立体化巷道布置对综放开采自燃影响的数学评价

赵亚军高 扬，2

（1.内蒙古科技大学矿业研究院，内蒙古包头 014010；2.内蒙古伊泰煤炭股份有限公司，内蒙古鄂尔多斯 01700）

·矿业与水利工程·

立体化巷道布置对综放开采自燃影响的数学评价

赵亚军1高 扬1，2

（1.内蒙古科技大学矿业研究院，内蒙古包头 014010；2.内蒙古伊泰煤炭股份有限公司，内蒙古鄂尔多斯 01700）

针对综放开采过程中煤层易自然发火问题，提出采用错层位巷道布置采全厚采煤法开采方案，并建立层次结构模型进行对比分析。结果表明：该方案完全可控制采空区漏风，提高煤炭回采率，消除易自燃浮煤，从根源上解决自然发火问题。

煤层自燃；错层位；层次分析法；危险性评价

综合机械化放顶煤开采在厚煤层矿井具有显著的经济和社会效益，但自然发火问题是制约综放开采发展的主要因素之一。为了更好地预防和控制采空区遗煤自然发火，需改进传统综放开采方式，消除易自燃浮煤，才能从根源上解决自然发火问题［1-2］。

1 错层位巷道布置采全厚采煤法概述

传统的放顶煤开采的巷道布置系统工作面端头及巷道顶部不放煤，相邻工作面之间需留设20m左右的“T”字型保护煤柱。在厚煤层错层位采全厚采煤法的巷道布置系统（如图1所示）中，分别沿煤层顶板和底板布置区段回风巷和进风巷，下区段进风巷则是在上一回采面垮落稳定的采空区下掘进［3］。

图1 错层位巷道布置系统

与传统放顶煤巷道布置系统相比，错层位巷道布置系统具有以下优点：①工作面的端头顶煤和巷道顶煤均被采出，取消了区段煤柱，从根源上解决了煤炭自然发火的隐患；②采空区侧的巷道处于应力降低区内，并有实体三角煤做支撑，能有效减少巷旁漏风；③在煤层顶板或者采空区垮落稳定的矸石下掘进区段进、回风巷，避免了高冒区的形成，杜绝了高冒发火的情况。

2 自然发火危险性评价

层次分析法［4-5］是一种定性和定量相结合的系统化、层次化分析方法。根据影响煤炭自燃危险性的因素，首先将综放工作面自然发火危险性作为目标层A，然后将所涉及的相关影响因素进行分层，目标层包括5个因素，即A=｛B1，B2，B3，B4，B5｝；中间层又包括19个因素，具体层次结构模型如表1所示。

表1 层次结构模型

按照表1所示的层次结构模型，建立上下层次之间的隶属关系构造判断矩阵（见表2），计算相应的权重，并做一致性检验，具体计算步骤如下：

表2 判断矩阵A-B数值表

①将判断矩阵每一列进行归一化，求出特征向量和矩阵：②计算判断矩阵最大特征根λmax，即：

式中：（AW）i—向量AW的第i个分量。

③进行一致性检验：

式中：CI为一致性指标；CR为一致性比例；RI为平均随机一致性指标。

经计算，第1层次与第2层次间的隶属关系判断矩阵具有满意的一致性，同理可建立第2层次与第3层次之间的隶属关系构造，具体情况如表3所示：

表3 判断矩阵A-B i数值表

层次总排序及一致性检验结果为0.03650，具有满意的一致性。综上所述，各层元素对目标层的权重如表4所示：

3 煤炭自燃危险性等级划分及评价

根据国内学者对煤矿现场的研究［6］，可将自然发火危险性分为4级，即：I类很危险（>0.53）、Ⅱ类危险（0.53～0.30）、Ⅲ类可能自燃（0.30～0.15）和IV类不自燃（<0.15）。传统综放开采的评估值为：

采用传统巷道布置，其自然发火危险性属于Ⅱ类危险型，而在错层位巷道布置系统中，端头煤损为传统综放开采的25.6%，初末采煤损为原来的88.3%，三角形煤柱煤损为相应“T”型煤柱的23.6%，由于采巷内没有高冒区，所以回采巷道布置方式影响因素也相应降低。据此，对错层位巷道布置采煤法各单独因素影响系数进行打分，结果如表5所示：

表4 各层元素对目标层的权重

由计算结果可知，若采用错层位巷道布置采煤法，其自然发火的危险性属Ⅲ类可能自燃型，发火危险性明显降低。

表5 各个单独因素对目标层的影响系数

4 结论

4.1 错层位巷道布置系统独有的三段式回采工艺，可将进风巷和过渡支架上方的顶煤采出，端头“T”型煤损为三角形煤损，即大幅度地降低了煤炭损失，也消除了易自燃浮煤的存在，能够从根源上解决自然发火的问题。

4.2 通过对矿井自然发火危险性进行评估，证明采用错层位巷道布置采煤法相较传统综放开采煤层自然发火的危险性明显降低。

［1］张飞，王贵林，殷跃，等.煤自然发火综合防治方法研究［J］.煤，2011，（1）.

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［4］王涛，侯克鹏，等.层次分析法（AHP）在尾矿库安全运行分析中的应用［J］.岩土力学，2008，11.

［5］褚廷湘，杨胜强，等.模糊综合评价对采空区自然发火的评价及应用［J］.中国安全生产科学技术，2008（1）：124-127.

［6］裴晓东，张人伟，王亮.综放面采空区煤炭自然发火的危险性评估模型［J］.能源技术与管理，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

赵亚军（1959-），男，教授级工程师，研究方向：矿山安全。