摘要：煤矿掘进效率直接关系到生产衔接和掘进成本。文章以实际生产地质资料为基础，利用数理统计和回归分析方法，归纳出了断层影响掘进的四个因素与全岩掘进率的定量关系，有利于指导掘进生产计划的下达和掘进工艺的改进，进而提高效率，降低成本，有益安全。

关键词：断层；煤矿掘进；多元回归分析；掘进效率；数理统计 文献标识码：A

中图分类号：TD163 文章编号：1009-2374（2015）05-0156-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0410

影响煤矿掘进的最主要地质因素之一是断层，特别是小型断层。当掘进工作面遇到断层时，顶板压力增大，顶板破碎，多数情况下出现半煤岩或全岩掘进，有时甚至出现冒顶事故，严重制约了掘进效率。

研究断层对掘进的影响程度，建立断层影响因素与全岩掘进率的定量关系，对安排掘进生产计划、选择掘进方案、提高掘进效率，具有重要的现实意义。所谓全岩掘进率就是全岩巷道进尺数与总进尺数的比值的百分数。为此，我们搜集了开滦能源化工股份有限公司吕家坨矿业分公司2011年以来的大量地质资料，运用数理统计和回归分析方法进行分析处理，取得了初步

成果。

1 断层对掘进的影响因素

煤矿生产实践表明，断层对掘进的影响因素主要有断层落差、煤层厚度、断层倾角、断层走向、断层个数。在此，我们选择了下面五个变量作为断层对掘进的影响因素。

1.1 断层破坏系数

断层破坏系数是断层落差h与煤层厚度m的比值，即μ=h/m。μ越大，说明断层落差越大、煤厚越小，掘进越困难，全岩掘进进尺可能越多。在同一掘进工作面，煤厚总体来说变化不大。因此，断层落差起决定作用。我们将μ作为影响因素。

1.2 断层线密度

断层线密度是断层个数n与巷道长度d的比值，即ρ=（n/d）×100。显然，ρ越大，说明断层的个数越多，掘进越困难，全岩掘进进尺可能越多。我们将ρ作为影响因素。

1.3 断层倾角β的sinβ

一般认为，断层倾角越小，断层的破碎带越宽，冒顶的危险程度也越大，掘进越困难，全岩掘进进尺可能越多。我们将sinβ作为影响因素。

1.4 断层走向与掘进方向的夹角θ的sinθ

断层走向与掘进方向的夹角越小，影响掘进的距离越长，掘进越困难，全岩掘进进尺可能越多。我们将sinθ作为影响因素。

1.5 断层的不可见度

设计掘进工作面不可能完全避开所有断层，因此，掘进巷道必然通过探测断层和推测断层，我们称之为可预见断层。在掘进施工以后，往往揭露新的断层，我们称之为不可预见断层。断层的不可见度是不可预见断层个数n1与可预见断层个数n2的比值，即ω=n1/n2。显然，断层的不可见度越大，地质预报的准确程度越低，掘进越困难，全岩掘进进尺可能越多。ω与线性密度ρ有关，我们将ω作为影响因素的参考因素，不作为断层对掘进影响的评价因素。

2 断层对掘进影响的多元回归分析

多元回归分析的数学方程为：

y=b0+b1x1+b2x2+b3x3+b4x4

式中：

y——全岩掘进率，即全岩掘进尺数/巷道总尺数的百分数

b0～b4——待定系数

x1——断层破坏系数μ（h和m取平均值）

x2——断层线密度ρ

x3——sinβ（β取平均值）

x4——sinθ（θ取平均值）

利用表1原始数据，获得回归方程为：

y=-7.806+8.7627x1-0.0742x2+18.6749x3-2.5608x4

相应的F值为：

F=0.0454

F1=0.208

F2=0.753

F3=0.156

F4=0.694

表1 影响掘进因素表

全岩率（全岩尺数/总尺数）% 断层破坏系数（断层落差/煤层厚度） 断层线密度（断层个数/巷道全长）/100m 断层的平均倾角β的sinβ（四位小数） 断层走向与推进方向的平均夹角θ的sinθ（四位小数） 断层不可见度（不可预见断层/可预见断层）%

2.2 0.86 0.72 0.6293 0.3616 66.7

14.3 0.72 1.16 0.6856 0.1482 2000

10.8 0.91 0.65 0.8299 0.9029 21.4

12 1.21 42.9 0.7388 0.5315 100

0.74 0.36 1.57 0.8437 0.0307 325

1.7 0.39 0.39 0.2126 0.4241 83.3

14.8 0.51 0.84 0.7853 0.2952 300

0 1.13 1.45 0.7148 0.8936 50

1.2 0.59 3.74 0.8901 0.9964 25

1.6 0.31 0.85 0.5735 0.829 167

11.8 0.47 1.19 0.6662 0.766 350

0 0.43 0.4 0.5323 0.7294 80

15.1 0.41 2.41 0.8058 0.902 2950

10.4 1.19 0.77 0.5284 0.628 66.7

24.75 0.78 1.5 0.8234 0.8023 475

14.4 1.22 2.44 0.9024 0.2588 145.5

25.3 0.91 1.99 0.7706 0.0978 1050

7.8 0.85 2.29 0.7862 0.279 325

0 0.16 0.28 0.7986 0.9613 75

12.5 0.47 2.69 0.7862 0.6319 2800

30 0.92 1.75 0.8465 0.8502 366.7

3 应用

利用上述公式，可以预测掘进巷道的全岩掘进率，所使用的断层为三维地震断层和附近巷道揭露的断层，同时结合区域构造不可见度加以修正。得到全岩掘进率后，便可下达较为合理的作业计划。

另外，当计算的全岩掘进率数值较大时，应该考虑改进掘进工艺和方法，即对于较为可靠的断层，采取提前控制掘进层位的措施，以减少全岩或半岩进尺或使掘进巷道处于较软层位。此处不再详述。

4 结语

断层对煤矿生产的影响规律的研究是个世界性难题，我们只列举了断层影响掘进的四个主要评价因素，得出了全岩掘进率预测公式，具有现实参考价值。通过理论计算和经验统计初步认为，掘进巷道在设计巷道的全岩掘进率达到11%时，或者改变设计，或者利用钻探查明构造进而改变施工工艺和方法（关于断层对回采工作面的影响，有专家认为在“h/m×L/s”小于0.02时，可考虑推过断层连续回采，否则应跳面回采。式中：h—断层落差，m—煤层厚度，L—断层走向长度，s—断层在采面方向的影响面积）。需要说明的是，巷道全岩掘进率的临界值还应根据各煤矿实际进行调整。

参考文献

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[2] Γ.М.CTOB，等.国外煤田地质[M].北京：煤炭工业出版社，1989.

[3] 朱晓岚.矿体几何学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1985.

[4] 戴数森，等.可靠性试验及其统计分析[M].北京：国防工业出版社，1983.

作者简介：米文宝（1969-），男，河北唐山人，国家煤监局冀东分局室主任，高级工程师，研究方向：采矿工程。

（责任编辑：蒋建华）