开采系统（通用12篇）
开采系统 篇1
0 引言
据国有重点煤矿的不完全统计资料, 目前我国“三下”压煤约137.9亿t, 其中建筑物下压煤为87.6亿t[1,2]。部分矿区“三下”压煤量十分巨大, 已经严重制约着矿区的发展, 如徐州矿务集团2006年底“三下”压煤量约3.1亿t, 占总可采储量的62%左右。
进行建筑物下采煤的关键是对开采引起的地表沉陷进行正确的预计以及合理进行工作面布置设计, 目前开采沉陷预计软件较多[3,4], 但是未见使用Delphi语言开发的预计程序, Delphi作为面向对象的可视化编程工具, 适用于快速应用程序开发, 拥有数量众多的开发控件, 是开发桌面程序的优秀工具。此外, 目前的开采沉陷预计软件均不能实现工作面的辅助设计。本文基于概率积分法基本原理, 采用ACCESS作为后台的数据库管理系统, 使用Delphi作为开发平台和Surfer作为绘图软件, 开发了开采沉陷预计分析及“三下”开采辅助设计系统。为建筑物下采煤设计、征地搬迁、土地复垦等提供了科学的依据。
1 开采沉陷预计的基本原理
利用计算机程序预计地下开采对地表及建 (构) 筑物的影响程度, 是目前国内外应用较好的一种辅助评价方法。对于地表沉陷预计方法, 概率积分法因其理论成熟, 研究时间较长, 目前已成为我国开采沉陷预计中应用最为广泛的方法之一。因此, 本文研究开发的系统以概率积分法理论模型为基础, 结合最新的计算机图形显示技术和图形处理技术, 开发出了可视化的地表沉陷预计系统。概率积分法基本原理:概率积分法是基于随机介质理论的开采沉陷预计模型。它将单元开采引起的上覆岩层的下沉视为一随机事件, 以事件发生的概率来描述岩体和地表任意点的沉降量, 从统计观点来看, 认为任意开采条件下都可以把整个开采分解成许多, 甚至无限多个微小单元的开采, 整个开采对于岩层和地表的影响等于所有单元开采的影响总和。整个开采引起的下沉盆地的剖面方程式, 可表示为概率密度函数的积分公式。
2 系统分析与总体设计
2.1 需求分析
通过分析用户对软件系统在功能、行为、性能、设计约束方面的期望, 根据相关的规程标准, 对软件需求分析如下。
(1) 数据录入。用户通过鼠标选择数字化矿图中的工作面单元或者手工输入点来实现工作面数据录入, 录入数据为开采工作面的各种参数 (确定工作面空间位置的三维坐标, 煤层厚度, 煤层上山方位) 。地表影响范围的录入通过选取矩形区域来实现。计算过程中使用的预计参数 (下沉系数、水平移动系数、主要影响角正切、开采影响传播角、拐点偏移距等) 直接从系统数据库中选取, 如有需要可以直接进行修改。
(2) 数据处理。系统沉陷预计的模型采用概率积分法, 对于任意形状的工作面, 系统通过将工作面微分成许多小矩形, 计算每个小单元工作面对地表的影响, 最后通过数据叠加方式实现变形预计。
(3) 数据输出。变形计算完成后, 系统将变形计算结果直接存入数据库。并可按照用户要求生成数据报表或者输出等值线、矢量图和表面图等图形。输出图形格式与AutoCAD格式兼容, 用户在本系统中可以对输出图形进行编辑处理。
2.2 功能设置
通过对用户需求的分析研究, 确定系统应具备数据管理、变形计算、图形绘制、工作面设计、系统管理和帮助等功能。
(1) 数据管理。 (1) 工作面管理:录入、查询、删除、修改、打印工作面数据; (2) 计算参数管理:录入、查询、删除、修改、打印计算参数数据; (3) 地表计算范围管理:录入、查询、删除、修改、打印影响面数据; (4) 计算结果编辑:查询、删除、打印变形计算结果。
(2) 变形计算。选定工作面和地表计算范围后, 进行变形计算。通过报表和等值线图两种形式查看变形计算的结果。
(3) 图形处理。此模块可对图形进行编辑, 绘制等值线, 变形矢量图, 下沉表面图。
(4) 反演实现。工作面设计、给定下沉、倾斜、水平移动或者水平变形中的某一个值, 通过反演求出要设计工作面的走向长度。
(5) 系统管理。 (1) 数据库管理:提供数据库备份与恢复功能; (2) 退出系统。
2.3 数据库设计
本系统要求建立起矿区沉陷预计数据库, 以便对沉陷预计过程及预计结果产生的数据进行保存。
(1) 设计原则。 (1) 数据库名称:mining_subsidence_forecast;简称为:MSF; (2) 表名格式规范:表名格式为MSF_X, 其中MSF为统一前缀, X为表的字符串名称;
(2) 数据库表定义。本系统设计了工作面参数描述表、工作面公共参数表、工作面坐标点对照表、预计结果输出表、地面计算范围表等。
2.4 开发环境
根据软件设计要求, 从易用性、方便性、安全性等角度综合考虑, 系统采用ACCESS作为后台的数据库管理系统, 开发环境使用Delphi, 使用了最新的图形图像处理软件Surfer8.0实现了系统要求的图形绘制和显示功能。
在以上分析的基础上, 进行了开采沉陷预计分析及“三下”开采辅助设计系统的研制工作。开发的系统主界面如图1所示。
3 工作面辅助设计研究
本软件利用计算机技术对地表沉陷数据进行分析, 通过反演实现了工作面辅助设计。
3.1 算法原理
