10 3 612000年 第17卷 第6期 科技进步与对策 总第110期