基于SPSS多元回歸分析的超深孔爆破截齒消耗統計

(華北科技學院　河北　廊坊　065201)

超深孔擴裂爆破與大斷面巖巷掘進結合在一起，可以為緩解日益突出的采掘接替緊張提供新的技術途徑[1-4]。然而，在超深孔爆破輔助掘進機的過程中，超深孔爆破距離較長[5]，巖性變化較大，又常采用小范圍的淺孔爆破進行輔助。造成了影響截齒消耗因素的復雜性，所以超深孔爆破所減少的掘進機截齒消耗量，很難用簡單的計算方法得出。而截齒消耗量是超深孔爆破效果評價的重要指標[6]，同時也是掘進成本的重要組成部分。可靠的齒消耗數據分析，可以作為工作面是否采用超深孔爆破的重要參考依據。所以，面對以上問題，收據現場試驗數據，基于多元線性回歸分析的理論和方法，利用SPSS軟件對掘進機截齒消耗量和超深孔爆破、淺孔爆破與巖性的關系進行科學分析。分析結果對煤礦生產決策具有很大的幫助。

一、數據獲取

(一)工程背景

某礦輔運大巷從中條帶東輔運大巷開口，按0°施工10米；按7°施工171.86米，屆時穿過5.94的深灰色砂質泥巖；按-0.4°施工605.21米，沿3#煤頂板上方8米的深灰色粉砂巖掘進；所經過巖層中以深灰色粉砂巖的強度、硬度和完整性最好，施工中掘進機掘進速度很慢、并且截齒消耗也很嚴重。深灰色粉砂巖的普氏系數F=5，屬于比較堅固巖石。采期間也采用了2.4m淺孔爆破，但效果不理想。擬采用超深孔爆破輔助掘進機掘進，但出對超深孔爆破方案的效果的疑慮。因此進行小范圍的試驗，以驗證超深孔爆破效果。

(二)數據采集

超深孔試驗前后進行連續的跟班，觀察并記錄輔運大巷作業情況，結合地質勘情況，發現影響截齒消耗的主要因素為巖性強弱、是否采用淺孔爆破、是否采用超深孔爆破。巖性的強弱，根據工程背景可知，該區域巖石主要分成兩類：堅硬的粉砂巖、軟弱的砂質泥巖。因此可將巖性強弱轉化為硬巖占比，即粉砂巖所占工作面的比例進行記錄。2.4m淺孔爆破，其影響范圍取2.4m進尺進行記錄。超深孔爆破，其影響范圍取其孔深長度。截齒由于價格很高，所以掘進隊有專門的臺帳，記錄跟換截齒數量和日期。因此截齒跟換數據以礦方提供數據為依據。所得數據記錄內容如表1所示。

原始數據記錄表1

二、分析方法

多元統計分析是數理統計的一個分支[7,8]。它研究如何有效地整理和分析受隨機影響的數據,并對所考察的問題作出推斷或預測，幫助我們正確認識事物客觀存在的統計規律。

多元線性回歸有下列幾個步驟：第一步，依據研究內容確定因變量和自變量；第二步，模型的設定，根據所研究的對象結合理論確定；第三步，參數估計；第四步，模型的檢驗。第五步，模型的應用。

多元線性回線性回歸模型：

(1)假設解釋變量為x1,x2,x3…xp-1,這些變量被認為是和因變量y有關聯。

(2)多元線性回歸模型假設

y=b0+b1x1+b2x2+…bmxm+e

其中E(e)=0,D(e)=σ2；b0,b1,…,bm,σ2為未知參數，x1,x2…,xm為解釋變量。解釋變量和未知參數都是線性出現的回歸模型稱為線性回歸模型。為了確定線性回歸模型的未知參數，必須配有解釋變量和應變量的若干觀測值：

SPSS則是國際上著名的通用統計軟件之一。其簡潔的界面讓人們可以直接面對所分析的問題本身，而非消耗大量時間在復雜的語法編程操作上。本文的數據分析就是借助SPSS完成。