采煤工作面设计是一个复杂的问题, 利用计算机进行辅助设计, 需要将问题抽象为数学模型, 这里忽略一些细节问题, 提出问题的本质。这里讨论矩形工作面的情况, 决定工作面形状和面积的两条边中, 倾斜长一般较为固定, 走向长度一般变化较大, 因此走向长度的确定是本工作面设计的重点。根据算法原理, 系统通过反演实现了对工作面走向长度的辅助设计。具体如下:先对已经设计的工作面进行变形计算, 通过比较预计值与预设值来调整走向长度, 通过多次迭代, 最终确定一个最优化的工作面走向长度。
3.2 算法实现
为了简化系统模型, 系统暂定工作面计算参数固定且已经初步设计好工作面, 只对走向长度进行优化调整, 计算法如下:用户需预先录入待设计的工作面名称、倾斜水平长、走向长度的最大值及最小值、影响因素类型及值、煤层的必要参数等数据。系统对不同的设计结果有不同的提示, 设计过程中, 首先对最小走向长度进行计算, 如果不符合预设的影响条件, 即输出“工作面无效”的信息。如果最小走向符合要求, 对最大走向长度进行变形计算, 如果计算出来的最大走向长度小于预设影响值, 说明工作面完全开采后对此处的影响没有达到最小允许变形, 工作面可按照最大走向长进行开采。否则进行迭代计算, 最终确定最优化的走向长度。设计完成后, 可将计算结果存入工作面表中, 方便用户查看。
4 数据可视化方法研究
矿山开采沉陷预计中会产生大量的计算数据, 手工分析需要大量的时间并且分析结果不直观, 可读性差。通过对沉陷预计方法的研究, 结合最新的图形处理技术, 利用可视化手段实现了沉陷预计数据的可视化输出, 节省了分析数据的工作量和时间, 提高了分析的效率和准确度, 为专业人员进行开采预计提供准确的参考数据。
4.1 录入可视化
本系统采用可视化录入方式, 实现了在数字化矿图上通过鼠标点击直接录入工作面数据, 录入和预处理同时自动完成。预处理过程完成数据规格化存储及煤层倾角计算。地表预计范围数据录入通过可视化方式在数字化矿图上划定区域来实现。考虑到一个矿区工作面相关计算参数固定不变, 计算参数一次性录入, 由系统自动维护。
4.2 输出可视化
系统使用Delphi提供的图形编程接口实现了预计结果的图形输出。
Delphi调用图形接口技术的实现:使用CreateObject函数动态创建ActiveX对象;使用图形对象生成绘图文档;数据网格化, 为生成各种图形做准备;根据格网化数据建立对象, 生成相应的图形;按照指定格式输出图形。
4.3 系统绘图数据接口
绘图数据取自系统变形计算数据库中的数据。在绘制图形之前, 按照用户要求, 系统自动从数据库中检索本次绘图所需要数据, 并按照一定格式转化为特定格式的纯文本文件, 系统将特定格式的文本文件自动网格化, 并生成绘图需要的数据格式, 为绘制图形做好准备。
4.4 系统中绘制的图形
本系统可绘制并输出移动变形等值线图、矢量图、表面图等。图2给出了实例计算的下沉等值线图。
5 系统测试
项目在实施过程中, 对软件进行了严格的测试。各个模块开发完成后, 进行了集成测试和兼容性测试, 对发现的问题及时调试解决。同时在开发过程中还与其他模块进行了交叉测试, 排除软件开发人员的个人原因, 及时发现了一些潜在错误, 排除了系统运行中的隐患。
通过测试, 系统中的数据管理模块、变形计算模块、绘制图形模块、工作面反演模块、系统管理模块等模块均正确无误。
6 程序验证
徐州矿务集团张集煤矿东二采区7423等三个工作面设有地表沉陷观测站, 获得了地表下沉的实测数据。采用本开采沉陷预计系统对实测点的下沉进行了预计, 获得的预计值如图3所示。通过以上两组数据比较, 最大下沉值的误差为9.7%, 可以满足“三下”开采的工程需要。
7 结论
(1) 基于概率积分法基本原理, 采用ACCESS作为后台的数据库管理系统, 使用Delphi作为开发平台和Surfer作为绘图软件, 开发了开采沉陷分析及“三下”辅助设计系统。
(2) 系统以软件工程的思想为指导, 建立了工作面、地表计算范围、影响参数、计算结果等数据库, 利于统一管理, 方便用户使用, 减少数据录入负担。
(3) 变形预计计算方法采用概率积分法, 通过对不同工作面的处理, 实现了对任意形状工作面、多工作面的沉陷预计。
(4) 在工作面及地表影响范围录入中, 利用数据可视化技术, 实现了直接从矿图上提取工作面数据并存入数据库, 保证数据录入准确、方便, 减少手工录入误差。
(5) 系统可以输出等值线、矢量图和表面图等各种图形, 图形美观精确, 后期修改方便, 图形格式与AutoCAD格式兼容, 方便数据共享。
(6) 工作面设计模块可以按照下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形中一项或几项数据, 通过反演的方法调整工作面尺寸, 从而实现工作面的辅助设计, 为工作面设计人员提供参考。
参考文献
[1]谭志祥, 邓喀中.建筑物下采煤理论与实践[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2007.
[2]吴侃, 周鸣.矿区沉陷预测预报系统[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1999.
[3]赵林林, 佟光成, 申灵玲, 等.基于ArcObjects的地表沉陷信息可视化技术研究与实现[J].中国矿业, 2007 (11) :33-35.
[4]朱庆伟, 郭达志.煤矿区地表沉陷及其可视化新方法[J].矿业安全与环保, 2006, (6) :10-12.
