《采煤工艺学》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章工作面地质条件开采工艺性评价,第一节 工作面煤层赋存及评价特点,第二节 评价因素结构指标体系,第三节 评价因素隶属函数,第四节 评价因素权重,第一节 工作面煤层赋存及评价特点,一 将区段（或分带）作为基本评价单元,矿井集中生产后工作面单产影响整个矿井指标,有利于工作面巷道布置及合理接替。,二 评价因素结构简化,主要因素：煤层产状及地质构造,特殊因素：煤层自然发火，瓦斯 （主要因子）,三 按工艺方式不同确立的影响因素隶属函数,工艺方式分为综采工艺和普采工艺。,影响因素隶属函数对两种工艺分别进行了调整。,第二节 评价因素结构指标体系,一,评价因素结构,复合因素7个，基本因素15，指标量化,(一）断层影响,1.断层密度q1,式中:n-块段内的断层条数，条；,s-块段面积，km,2,。,第二节 评价因素结构指标体系,一,评价因素结构（续）,复合因素7个，基本因素15，指标量化,(一）断层影响,（续）,2.断层长度指数 q2,式中:l,i,-第i条断层的长度，m,。,第二节 评价因素结构指标体系,一,评价因素结构（续）,复合因素7个，基本因素15，指标量化,(一）断层影响,（续）,3.断层落差指数 q3,式中:,li,-第i条断层的长度，m;,M-工作面煤层开采厚度，m。,第二节 评价因素结构指标体系,一,评价因素结构（续）,复合因素7个，基本因素15，指标量化,(二）褶皱影响影响因素,褶皱发育程度的定量化指标主要有两个,1.褶皱剖面系数 p1,式中:L,1,-在垂直褶皱的剖面上两点间煤层实际长度，m;,L-该两点的水平投影长度，m。,第二节 评价因素结构指标体系,一,评价因素结构（续）,复合因素7个，基本因素15，指标量化,(二）褶皱影响影响因素（续）,2.褶皱复杂性系数,p2,式中:h-工作面开采范围内最低与最高煤层等高线高差，m；,l,-工作面开采范围内最低与最高煤层等高线平距，m；,-用弧度表示的等高线走向的变化值，rad；,s,-工作面开采面积，km,第二节 评价因素结构指标体系,一,评价因素结构（续）,复合因素7个，基本因素15，指标量化,(二）煤层稳定性,煤层稳定性可包括煤层厚度变化、可采程度和结构变化三个方面的含义，分别可以用煤厚变异系数r、可采性指数km、含矸系数G表示。,.煤厚变异系数,式中:,X-钻孔煤厚平均值，m；,Xi-钻孔见煤厚，m；,n-钻孔个数。,第二节 评价因素结构指标体系,一,评价因素结构（续）,复合因素7个，基本因素15，指标量化,(二）煤层稳定性,（续）,2.可采性指数,式中:n,1,-全部见煤钻孔数；,n-大于可采厚度的钻孔数。,第二节 评价因素结构指标体系,一,评价因素结构（续）,复合因素7个，基本因素15，指标量化,(二）煤层稳定性,（续）,3.含矸系数,式中:G-钻孔内煤层夹矸厚度，m；,X,i,-钻孔内煤厚，m。,第二节 评价因素结构指标体系,一,评价因素结构（续）,复合因素7个，基本因素15，指标量化,(四）煤层厚度,煤层厚度将直接影响综采工艺方式及技术经济效果。综采工作面，当煤厚在5m以下时，采用一次采全高采煤工艺方式；煤厚在5m 以上时，一般采用放顶煤综采或分层综采。评价煤层开采厚度以工作面没见煤钻孔煤层厚度平均值为评价指标。,式中:,Mi-第i个钻孔见煤厚度，m；,n-工作面内见煤钻孔数。,第二节 评价因素结构指标体系,一,评价因素结构（续）,复合因素7个，基本因素15，指标量化,(五）煤层倾角,煤层倾角a对采煤工作面支架的稳定性、采煤机运行速度、输送机生产能力、工人作业难易程度均有较大影响，评价煤层倾角以工作面范围内见钻孔煤层倾角作为评价指标。,式中:,-第i个见煤钻孔煤层倾角,。,第二节 评价因素结构指标体系,一,评价因素结构（续）,复合因素7个，基本因素15，指标量化,(六）煤层坚硬性,煤层坚硬性是影响采煤机割煤及工作面内片帮程度的一个因素，综放工作面还直接影响顶煤的冒放性及放煤作业时间，用煤层综合强度R作为指标,。