三、分析過程

(一)原始數據處理

通過對表1數據觀察可知：1、對截齒消耗直接相關的變量為，淺孔炮、超深孔爆破、硬巖占斷面比重。2、截齒數據較為離散，無法直接進行回歸分析。因此可對表格1進行如下處理

(1)剔除無關變量，進行單位化處理，以掘進1.2m巷道為一個單位。自變量為：X1是否放淺孔炮。X2是否超深孔爆破。X3硬巖占斷面比重。因變量為：Y每掘進1.2m巷道截齒消耗個數。

(2)將截齒離散的消耗數據，以平均值的形式對應到相應進尺上。特別說明8月23號跟換的截齒中有20個是在超深孔爆破試驗前已經損壞、需要跟換的，但由于試驗進度，未及時跟換，因此將這20個截齒劃歸到試驗前進尺截齒消耗。

(3)2.4m淺孔炮的影響進尺，取每次爆破后2.4m的進尺受爆破影響。

(4)加入30組掘進軟巖時的平均截齒消耗。

可得統計分析數據，如表2所示。

表2　統計分析表

(二)SPSS回歸分析

利用統計分析軟件SPSS進行多元線性回歸可得多元線性回歸系數。

表3　多元線性回歸系數表

表4　模型匯總表

表5　Anovaa

由sig的值的判定可知，如果小于0.025表明變量的作用是顯著的，如果sig小于0.005表明變量的作用是高度顯著的。從表3中可以看出，X1的sig值小于0.025，可見淺孔炮爆破(X1)的作用是顯著的，X2的sig值小于0.005，可見超深孔爆破(X2)的作用則是高度顯著的。

則可知回歸方程為：-3.063X1-9.738X2+14.295X3+1.996=Y

利用檢驗統計量R，F來判斷該模型的是否可靠。

(1)相關系數R的評價。由表4可知R的絕對值為0.850表明該線性相關性較強。

(2)F檢驗法。由表5可知F=53.59>F1-0.05(3,62)=2.753。

以上兩種統計推斷方法推斷結果是一致的，說明自變量和因變量之間顯著的有線性相關關系，所得到的線性回歸模型可用。

所以我們分析所得到的線性回歸方程可知：

(1)2.4m淺孔炮爆破效果為：每掘進1.2m全斷面硬巖巷道時，采用2.4m淺孔炮爆破可以減少3.063(個)截齒，即2.5525(個)/m。

(2)采用超深孔爆破效果為：每掘進1.2m全斷面為硬巖巷道，采用超深孔爆破可以減少9.738(個)，即8.115(個)/m。

(3)不采用任何措施時：每掘進1.2m全斷面為硬巖巷道，需消耗16.291(個)，即13.57(個)/m。

(4)全斷面硬巖時，不采用任何措施時消耗截齒13.57(個)/m，采用超深孔爆破時消耗5.455(個)/m，可知在全斷面為硬巖的情況，超深孔爆破可以減少59.8%的截齒消耗，即8.1(個)/m。

以上結果與現場作業人員實際經驗吻合。

四、經濟效果評價

由前文的多元線性回歸可知，采用超深孔爆破時可減少截齒消耗消耗8.1(個)/m。按礦方提供的數據，截齒單價為425元，可知如果采用超深孔爆破可以節約截齒消耗費為3400元/m。礦方根據此數據，對比每米進尺預算，即可得出采用超深孔爆破是經濟上合理的。

五、結論

基于多元線性回歸分析的理論和方法，應用統計學軟件對截齒消耗與超深孔爆破，淺孔爆破，巖性進行統計分析，得出了結論如下：超深孔爆破可以減少59.8%的截齒消耗，即8.1(個)/m。以上結果同時也與現場作業人員的實際經驗吻合。該方法的分析結果，對煤礦生產決策具有很大的幫助。因此當遇到類似問題時可以采用同樣統計學方法，進行對截齒數據進行分析處理。