开采系统 篇2
露天矿山分台阶开采与分层开采技术研究
【摘 要】世界煤炭资源的开采以露天开采方式为主，露天开采分为台阶式开采和分层开采两种方式，本文详细讨论了两种方法的相同点和不同点，并分析了每种方法的适用条件。 【关键词】露天矿山;技术研究 世界煤炭生产是以露天开采方式为主的，而我国目前露天煤矿的产量占全国煤炭生产总量的比例仅5%左右[1]。这主要由于煤炭资源赋存的地质条件异常复杂，符合露天开采的煤炭资源数量较少。根据不完全统计，我国适合露天开采的煤炭资源比例约占总资源的7-10%之间，远低于美国、俄罗斯、澳大利亚、印度60%～75%的水平，而其中70%为褐煤，主要分布在内蒙、新疆和云南。20世纪70年代改革开放以后，5大露天煤矿，即安太堡、黑岱沟、霍林河、伊敏河、元宝山露天矿的建设标志着我国露大煤矿建设进入一个新的阶段。进入新世纪后，我国规划的13座大型煤炭基地中，神东、晋北、蒙东(东北)、云贵、黄陇(华亭)、陕西等基地都将建设大型露天煤矿。其中，仅蒙东要建7个5000万吨级大型煤炭基地，包括胜利一、二、二号、白音华、伊敏河、宝日希勒一号和二号等。另外还有神府、哈尔鸟素和原有五大露天煤矿的改建及二、三期扩建也在进行中。根据当前发展趋势的初步预计，我国露天煤矿产量占全国煤炭生产总量的比例将由2000年的4%增加到2010年的10%左右，2020年将达到15%，可以说露天煤矿在我国的发展正处于迅猛增长期和前所未有的发展机遇期，前景可观。 1.露天矿山分台阶开采技术 露天开采时，通常是把矿岩划分成一定厚度的水平分层，自上而下逐层开采，并保持一定的超前关系，在开采过程中各工作水平在空间上构成了阶梯状，每个阶梯就是一个台阶或称为阶段，这种开采方式叫做台阶式开采。台阶是露天采矿场的基本构成要素之一，是进行独立剥离和采矿作业的单元体[2-3]。台阶构成要素如图1所示。 1-台阶上部平盘;2-台阶下部平盘;3-台阶坡面;4-台阶坡顶线;5-台阶坡底线;a―台阶坡面角;h-台阶高度 图1 台阶构成要素示意图 台阶朝向采空区一侧的倾斜面叫台阶坡面。它与水平面的夹角叫台阶坡面角(见图1中的3和a)。 台阶上部平台与坡面的交线叫坡顶线(见图1中的4)。 台阶下部平台与坡面的交线叫坡底线(见图1中的5)。 台阶上部平台与下部平台间的垂线高度叫台阶高度(见图1中的h)。开采时，将工作台阶划分成若干个条带逐条顺序开采，每一个条带叫做采掘带。各台阶上部平盘和下部平盘是相对的，一个台阶的`上部平盘同时又是其中一个台阶的下部平盘。台阶的命名，通常是用开采该台阶的下部平盘(即装运设备站平盘)的标高表示，故常把台阶叫某水平。 特点： (1)自上而下分台阶顺序开采，必须有上山公路的修筑，公路要开拓到运输平台，采装设备在运输台阶上进行铲装，适合上规模的露天矿山开采、采掘设备要求比较高，分多个工作面开采时，相互之间必须错开一定的距离。 (2)实施中深孔爆破时，高度最多不得超过挖掘机举高的1.5倍(根据岩层硬度系数定)。台阶高度与岩体稳定性和采掘设备能力密切相关。 (3)运输平台宽度，根据设备定，终了平台一般为3m，清扫平台一般为6m。 2.分层开采技术 分层式矿床开采是指将开采设计的每一个台阶都作为一个独立分层，每个分层中都包含许多平面尺寸相同但高度可以不同的网块，不同分层中网块高度可根据工程、工艺需要变化，但网块平面尺寸相同[4-5]。 将所有分层按对应的平面坐标系及高程次序顺序地迭加在一起 ，就构成了该区域的矿床开采地质模型。这是一种一维可变、两维固定的块段矿床模型。分层式矿床开采地质模型建立的过程是：根据开采程序制定的台阶划分原则形成各台阶的初始台阶界面;按选采和工艺要求调整台阶界面;根据各地质界面与各台阶上、下盘界面的空间位置关系确定各台阶、各网块中分类矿岩含量;将各台阶模型按空间次序组合成矿床开采地质模型。 2.1台阶界面确定 台阶划分主要取决于开采工艺、设备规格及矿床赋存条件。台阶的划分应有利于发挥设备效率、提高矿石质量(满足选采要求)及保证作业安全。一般地，露天开采的台阶有三种划分方式：按水平分层划分台阶;按倾斜分层划分台阶;按混合分层划分台阶(部分倾斜分层，部分水平分层)。 因每个台阶界面均由其下盘界面及上一台阶的下盘面( 或地表面) 围成，故确定台阶界面的关键是确定台阶下盘界面。 最后确定台阶下盘界面;按选采及工艺要求对初定的台阶界面进行调整。 2.2台阶中分类矿岩量的确定 根据各地质层面与各台阶界面的空间位置关系确定各台阶各网块的分类矿岩含量。台阶界面与地质分层面有如下六种基本关系：台阶位于地质分层中;地质分层位于台阶中;台阶夹地质分层顶板;台阶夹地质分层底板;台阶在地质分层之下;台阶在地质分层之上。在该台阶范围内逐网块进行计算。对于每一地质分层，均考察其与本台阶界面的位置关系，若地质分层与本台阶有相交或包含(被包含)关 系，则进一步确定相交或包含高度。 据此确定出本台阶各网块内的分类矿岩厚度、量。若独立可采矿层顶、底板位于台阶中，还需扣除采掘贫化损失厚度。台阶中的每一网块，都记录其分类矿岩量。 特点： (1)自上而下分层顺序开采，是在不分台阶开采的情况下，目前能够保证开采安全的唯一可行的开采方式。由于该开采方式不分台阶，可以省去上山公路的修筑，节省大量的投资，适合小型露天采石场规模小、采掘设备简单、赢利能力弱的特点。同时由于该开采方式设有分层凿岩平台，与在坡面上凿岩相比，可保证凿岩作业安全。 (2)实施中深孔爆破时，分层高度不得超过20米。分层高度与岩体稳定性和采掘设备能力密切相关，限制分层高度是基于开采安全和效率两方面考虑。 (3)分层凿岩平台宽度不得小于4米。分层平台宽度过窄，凿岩作业场地面积不足，作业过程中易发生坠落事故。当然，分层平台也不宜过宽，否则爆碴不能全部直接抛掷到装岩平台，需要在分层平台转运，这样会增加生产成本，降低作业效率，也就失去了分层开采的意义。 3.结语 (1)露天矿台阶式开采自上而下分台阶顺序进行，必须有上山公路的修筑，公路要开拓到运输平台，采装设备在运输台阶上进行铲装，适合规模比较大的露天矿山开采、采掘设备要求比较高，分多个工作面开采时，相互之间必须错开一定的距离。 (2)露天矿分层开采自上而下分层顺序开采，是在不分台阶开采的情况下，目前能够保证开采安全的唯一可行的开采方式。由于该开采方式不分台阶，可以省去上山公路的修筑，节省大量的投资，适合小型露天采石场规模小、采掘设备简单、赢利能力弱的特点。同时由于该开采方式设有分层凿岩平台，与在坡面上凿岩相比，可保证凿岩作业安全。 【参考文献】 [1]国家能源局发展规划司.科学发展的2030年国家能源战略研究报告(征求意见稿)[M].2009. [2]才庆祥，洪宇.露天煤矿高效开采新技术[M].中国矿业大学出版社，2008. [3]骆中洲.露天采矿学(上册)[M].中国矿业学院出版社，1986. [4]牛成俊.现代露天开采理论与实践[M].北京：科学出版社，1990. [5]杨荣新.露天采矿学(下册)[M].北京：煤炭工业出版社，1986.
