模糊数学在巷道围岩类别评价与控制中的应用.pdf

l2 能 源 技术 与 管 理 2 0 1 2 年第 6 期 d o i 1 0 3 9 6 9 is s n 1 6 7 2 9 9 4 3 2 0 1 2 0 6 0 0 5 模糊数学在巷道围岩类另 l J 评价 5控制中的应用 陈彦军 徐星z 姚酷 赵伟 1 1 河南煤业化工集团 城郊煤矿 河南 永城 4 7 6 6 0 0 2 河南工程学院 安全工程系 河南 郑州 4 5 1 1 9 1 摘要 巷道围岩的类别是矿井煤柱尺寸及支护设计的基础 以往设计中考虑的因素不够 全面且受主观性 因素影响较大 造成巷道后期维护 困难 影响工程进度 通过采用 模糊数学方法对巷道 围岩分段进行模糊评价 寻求各评价因子的隶属 函数 以现场 实际条件确定各评价 因子的权重 建立模糊关系矩 阵 分段进行巷道围岩类别评 判 经验证 提 出的控制方法在现场是可行 的 关键词 围岩类别 模糊数学 权重 隶属函数 控制方法 中图分类号 T D 3 5 3 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 2 9 9 4 3 2 0 1 2 O 6 0 1 2 一 O 2 0 引 言 2 巷道围岩稳定性影响因素及其隶属度 煤矿巷道围岩的稳定性受多种因素影响 巷 道围岩稳定性具有非线性 随机性和模糊性等特 点 矿井为实现安全高效发展 需要全面 准确地 对巷道围岩稳定性进行评价 并适时制定相应的 安全措施 而应用模糊集合理论能较合理地深刻 地揭示巷道围岩变形的本质和规律性 并能对围 岩类型作出较准确可信的判定 1 2 1 模糊评价理论原理 1 1 模糊数学模型 确定因素 指标 集合 y y Y 2 y n 它的元 素是研究对象的n 种因素或指标 有很明确特征 确定评判集合 文章将评判集 合的元素个数和名称确定为 5 个 即稳定易控制 较稳定较易控制 较不稳定较难控制 V 3 a 不 稳定难控制 U 4 a 极不稳定极难控制 模糊评判矩阵R 对单因素Y i的模糊评判为 f u i r i r 这 几个模糊评判导 出 Y x V上 的 模糊关系曼 的模糊关系矩阵 J 称为模 糊评判矩阵 1 2 模糊评判步骤 模糊评判步骤流程图如图 1 所示 权 确定 素集合 重 最 及 综 大 隶 可 一 确定评判集合卜 一 属 评 能 度 评 确定评判矩阵 l 矩 判 阵 图 1 模糊评判步骤流程图 2 1 地质条件 影响巷道围岩稳定性的地质条件有很多 顶 底板岩性 地下水 煤层倾角 煤层厚度 断层裂 隙 煤层埋深等 3 煤巷在掘进过程中受断层影响 最为严重 选取每百米巷道在掘进过程中受断层 影响的条数 m为评估条件 隶属函数为 1 m 0 1级 一 m l 0 m 1 l0 m 1 f m 0 m 1 2级 1 m l l m 2 1 m 2 f m 一 1 1 m 2 I 3级 1 m 2 一 2 m 5 2 m 2 5 f 2 m一 4 2 m 2 5 4级 1 m 2 5 l 一 2 m 6 2 5 m 3 f 0 m 2 5 5级 2 m 一 5 2 5 m 3 l I 一 2 m 5 m 3 2 2 支护效果 按文献 4 中描述 在对巷道支护效果进行评 判时 衡量因素有很多 着眼于原因中主要的几个 因素 选取顶板下沉率 两帮移近率 底鼓率 失修 率 支护成本 巷道掘进速度等组成因素集合为 文章选取巷道围岩移近 率 k 为评判标准 2 0 1 2年第 6 期 陈彦军 等模糊数学在巷道围岩类别评价与控制中的应用 1 3 2 3 掘巷时间 由于巷道受到不断变化的载荷作用 随时间 增长巷道围岩变形增大 特别是对于埋深大 软岩 围岩的巷道影响很大 因此 选取掘巷时间与采空 区覆岩沉降稳定时间的先后关系 t 为评价指标 2 4 保护煤柱尺寸 如果在巷道掘进过程中煤柱尺寸过小 则巷 道的布置密度就越大 这时候容易造成巷道围岩 受多重应力叠加作用 致使巷道发生变形破坏 因 此 应将巷道布置在一个合理的位置 以避开应力 叠加及超前支承压力影响区 选取煤柱尺寸 d 与超前支承压力影响范围 的比值 作为评价因子 即 L d x 0 其中 0 1 5 4 3 0 0 9 8 H 式 中 日为煤层埋深 2 5断面尺寸 根据巷道的断面积 s的大小作为评判标准 影响巷道稳定性的因素有很多 文章采用以 上所描述的 5 个因子作为评价指标 根据现场专 业技术人员的安全管理经验及现场数据 确定各 评价指标分级如表 1 所示 后 4 种因子 j t d s 的隶属度函数参照 m的隶属度函数形式 表 1 评价指标分级 3 