趙亞軍高 揚(yáng)，2

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)研究院，內(nèi)蒙古包頭 014010；2.內(nèi)蒙古伊泰煤炭股份有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 01700）

·礦業(yè)與水利工程·

立體化巷道布置對綜放開采自燃影響的數(shù)學(xué)評價

趙亞軍1高 揚(yáng)1，2

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)研究院，內(nèi)蒙古包頭 014010；2.內(nèi)蒙古伊泰煤炭股份有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 01700）

針對綜放開采過程中煤層易自然發(fā)火問題，提出采用錯層位巷道布置采全厚采煤法開采方案，并建立層次結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：該方案完全可控制采空區(qū)漏風(fēng)，提高煤炭回采率，消除易自燃浮煤，從根源上解決自然發(fā)火問題。

煤層自燃；錯層位；層次分析法；危險性評價

綜合機(jī)械化放頂煤開采在厚煤層礦井具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益，但自然發(fā)火問題是制約綜放開采發(fā)展的主要因素之一。為了更好地預(yù)防和控制采空區(qū)遺煤自然發(fā)火，需改進(jìn)傳統(tǒng)綜放開采方式，消除易自燃浮煤，才能從根源上解決自然發(fā)火問題［1-2］。

1 錯層位巷道布置采全厚采煤法概述

傳統(tǒng)的放頂煤開采的巷道布置系統(tǒng)工作面端頭及巷道頂部不放煤，相鄰工作面之間需留設(shè)20m左右的“T”字型保護(hù)煤柱。在厚煤層錯層位采全厚采煤法的巷道布置系統(tǒng)（如圖1所示）中，分別沿煤層頂板和底板布置區(qū)段回風(fēng)巷和進(jìn)風(fēng)巷，下區(qū)段進(jìn)風(fēng)巷則是在上一回采面垮落穩(wěn)定的采空區(qū)下掘進(jìn)［3］。

圖1 錯層位巷道布置系統(tǒng)

與傳統(tǒng)放頂煤巷道布置系統(tǒng)相比，錯層位巷道布置系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①工作面的端頭頂煤和巷道頂煤均被采出，取消了區(qū)段煤柱，從根源上解決了煤炭自然發(fā)火的隱患；②采空區(qū)側(cè)的巷道處于應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)，并有實(shí)體三角煤做支撐，能有效減少巷旁漏風(fēng)；③在煤層頂板或者采空區(qū)垮落穩(wěn)定的矸石下掘進(jìn)區(qū)段進(jìn)、回風(fēng)巷，避免了高冒區(qū)的形成，杜絕了高冒發(fā)火的情況。

2 自然發(fā)火危險性評價

層次分析法［4-5］是一種定性和定量相結(jié)合的系統(tǒng)化、層次化分析方法。根據(jù)影響煤炭自燃危險性的因素，首先將綜放工作面自然發(fā)火危險性作為目標(biāo)層A，然后將所涉及的相關(guān)影響因素進(jìn)行分層，目標(biāo)層包括5個因素，即A=｛B1，B2，B3，B4，B5｝；中間層又包括19個因素，具體層次結(jié)構(gòu)模型如表1所示。

表1 層次結(jié)構(gòu)模型

按照表1所示的層次結(jié)構(gòu)模型，建立上下層次之間的隸屬關(guān)系構(gòu)造判斷矩陣（見表2），計算相應(yīng)的權(quán)重，并做一致性檢驗(yàn)，具體計算步驟如下：

表2 判斷矩陣A-B數(shù)值表

①將判斷矩陣每一列進(jìn)行歸一化，求出特征向量和矩陣：②計算判斷矩陣最大特征根λmax，即：

式中：（AW）i—向量AW的第i個分量。

③進(jìn)行一致性檢驗(yàn)：

式中：CI為一致性指標(biāo)；CR為一致性比例；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

經(jīng)計算，第1層次與第2層次間的隸屬關(guān)系判斷矩陣具有滿意的一致性，同理可建立第2層次與第3層次之間的隸屬關(guān)系構(gòu)造，具體情況如表3所示：