开采系统 篇3
【关键词】露天矿山；技术研究
世界煤炭生产是以露天开采方式为主的，而我国目前露天煤矿的产量占全国煤炭生产总量的比例仅5%左右[1]。这主要由于煤炭资源赋存的地质条件异常复杂，符合露天开采的煤炭资源数量较少。根据不完全统计，我国适合露天开采的煤炭资源比例约占总资源的7-10%之间，远低于美国、俄罗斯、澳大利亚、印度60%～75%的水平，而其中70%为褐煤，主要分布在内蒙、新疆和云南。20世纪70年代改革开放以后，5大露天煤矿，即安太堡、黑岱沟、霍林河、伊敏河、元宝山露天矿的建设标志着我国露大煤矿建设进入一个新的阶段。进入新世纪后，我国规划的13座大型煤炭基地中，神东、晋北、蒙东（东北）、云贵、黄陇（华亭）、陕西等基地都将建设大型露天煤矿。其中，仅蒙东要建7个5000万吨级大型煤炭基地，包括胜利一、二、二号、白音华、伊敏河、宝日希勒一号和二号等。另外还有神府、哈尔鸟素和原有五大露天煤矿的改建及二、三期扩建也在进行中。根据当前发展趋势的初步预计，我国露天煤矿产量占全国煤炭生产总量的比例将由2000年的4%增加到2010年的10%左右，2020年将达到15%，可以说露天煤矿在我国的发展正处于迅猛增长期和前所未有的发展机遇期，前景可观。
1.露天矿山分台阶开采技术
露天开采时，通常是把矿岩划分成一定厚度的水平分层，自上而下逐层开采，并保持一定的超前关系，在开采过程中各工作水平在空间上构成了阶梯状，每个阶梯就是一个台阶或称为阶段，这种开采方式叫做台阶式开采。台阶是露天采矿场的基本构成要素之一，是进行独立剥离和采矿作业的单元体[2-3]。台阶构成要素如图1所示。
1-台阶上部平盘；2-台阶下部平盘；3-台阶坡面；4-台阶坡顶线；5-台阶坡底线；a—台阶坡面角；h-台阶高度
图1 台阶构成要素示意图
台阶朝向采空区一侧的倾斜面叫台阶坡面。它与水平面的夹角叫台阶坡面角（见图1中的3和a）。
台阶上部平台与坡面的交线叫坡顶线（见图1中的4）。
台阶下部平台与坡面的交线叫坡底线（见图1中的5）。
台阶上部平台与下部平台间的垂线高度叫台阶高度（见图1中的h）。开采时，将工作台阶划分成若干个条带逐条顺序开采，每一个条带叫做采掘带。各台阶上部平盘和下部平盘是相对的，一个台阶的上部平盘同时又是其中一个台阶的下部平盘。台阶的命名，通常是用开采该台阶的下部平盘（即装运设备站平盘）的标高表示，故常把台阶叫某水平。
特点：
（1）自上而下分台阶顺序开采，必须有上山公路的修筑，公路要开拓到运输平台，采装设备在运输台阶上进行铲装，适合上规模的露天矿山开采、采掘设备要求比较高，分多个工作面开采时，相互之间必须错开一定的距离。
（2）实施中深孔爆破时，高度最多不得超过挖掘机举高的1.5倍（根据岩层硬度系数定）。台阶高度与岩体稳定性和采掘设备能力密切相关。
（3）运输平台宽度，根据设备定，终了平台一般为3m，清扫平台一般为6m。
2.分层开采技术
分层式矿床开采是指将开采设计的每一个台阶都作为一个独立分层，每个分层中都包含许多平面尺寸相同但高度可以不同的网块，不同分层中网块高度可根据工程、工艺需要变化，但网块平面尺寸相同[4-5]。
将所有分层按对应的平面坐标系及高程次序顺序地迭加在一起 ，就构成了该区域的矿床开采地质模型。这是一种一维可变、两维固定的块段矿床模型。分层式矿床开采地质模型建立的过程是：根据开采程序制定的台阶划分原则形成各台阶的初始台阶界面；按选采和工艺要求调整台阶界面；根据各地质界面与各台阶上、下盘界面的空间位置关系确定各台阶、各网块中分类矿岩含量；将各台阶模型按空间次序组合成矿床开采地质模型。
2.1台阶界面确定
台阶划分主要取决于开采工艺、设备规格及矿床赋存条件。台阶的划分应有利于发挥设备效率、提高矿石质量（满足选采要求）及保证作业安全。一般地，露天开采的台阶有三种划分方式：按水平分层划分台阶；按倾斜分层划分台阶；按混合分层划分台阶（部分倾斜分层，部分水平分层）。
因每个台阶界面均由其下盘界面及上一台阶的下盘面（ 或地表面） 围成，故确定台阶界面的关键是确定台阶下盘界面。
最后确定台阶下盘界面；按选采及工艺要求对初定的台阶界面进行调整。
2.2台阶中分类矿岩量的确定
根据各地质层面与各台阶界面的空间位置关系确定各台阶各网块的分类矿岩含量。台阶界面与地质分层面有如下六种基本关系：台阶位于地质分层中；地质分层位于台阶中；台阶夹地质分层顶板；台阶夹地质分层底板；台阶在地质分层之下；台阶在地质分层之上。在该台阶范围内逐网块进行计算。对于每一地质分层，均考察其与本台阶界面的位置关系，若地质分层与本台阶有相交或包含（被包含）关 系，则进一步确定相交或包含高度。
据此确定出本台阶各网块内的分类矿岩厚度、量。若独立可采矿层顶、底板位于台阶中，还需扣除采掘贫化损失厚度。台阶中的每一网块，都记录其分类矿岩量。
特点：
（1）自上而下分层顺序开采，是在不分台阶开采的情况下，目前能够保证开采安全的唯一可行的开采方式。由于该开采方式不分台阶，可以省去上山公路的修筑，节省大量的投资，适合小型露天采石场规模小、采掘设备简单、赢利能力弱的特点。同时由于该开采方式设有分层凿岩平台，与在坡面上凿岩相比，可保证凿岩作业安全。