,式中:,G-夹矸系数（即矸石厚度与煤层厚度的比值）；,Re-夹矸岩石强度，MPa；,Rc-煤的单向抗压强度，MPa,。,第二节 评价因素结构指标体系,一,评价因素结构（续）,复合因素7个，基本因素15，指标量化,(七）煤层顶底板条件,煤层顶底板条件是影响采煤工作面安全生产最重要的因素之一，顶板的稳定性影响机械化采煤工艺选用、采煤机截割深度、割煤牵引速度和开机率,。,（1）直接顶稳定性。以直接顶岩层单向抗压强度i作为评价指标。,（2）基本顶支撑性。选用直接顶厚度与采高的倍数比作为反映基本顶支撑条件的概略性总体指标。,（3）伪顶影响。取伪顶厚度h作为评价指标。,（4）底板强度。取直接岩层的抗压强度q作为评价底板影响的主要指标。,第二节 评价因素结构指标体系,一,评价因素结构（续）,复合因素7个，基本因素15，指标量化,(八）工作面块度,长壁工作面块度包括2个指标,。,（1）可布置面长l,工作面长度与采煤工艺方式、单产等技术经济指标存在着密切关系，理论上，可布置工作面长些有利，一般在无地质和技术条件限制下，工作面长度不宜少于160m。,（2）可推进长度S,可推进长度S增大，因工作面搬家造成的产量降低和费用增加相对减少，可推进长度一般不宜小于1000m。,第三节评价因素隶属函数,定义：,隶属函数是评价因素间价值约定的具有可比性的统一尺度可刻画出等一地质因素变化对开采效果影响的模糊关系。,（一）综采工艺,根据地质条件对综采工作面开采的关系，对夹矸系数G、工作面可推进长度S（m）、工作面长度L（m）、煤层开采厚度M（m）和煤层倾角a等隶属函数作了调整,。,特点：,随着技术进步，不断提高对地质条件的适应性。评价样本越多，应用范围越大，越准确，需进行不断调整。,。,第三节评价因素隶属函数,（,一）综采工艺（续）,（1）夹矸系数G的隶属函数。,对于放顶煤综采工作面，顶煤夹矸对放顶煤使用效果的影响，要比普通综采或大功率综采工作面更为严重。当夹矸厚度300mm以下时，对放顶煤开采影响小，随着夹矸厚度的增大，影响程度也越来越大；当夹矸厚度达到1000mm以上时，在目前的技术水平下，就很难使用放顶煤开采的方法。,对放顶煤综采工作面的隶属函数可调整为：,1.0,G5%,1.1-2G,5%G10%,G,=,1.4-5G,10%G15%,2.3-11G,15%G20%,0.1,G20%,式中:,G-夹矸系数，计算式为,G,i,-钻孔内煤层夹矸厚度，以在顶煤中的夹矸计算；,X,i,-钻孔内煤厚。,第三节评价因素隶属函数,（,一）综采工艺（续）,（2）工作面可推进长度S（m）的隶属函数。,随着技术的进步，巷道掘进独头通风距离加长，综采工作面可推进长度将越来越大，工作面可推进长度的增大，减少了工作面搬家次数，可保证工作面快速推进，从而有利于矿井高产高效。,0,S500,s,(s)=,0.43lnS-2.268,500S2000,1.0,S2000,第三节评价因素隶属函数,（,一）综采工艺（续）,（3）工作面长度L（m）的隶属函数。,随着工作面装备水平的不断提高，工作面长度也将相应增大,L,(L)=,0,L80,0.03L-2.4,80L100,0.00557L-0.0667,100L130,0.005L-0.015,130L150,0.00333L+0.4,150L180,第三节评价因素隶属函数,（,一）综采工艺（续）,（4）煤层开采厚度M（m）的隶属函数。,煤层2.8m以上的煤层在采用合适的采煤工艺基础上，可取得较好的技术经济效果,0.25M+0.05,1.0M1.4,0.45M-0.23,1.4M2.0,M,(M)=,0.12M+0.43,2.0M2.5,0.9M-1.52,2.5M2.8,第三节评价因素隶属函数,（,一）综采工艺（续）,（5）煤层倾角,的隶属函数,随着综采设备对地质条件适应性的不断增强，煤层倾角15,o,以下时，对生产影响不大。