表3 判斷矩陣A-B i數(shù)值表

層次總排序及一致性檢驗(yàn)結(jié)果為0.03650，具有滿意的一致性。綜上所述，各層元素對目標(biāo)層的權(quán)重如表4所示：

3 煤炭自燃危險性等級劃分及評價

根據(jù)國內(nèi)學(xué)者對煤礦現(xiàn)場的研究［6］，可將自然發(fā)火危險性分為4級，即：I類很危險（>0.53）、Ⅱ類危險（0.53～0.30）、Ⅲ類可能自燃（0.30～0.15）和IV類不自燃（<0.15）。傳統(tǒng)綜放開采的評估值為：

采用傳統(tǒng)巷道布置，其自然發(fā)火危險性屬于Ⅱ類危險型，而在錯層位巷道布置系統(tǒng)中，端頭煤損為傳統(tǒng)綜放開采的25.6%，初末采煤損為原來的88.3%，三角形煤柱煤損為相應(yīng)“T”型煤柱的23.6%，由于采巷內(nèi)沒有高冒區(qū)，所以回采巷道布置方式影響因素也相應(yīng)降低。據(jù)此，對錯層位巷道布置采煤法各單獨(dú)因素影響系數(shù)進(jìn)行打分，結(jié)果如表5所示：

表4 各層元素對目標(biāo)層的權(quán)重

由計算結(jié)果可知，若采用錯層位巷道布置采煤法，其自然發(fā)火的危險性屬Ⅲ類可能自燃型，發(fā)火危險性明顯降低。

表5 各個單獨(dú)因素對目標(biāo)層的影響系數(shù)

4 結(jié)論

4.1 錯層位巷道布置系統(tǒng)獨(dú)有的三段式回采工藝，可將進(jìn)風(fēng)巷和過渡支架上方的頂煤采出，端頭“T”型煤損為三角形煤損，即大幅度地降低了煤炭損失，也消除了易自燃浮煤的存在，能夠從根源上解決自然發(fā)火的問題。

4.2 通過對礦井自然發(fā)火危險性進(jìn)行評估，證明采用錯層位巷道布置采煤法相較傳統(tǒng)綜放開采煤層自然發(fā)火的危險性明顯降低。

［1］張飛，王貴林，殷躍，等.煤自然發(fā)火綜合防治方法研究［J］.煤，2011，（1）.

［2］趙景禮.厚煤層全高開采新論［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2004：5.

［3］趙景禮，李報.提高綜放煤炭回收率的研究—兼論錯層位巷道布置系統(tǒng)［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），1998（3）：238-239.

［4］王濤，侯克鵬，等.層次分析法（AHP）在尾礦庫安全運(yùn)行分析中的應(yīng)用［J］.巖土力學(xué)，2008，11.

［5］褚廷湘，楊勝強(qiáng)，等.模糊綜合評價對采空區(qū)自然發(fā)火的評價及應(yīng)用［J］.中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2008（1）：124-127.

［6］裴曉東，張人偉，王亮.綜放面采空區(qū)煤炭自然發(fā)火的危險性評估模型［J］.能源技術(shù)與管理，2005（5）：4-6.

M athem atical Evaluation to the Im pactsof Three-dimensional
RoadwayLayouton Spontaneous Com bustion in Fully-mechanized Top-coal Caving M ining

Zhao Yajun1Gao Yang1，2
(1.Mining Research Institute，InnerMongolia UniversityofScience and Technology，Baotou InnerMongolia，014010；2.InnerMongolia YitaiCoal Limited Company，Erdos InnerMongolia，017000)

In allusion to the spontaneous combustion problem of coal seams in the process of full mechanized top-coal cavingmining，a program mining the coal by stagger arrangement roadway layout top-coal cavingmining was proposed,and a hierarchicalmodelwasestablished for contrastive analysis.The results showed that this program can control the wind leak in the mined area,effectively improve the recovery ratio of coal，eliminate the easily spontaneous combustion floatcoal，and finally，resolve thematterofspontaneouscombustion fundamentally.

spontaneous combustion in coal seam；disordered layer location；hierarchy analytic methos；fatalness assessment

TD752

：A

：1003-5168（2015）03-0070-3

2015-2-25

趙亞軍（1959-），男，教授級工程師，研究方向：礦山安全。