（2）实施中深孔爆破时，分层高度不得超过20米。分层高度与岩体稳定性和采掘设备能力密切相关，限制分层高度是基于开采安全和效率两方面考虑。
（3）分层凿岩平台宽度不得小于4米。分层平台宽度过窄，凿岩作业场地面积不足，作业过程中易发生坠落事故。当然，分层平台也不宜过宽，否则爆碴不能全部直接抛掷到装岩平台，需要在分层平台转运，这样会增加生产成本，降低作业效率，也就失去了分层开采的意义。
3.结语
（1）露天矿台阶式开采自上而下分台阶顺序进行，必须有上山公路的修筑，公路要开拓到运输平台，采装设备在运输台阶上进行铲装，适合规模比较大的露天矿山开采、采掘设备要求比较高，分多个工作面开采时，相互之间必须错开一定的距离。
（2）露天矿分层开采自上而下分层顺序开采，是在不分台阶开采的情况下，目前能够保证开采安全的唯一可行的开采方式。由于该开采方式不分台阶，可以省去上山公路的修筑，节省大量的投资，适合小型露天采石场规模小、采掘设备简单、赢利能力弱的特点。同时由于该开采方式设有分层凿岩平台，与在坡面上凿岩相比，可保证凿岩作业安全。
【参考文献】
[1]国家能源局发展规划司.科学发展的2030年国家能源战略研究报告（征求意见稿）[M].2009.
[2]才庆祥，洪宇.露天煤矿高效开采新技术[M].中国矿业大学出版社，2008.
[3]骆中洲.露天采矿学（上册）[M].中国矿业学院出版社，1986.
[4]牛成俊.现代露天开采理论与实践[M].北京：科学出版社，1990.
煤矿开采液压支架电液控制系统 篇4
电液控制系统是一种提高煤矿开采效率的自动化设备, 能够有效改善煤矿开采工作环境。电液控制系统最早被研制开发是在20世纪末英国、德国等工业发达国家。但是, 正式开始尝试运行是在80年代左右, 发展到90年代, 这种电液控制系统技术已经非常成熟。电液控制系统在美国和德国的发展状况最为良好, 各项生产和技术指标都处于世界领先地位。我国开始研究该系统是在1991年, 但是, 这一阶段仅仅为实验阶段, 并没有真正投入生产使用。到了2001年, 我国最大的电液控制系统公司成立了, 其专门从事各种智能化、自动化控制系统的生产和研发, 其中电业控制系统就是其研发和生产的关键内容, 我国电业控制系统开始全面应用于市场当中。
二、电液控制系统优点分析
1. 技术先进, 效率高
电液控制系统与传统控制方式相比具有多种技术上的融合性, 不但包括基本的电流控制系统, 还增加了很多先进的控制技术, 比如电子计算机技术、电子技术、机械技术等, 所以, 电液控制系统的控制要远远优于传统的控制。同时, 这种控制系统的使用还能够提高煤矿开采行业的经济效益, 通过对专业调查数据进行分析了解到, 如果在液压支架中应用电液控制系统, 其工作效率能提高30%左右。
2. 技术提高, 工艺好
电液控制系统具有一定的自动性和智能性, 在实际操作流程上与原来的工艺相比具有一定的先进行, 同时, 也适应了社会经济发展对“过程”的重视, 能够加强对操作流程的监督, 从流程上保证各项开采工作的操作质量。
3. 反应加快, 可靠性强
液压控制系统中存在很多小的控制系统, 这些子控制系统的协调控制实现了整个控制系统完全处于控制当中, 而总线就能够通过对各个子系统的控制和协调提高反应速度, 从而实现全面控制。同时, 电液控制系统还具有较强的可靠性, 传统的控制系统一旦出现故障问题就会直接中断整个操作系统, 会严重影响到煤炭工程的开发, 其他相关的生产工艺也会受到不良影响。而电液控制系统能够缓解这一问题, 具有一定的可靠性。
三、煤矿开采液压支架电液控制系统的组成
1. 电液控制系统的组成
第一部分, 控制器。在电业控制系统组成中, 电液控制器是整个控制系统得以工作运行的关键环节, 主要部件有数据接收和处理装置以及作为操作工具的键盘。主要功能可以分为两个方面, 一方面是执行功能, 就是根据操作中心所发布的指令对电磁阀进行开关, 同时还可以对支架立柱和千斤顶的行为进行控制和优化。另一方面是及时回收液压支架所发出的数据信息, 并对其进行分析和判断, 对支架进行自动化控制, 还能够及时发现支架中所存在的故障和问题, 便于及时找到问题的解决方式。第二部分, 控制台。控制台作用的发挥对于整个系统来说都有着重要作用, 在电液控制系统中存在着一种电液控制器, 这种控制器的存在能够实现自动化控制, 当前, 在电液控制系统中常见的控制系统就是“一控四”。第三部分, 辅助设备。在煤矿开采液压支架中应用电液控制系统能够对液压支架的工作状态进行测定, 同时, 能够把这些测定的数据转换为另一种信号表现方式, 而这一过程的实现就依靠于电液控制系统中重要辅助设备———压力传感器。任何一个传感器都具有独立的信号输出能力, 一旦线路出现故障时, 能够对位置进行精确定位并及时采取有效的处理措施。
2. 电液控制系统软、硬件设计