对于长壁综采高产高效矿井，暂不考虑倾角25,o,以上的煤层,1,05,1.11-0.22,510,()=,1.01-0.012,1015,2.075-0.083,1525,第三节评价因素隶属函数,（,二）普采工艺,由于普采工艺与综采工艺的特点不同及评价因素结构略有不同，故其隶属函数变化较大,（1）夹矸硬度R,G,（MPa）的隶属函数u（R,G,）,R,G,(R,G,)=,1.0,0R,G,20,1.2-.01R,G,20R,G,30,1.8-0.03R,G,30R,G,40,1.4-0.02R,G,40R,G,60,第三节评价因素隶属函数,（,一）普采工艺（续）,（2）煤层变异系数r的隶属函数,0 0.18,()=,0,0.18,第三节评价因素隶属函数,（,一）普采工艺（续）,（3）煤层开采厚度M（m）的隶属函数,M,(M)=,0.2(1.0-M)/(1-H,min,+0.3,H,min,M1.0,0.75M-0.45,1.0M1.4,0.667M-0.334,1.4M2.0,1.0,2.0M2.4,2.6-0.667M,2.4M2.7,2.15-0.5M,2.7M3.5,第三节评价因素隶属函数,（,一）普采工艺（续）,（）煤层倾角,的隶属函数,()=,1,05,1.1-0.01,515,1.01-0.012,1525,2.075-0.083,2535,0,3545,第三节评价因素隶属函数,（,二）普采工艺,（5）岩层硬度Rc（MPa）的隶属函数u（Rc）,R,c,(R,c,)=,0.0875Rc+0.143,3R,c,10,1.0,10R,c,15,1.15-0.01R,c,15R,c,20,1.85-0.045R,c,20R,c,30,0.95-0.015R,c,30R,c,50,第三节评价因素隶属函数,（,二）普采工艺,（6）直接顶岩石硬度（MPa）的隶属函数,()=,0.4,16,0.04286-0.2858,1630,1.0,3040,1.8-0.02,4080,第三节评价因素隶属函数,（,一）普采工艺（续）,（）工作面长度L（m）的隶属函数,L,(L)=,0.005L-0.1,40L60,0.015L-0.7,60L80,0.0125L-0.5,80L100,0.005L+0.25,100L150,1.0,150L180,1.9-0.005L,180L200,2.9-0.01L,200L1000,第三节评价因素权重,权重：评价系统在结构上的一种定量化的约定,表示评价因素在评价结构上的相对重要性,特点：权重是在一定条件范围内的相对稳定值，随开采设备 和技术的发展，权重要作适当修正。,方法：层次分析方法（AHP），专家打分法,附表：综采工艺各因素权重计算结果,结束,附表：普采工艺各因素权重计算结果,复合因素权重,子因素权重,地质构造复杂程,0.217 63（1）断层影响（2）褶皱影响,(1)0.150 82(2)0.066 81,煤层稳定性程度,0.238 73 （1）煤层可采性（2）煤层变异性,（3）煤层夹矸系数,（1）0.065 67（2）0.076 20,（3）0.096 86,煤层采厚,0.083 69 煤层开采厚度,0.083 69,煤层倾角,0.104 91 煤层倾角,0.104 91,煤层坚硬性,0.021 08 煤层坚硬性,0.021 08,煤层顶低板条件,0.213 40（1）直接顶稳定性（2）基本顶支撑性,（3）伪顶影响 （4）底板影响,（1）0.102 82（2）0.057 26,（3）0.012 08（4）0.041 24,工作面块段,0.120 56（1）工作面长 （2）可推进长,（1）0.054 61（2）0.065 95,合 计,1.000 0 合 计,1.000 0,返回,综采工艺各因素权重计算结果,复合因素权重,子因素权重,地质构造复杂程,0.141 0（1）断层影响 （2）褶皱影响,（1）0.104