(华北科技学院 北京 101601)

引言

在美国、澳大利亚等采煤大国，通常都是采用煤层瓦斯含量来作为煤与瓦斯突出危险性的一个指标[1,2]。1994年，澳大利亚政府最先将瓦斯含量定为预测瓦斯突出唯一指标[3]。影响瓦斯赋存规律的因素很多，比如煤层埋深、煤厚、顶底板岩性等。以金家庄煤矿为例，本文将采用主成分分析法对其瓦斯含量的影响因素进行排序，确定其因素权重。

一、矿井概况

井田位于离柳矿区西部，三交～柳林单斜含煤区中南部，走向为北西——南东向，倾向南西，井田东西长4.95km，南北宽2.78km，面积6.0842km2。井田内未发现陷落柱。

二、影响煤层瓦斯含量的因素

(一)顶底板岩性

含煤地层的岩性组合及其透气性对煤层瓦斯含量有重大影响[4]。9号煤层直接顶板为泥岩，厚度3.34-9.72m，平均7.06m，有时为炭质泥岩伪顶，厚0.28m左右；底板岩性为泥岩。

(二)煤层埋深

在一定深度范围内，煤层瓦斯含量与埋藏深度成正比[5]。通过对金家庄煤矿9号煤层的埋深等值线图和瓦斯含量等值线图对比发现，瓦斯含量会随着埋深的增加而逐渐变大。

(三)煤层厚度

煤厚变化破坏了瓦斯在煤层中的均衡状态，从而促进了瓦斯的运移和变化，此外，煤厚变化处也往往是地应力发生变化和集中的地方，而地应力分布与瓦斯分布极为密切[6]。根据金家庄煤矿煤层特征表可知，8号煤层平均厚度大约为2m，9号煤层平均厚度约为4.24m。

为了真实反映瓦斯变化规律，特选取金家庄煤矿一组实测数据来分析影响瓦斯含量变化的因素。

三、主成分分析法

(1)数据标准化。对样本数据作标准化处理。

(2)协方差矩阵。

(3)计算特征值、贡献率

选取方差贡献率在75%～85%的第j个主成分，其主成分个数为j=1，2…，q。

(4)确定主成分特征向量，计算出影响因素权重Wi。

归一化处理后可计算出各因子的权重向量Wi，并依此对各因素影响程度进行评价。

四、主成分分析的应用

(1)原始数据标准化，建立相关系数矩阵，得出各影响因素特征值与贡献率。

数据分析可知，底板标高、煤厚、倾角三个影响因素的累积贡献率到达80.422%，满足75%～85%要求[8]，所以这3个影响因素可以大致代表所有的变量，即选取底板标高、煤厚、砂岩比为三个主成分。通过前三项主成分方差贡献率，建立金家庄煤矿瓦斯压力影响因素的综合评价函数：F=35.825X1+69.954X2+80.422X3。用该综合评价函数可以在很大程度上代表所有的煤层瓦斯含量的影响因素。

(2)计算权重向量：

W埋深=|0.82×35.823%+0.424×27.131%-0.353×17.488%|=0.342

同理可以得到W煤厚=0.081、W砂岩比=0.202、W倾角=0.0077、W底板标高=0.344。权重向量越大，表明该指标影响瓦斯含量程度越大。所以，结合以上计算方法来看，影响金家庄煤矿瓦斯含量的主要因素顺序为：底板标高>埋深>砂岩比>煤厚>倾角。

五、结论

通过对金家庄煤矿瓦斯含量影响因素的分析，得出结论如下：

(1)运用主成分分析法对金家庄煤矿影响瓦斯含量因素作出分析，影响瓦斯含量最大的因素为底板标高，影响最小的因素为煤层倾角。

(2)主成分分析法能够将影响因素进行定量化处理，结合所赋予的权重，能更加清晰的了解每一个指标对瓦斯含量影响因素的大小，对正确评价瓦斯赋存提供更加有力的依据，对日常瓦斯管理和防治瓦斯突出具有指导意义。