第一, 软件设计。软件设计主要是应用很多指令内容让设备进行不同的工作内容, 对于电液控制系统中的软件设计而言, 需要精心设计以实现更好的接收和反馈信息。在整个系统中含有三种主要命令信号, 即“受命单元编码地质;单元编组方式;被控单元的动作指令”, 只有对这些不同的命令信号都能够准确识别, 才能够保证系统发挥正常的功效。对于软件中的控制功能来说, 是一个比较复杂的设计内容, 其主要组成部分有监控模块;命令的接收、处理和发送模块等, 任何一个模块都是控制系统得以正常发挥的必要组成部分。
第二, 硬件设计。在煤矿开采工作中电液控制系统的外在设备是必不可少的, 这种外在设备就是我们所说的硬件, 其在设计和连接上都需要根据工作内容而具体确定。但是在当前技术条件下, 采用CAN总线结构对不同的设备连接点进行布置, 其从结构形式上来看具有很大的优越性。
CAN线路结构布置方式需要在每一个液压支架上都配备一个子控机来实施控制工作, 这样就实现了多个子控制系统同时工作的局面。但是, 这些子系统在设计上需要注意以下几项内容:其一, 子系统的控制功能需要与煤炭的开采相符合。在煤炭开采过程中子系统不但要实现自身结构的控制之外, 还要对液压支架进行控制。其二, 总系统和子系统相协调。总控制系统功能的发挥需要以各个子系统功能的发挥为基础, 只有所有子系统都向所控制的设备发出工作命令, 才会实现对煤矿开采设备的自动化操控。
结束语
电液控制系统在煤矿开采过程中应用能够大大提高我国煤矿开采工作效率, 具有应用的必要性。希望通过对其系统的组成进行了解之后, 能够推动其在煤矿开采中的应用范围。
摘要：在煤矿开采过程中, 液压支架是实现机械开采的基础设备, 在整个行业中的应用范围比较广泛。与此同时, 我国科学技术的全面发展和应用也改变了液压支架的控制方式, 实现了自动化控制, 而这一自动化实现的基础就是电液控制系统的应用。
关键词：煤矿,液压支架,电液控制系统
参考文献
[1]李首滨.国产液压支架电液控制系统技术现状[J].煤炭科学技术, 2010 (01) .
煤矿开采 篇5
1、露天开采。当矿层接近地表时，使用露天开采的方式较为经济。矿层上方的土称为表土。在尚未开发的表土带中埋设炸药，接着使用挖泥机、挖土机、卡车等设备移除表土。这些表土则被填入之前已开采的矿坑中。表土移除后，矿层将会暴露出来；这时将矿块钻碎或炸碎，使用卡车将矿砂运往选煤厂做进一步处理。当矿石开采完毕，在隔壁重复同样的步骤。露天开采的方式可比地下开采的方式获得较大比率的煤矿，因为较多的矿层被利用。世界上大概有40%的煤矿采用这种开采方式。
2、地下开采。大部分矿层均远离地表，因此无法使用露天开采的方式。地下开采目前占世界煤矿生产的60%。在矿坑，通常使用房柱法在矿层中推进，梁柱用来支持矿坑。共有四种主要的地下开采法：
长壁开采–长约300米以上的采掘面。一台精密的采矿机在矿层隧道中前后移动。松动的矿石掉入输送带中，并移到工作区域。
连续开采–利用一台有碳化钨钻头的机器从矿层中刮下煤矿。在“房柱法”系统中操作–在一系列约10米的房间区域中工作。
爆破开采–传统的开采方式。使用炸药打碎矿层，将矿石收集放在矿车或运输带中。
钻井开采页岩气 篇6
西南能源公司（SouthwestEnergy）在阿肯色州康威北面一处工地的26号钻机，这套设备要向下钻数千英尺，之后再水平钻探数千英尺。在钻好一口井之后，工作人员准备把钻机移往另一处工地。上图中的钻头由碳化钨和人造金刚石制成的，专为钻探页岩设计。钻井旁边的院子里是支持复杂的钻探操作所需的附属设备，包括为钻探设备供电的电力设备。在钻探平台上一个封闭的房间内（下图），韦伦·博德（waylon Boad）可以从装有先进仪表和显示器的面板上获得信息，来监视钻探情况。左下方的图中，来自多个钻井的管道通往压缩机，在那里天然气被压缩，并送往输送管道。距离刚钻探完毕的26号钻机不远处，一处已经钻好的矿井正在进行水力压裂。吉恩耶茨（Gene Yates）负责监管这个工序，在这个过程中，水在每平方英寸8000磅的压强下注入井中，并从水平井管道上的孔洞中出来，“压裂”页岩，使困在其中的天然气流入管道中。用于压裂的淡水被抽到矿井后，用基于臭氧的方法进行处理，杀灭细菌（上图）。在矿井旁边的拖车中（左图），工作人员监视着压裂过程，密切关注着压强。在压裂工地，多辆白色卡车围绕着三个蓝色的钻井；水从卡车上泵入井中。沙子被用作“支撑剂”，让页岩上的微小裂缝保持开启。一眼井在压裂完成后，就准备好进行生产了（左上图）。天然气先被输送到冷凝器（右上图），在这里除去水后被送往输送管道。顶图中的人工湖为压裂更多矿井提供水源。虽然美国已充斥着廉价的天然气，西南能源的业务仍在飞速扩张。它的全新车队中价值百万美元的压裂卡车正等待着派遣任务。
开采系统 篇7
FPGA为Field Programmable Gate Array的英文缩写, 即现场可编程逻辑门阵列, 是在GAL、PAL、EPLD等可编程器件基础上发展而来的大规模集成电路。FPGA技术首先由美国公司Xilinx于1985年提出, 20世纪90年代获得了突飞猛进发展, 现在已近成为实现数字系统的主流平台之一。FPGA由可编程逻辑单元阵列、布线资源及可编程的I/O单元阵列组成, 一片FPGA包含了丰富的逻辑门、寄存器和I/O资源, 可以实现成百上千标准数字集成电路所实现的系统。