各影响因素权值的确定 若 施为第 i个指标的实测值 p 为该指标在 巷道围岩稳定性评价指标分级表中5 个数据的平 均值 则第 个指标的权重为 产 弋 一 嘶 n 1 因此就可以得到因素集合 y上的子集 尺 2 y 5 4 实例分析 4 1 模糊数学计算结果 以某矿 I 段巷道为例 其现场各评价因子的 数值为 0 0 7 2 2 1 0 1 1 2 1 1 5 2 求得各指标的 权重为 0 0 0 0 5 1 O 5 7 0 2 0 6 0 2 1 9 将各数值 代入隶属度函数 得到模糊矩阵为 R l 0 0 0 0 0 3l 0 6 9 0 O O l O 0 0 0 0 0 O 6 O 4 0 0 0 1 2 O 8 8 0 0 将表示权重的模糊子集 R 与表示隶属度模 糊矩阵 鸯做乘法 而获得模糊综合评价 z l R l 旦 0 5 8 6 0 0 6 1 0 3 1 6 0 0 8 2 0 m a x z 1 l 0 5 8 6 可见 级的隶属度 0 5 8 6 最大 所以 I 段巷 道的围岩属于稳定易控制围岩 同理 段 段巷道的模糊综合评价结果 如表 2所示 表 2 模糊综合评价结果 通过以上计算可知 I 段巷道围岩属于稳 定围岩 控制比较简单 巷道后期维护中只需在矿 压显现明显处加强支护即可 段巷道 围岩属于不稳定围岩 V段 段巷道围岩分别属 于较不稳定 极不稳定围岩 结合现场工程地质条 件 针对不同的围岩类型采取不同的处理方法 4 2 现场观测结果 在巷道掘进过程中连续观测 下转第 3 2页 3 2 秦家利钻屑法在掘进期间高应力集中区的应用 2 0 1 2 年第 6 期 孔代替 1 个大直径钻孔 钻孔呈正三角眼布置 底排孑 L 距底板 1 5 m 顶孔距底板 2 5 m 若巷道围 岩破碎 应适当加大钻孔深度 在打钻卸压的过程 中 如果出现吸钻现象 即煤粉钻自动向钻孔推 进 此时要抱紧钻向回抽 促使煤粉全部排出 不 再出现吸钻现象 方可向里推钻 直至打到理想的 深度进行排粉泄压 3 2 两帮卸压方案 卸压钻孔布置示意图如图 1 2 所示 图 1 溜子道迎头后方大直径卸压钻孔布置剖面图 图2 溜子道顺槽两帮卸压钻孔布置平面图 溜子道迎头后方 3 0 m范围内 煤壁侧垂直于 实体煤帮每隔 1 5 m打一个大直径卸压钻孔 按 三花眼布置 距离底板 1 5 m 孔深 1 5 m 孔径 1 1 0 m m以上 根据现场实际情况 若不能提供 1 1 0 m m以上的钻头 可用 3 个 4 2 m m的钻孔替 1 个大直径钻孔 煤柱侧无需卸压 若巷道围岩破 碎 应适当加大钻孔深度 在打钻的过程中 要选 好打钻的角度 防止破坏支护锚杆 尤其是打上部 眼时 要根据巷道的走向角度确定打眼角度 防止 打到顶板上 减弱防冲的效果 4 结论 通过使用钻屑法对 7 2 6 7 机巷煤体应力分布 情况的探测 划定了机巷应力集中区 并针对其区 域采取钻屑法进行卸压 卸压效果非常明显 卸压 后该区域的钻屑量指数明显降低 压力显现正常 煤炮次数明显减少 取得了较好的效果 确保了安 全生产 作者简介 秦家利 1 9 7 9 一 男 工程师 毕业于山东科技大学采 矿工程专业 长期从事煤矿安全监察工作 收稿 日期 2 0 1 2 0 5 2 8 上接第 1 3页 3 个月 后期翻修巷道后设点观测 巷道 围岩 的表面位移量 如 图 2 所示 g 2 o 0 0 霪1 5 0 0 C 1 0 0 0 窭5 0 0 姐 I 0 霉 l i l 豳 l l l l l I L l 一 一 瞄 一 一圜 i j V V V l v V l l l 巷道段 翻修前 翻修后 图 2 巷道翻修前后围岩表面位移量 由图2 可知 翻修后 各段巷道的围岩位移量 较翻修前均有大幅度减小 减少量分别达到了 4 5 9 5 以上分析所采用的模糊数学分析模型 与现场巷道围岩变形情况等是基本相符的 分段 采取的不同的加固方法等是可行的 5 结论 1 依据现场实测值确定出各评价因子的权 重 避免了评价结果 的主观盲 目性 2 对巷道围岩稳定性进行分段模糊处理 综 合评判 消除了某个影响因素在不同位置处均起 决定性作用的影响 经现场检验可行 3 对巷道围岩及其控制类型进行了分类 结合现场条件 针对不同的围岩类别提出了不同 的控制方法 在现场取得了良好的效果 4 在巷道掘进前获得该方法所需的5 个评 价因子指标值 可较准确地判断巷道围岩类别 为 合理设计保护煤柱尺寸及支护参数提供了依据 参 考 文 献 1 水木雅晴 模糊数学及其应用 M 刘凤璞 等 译 北 京 科学出版社 1 9 8 6 2 冯保成 模糊数学实 用集 萃 M