FPGA结构灵活, 可以由用户自行编程, 实现任何逻辑功能, 满足各种设计需求。其特点如下:
(1) 大容量, FPGA包含了大量的逻辑单元和内嵌存储器。
(2) 低功耗, FPGA采用高速CMOS工艺, 将多种功能集中在芯片上, 可大大降低系统功耗。
(3) 可兼容多个I/O标准, FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚, 可针对特定应用提供定制功能。
(4) 多功能集成, FPGA包括多种类型专用硬件, 可在一个过程中组成不同的功能。
(5) 开发费用低, FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
2、系统的总体设计
岩盐的开采根据矿床的特点和矿石特性, 分为旱采和水采两大类。目前水溶开采法应用越来越多, 是岩盐开采的发展趋势。在过去岩盐水溶法开采中, 生产过程自动化程度低, 手工控制的参数不能满足生产工艺需要, 设备出现故障不能及时准确定位, 生产效率低下。随着电子技术的迅猛发展, 各行各业生产的自动化程度也越来越高, 基于FPGA技术的水溶法岩盐开采控制系统将不同装置和生产过程连接成一个整体, 自动进行数据采集和各种阀门控制, 可以大大提高生产效率, 降低生产成本。
以FPGA为核心的岩盐开采控制系统整体设计结构图如图1所示。整套系统由电磁控制阀门、传感器模块、FPGA核心模块、报警装置和上位机组成。
3、FPGA模块的硬件实现
3.1硬件原理图
FPGA数据采集与控制模块是整个系统的关键所在, 它的性能决定了整个系统的可靠性、稳定性, 在本设计方案内选用ALTERA公司推出的大容量、低功耗、高稳定性的CycloneⅡ系类中的EP2C8T144C8作为FPGA模块的核心, 其硬件原理图如图2所示。
3.2 各模块的硬件具体实现
(1) FPGA:在整个岩盐开采控制系统中对FP-GA核心模块的可靠性、稳定性要求较高, 综合考虑系统使用到的门电路、I/O引脚、宏单元数及价格等因素, 这里选用ALTERA公司生产的CycloneⅡ芯片, 型号为EP2C8T144C8。它最多可提供68416个逻辑单元, 150个18×18的乘法器;支持包括LVDS、RSDS、差分HSTL和差分SSTL在内的高速I/O引脚标准, 支持多种高速外部存储器, 支持多1.5V、1.8V、2.5V和3.3V接口电压;4个PLL可提供时钟信号配置、相移、可编程占空比及外部时钟输出, 可配置模式包括主动串行配置、被动串行配置和JTAG配置;支持NiosⅡ嵌入式处理器, 通过向NiosⅡ处理器指令集增加定制指令可以加速软件算法。CycloneⅡFPGA在300mm晶片上生产加工而成, 使用TSMC的90mm低K介质工艺, 保证了期间高效而成本低廉, 同时功耗降低了近一半, 这些优点使它能够广泛应用于消费、通信、视频处理等广大领域。
(2) 电源模块:电源为整个FPGA模块提供能量, 电源电路设计的是否合理决定着系统的可靠性和稳定性。由于本FPGA芯片内部采用了分离供电方案, 所以系统中需要用到3.3V、1.5V和5V直流稳压电源, 其中FPGA内核电压为1.5V, I/O引脚接口、数字输入输出模块、模拟输入输出模块等芯片需要的电压为3.3V, 系统的其它部分期间的电压为5V。为简化电源电路设计, 系统输入电压为外接9V直流稳压电源, 经过滤波和保护电路输出5V电压, 然后再使用低压差电源芯片TPS70348将5V电压转换成1.5V和3.3V电压, 分别由其引脚13、14和引脚22、23输出。由于CycloneⅡ芯片的内核电压和I/O引脚电压不同, 为防止芯片出现异常, 在系统上电时需要先对内核上电, 再对I/O引脚上电, 因此在电源电路中要将TPS70348芯片的SEQ引脚拉高, 使得输出1.5V电压超前于3.3V。
(3) 模拟输入模块:模拟输入模块主要用于采集设备状态的模拟量, 本系统中包括流量、温度、浓度、压力和水位高度等, 通过A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号, 以便FPGA进行处理。由于FPGA芯片EP2C8T144C8本身不带A/D功能, 所以必须添加外接A/D转换电路, 这里ADC芯片选用AD公司声场的AD7862模数转换芯片。AD7862具高速、低功耗的特点, 内部集成两个可以同时工作的12位转换器, 两个同步跟踪/保持放大器, 可实现两组通道中任何一组的2路模拟输入同时采样。AD7862的5个状态控制引脚CONVST、BUSY、A0、RD、CS及12个并行数据输出引脚直接与EP2C8T144C8连接。
模拟输入模块的硬件电路原理图如图3所示, 岩盐开采控制系统中设备输出模拟信号有的非常微弱, 无法达到模数转换器要求的精度, 因此要添加一个放大电路对信号进行放大, 这里选用PGA206, 通过控制引脚的不同组合而进行放大增益选择。经过放大电路输出的信号还要必须通过低通滤波电路进行滤波, 以减少外界的干扰, 增强系统稳定性。经过放大、滤波处理后的模拟信号进入AD7862的两组通道, 由FPGA控制AD7862对信号进行转化, 并通过并行数据线将结果传送到FPGA。
(4) 模拟输出模块:模拟输出模块主要用来输出模拟量, 对系统相关设备进行控制, 如控制注水、出卤流量的大小等。模拟输出芯片选用AD公司的DAC芯片, 型号为AD7836, 其参考电压为±5V, 支持最大输出电压为±10V, FPGA通过控制三个管脚来进行输出选择。电路连接上AD7836的14位并行输入数据及3位地址码均来自FPGA内部的寄存器, 控制DAC的输出。
(5) 数字输入模块:数字输入模块主要用来采集设备状况的开关量, 如电磁阀门的开关、报警信号、设备运行状态等。在岩盐开采系统中数字输入信号采集量较大, 需要占用多个I/O引脚, 由于FPGA具有丰富的I/O引脚接口, 可以直接利用FPGA的I/O接口作为数字输入端口。为防止输入端的高压击穿损坏处理器低压设备, 需要使用光耦器件对高压设备和低压设备进行隔离。光耦原件采用PC614, 在其内部有一个发光二极管和一个光敏三极管, 当二极管发射光照射在三极管的基极, 就使三极管导通, 实现信号的传输, 使用光线传输可实现很好的电气隔离, 可有效提高系统可靠性和稳定性。
(6) 数字输出模块:数字输出模块主要用于输出开关量, 以控制水溶岩盐开采设备的启动或停止。同样可以使用FPGA的I/O引脚作为数字输出端口, 通过输出高低电平实现对电磁阀门的控制, 从而实现对设备启动或停止的控制。考虑到高压和低压设备的隔离, 这里也需要在处理器和输出端加入光耦。
4、软件设计
4.1 主程序
盐矿开采系统FPGA采集控制系统的主要任务是完成对各个参数的采集, 根据得到的数据对相关阀门进行控制, 同时将相关参数传递给上位机。主程序的工作过程:系统加电后首先进行初始化, 然后接收数据采集, 对采集到的数据进行判断, 进而控制调整各种阀门的开关及流量的大小。流程图如图4。
4.2 NiosⅡ系统的构建
FPGA是可编程的, 在设计中根据设计者的需求定制一个NiosⅡ软处理器, 作为核心处理器, 用于取代微处理器, 可以灵活设计, 降低成本和设计周期。FPGA虽然可以配置成RAM和ROM片上存储器, 但由于容量较小, 因此当程序代码较大时就需要外接SDRAM来存储程序和数据, 为了使程序具有断电运行能力也就需要外接Flash用以存储程序。在设计中使用两个SPI核, 配置成SPI主机, 使用到两个定时器, 一个串口通信方式的UART, 以及多个通用I/O作为数据和控制端口。
4.3 串口通信
串口通信的主要功能是将数据传送给上位机和从上位机接受命令数据。本系统串口发送模拟输入模块和数字输入模块采集到的数据, 每次发送的数据为8位, 发送模块的包括发送缓冲器, 移位寄存器及写有效标志。串口发送、接收数据的流程图如图5所示。
(a) 发送流程图 (b) 接收流程图
5、结束语
岩盐水溶法开采的难点在于生产过程中手工操作复杂, 人员操纵机器设备, 危险度高, 且各种参数难于精确控制, 本文从自动化控制、安全操作等角度出发, 结合目前岩盐开采的实际情况, 设计了基于FPGA技术的岩盐开采控制系统, 可有效提高生产效率, 降低事故发生, 保障人员安全。该系统电路结构简单, 利用FPGA的高速、低功耗的优势, 可根据数据采集的实际情况实时对采矿设备进行控制。在实验室条件下进行运行和调试结果表明, 该系统能够达到预期设计要求, 经改进后可运用于实际生产活动。
参考文献
[1]田耘, 徐文波.Xilinx FPGA开发实用教程[M].北京:清华大学出版社, 2008:1-13.
[2]陈青, 吴海荣等.基于FPGA的单片机扩展接口[J].舰船电子工程, 2011 (4) :189-192.
[3]张庆玲, 杨勇.FPGA原理与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005:45-52.
开采系统 篇8
1 概率积分法基本原理
概率积分法是基于离散随机介质理论的开采沉陷预计模型。离散随机介质理论认为上覆岩层是被大大小小的裂隙和断裂所切割的碎块体组成,地下开采引起的岩层与地表移动规律和随机介质模型中碎块体的移动规律在宏观上相似[2]。在这一基本假设的基础上,首先由波兰学者Litwiniszyn提出预计地表和变形的方法,后经我国学者刘宝琛、廖国华的进一步改进、系统、完善,形成了比较完整的预计地表移动和变形的方法[5],我国将这种方法称之为概率积分法。
设单元坐标系O-xyz的原点O为开采单元的中心,地表计算点A(x,y,z=H)的邻域dSA(面积微元)发生下沉的事件等同于过A点的垂直剖面上dx,dy小块面积各自同时发生下沉,dx,dy小块面积各自发生下沉的概率服从密度为f(x)的分布函数。由于单元开采引起A点邻域dSA下沉的概率与坐标轴方向的选择无关,由此可建立概率分布函数的常微分方程式(1),并求得其解如式(2):
undefined
式中:p为积分常数;K为微分方程系数;f(x2)为概率密度函数。
在下沉等体积假设下,可求得参数p,K,并确立概率分布函数,即单元下沉盆地剖面表达式:
undefined
A点微面dSA上的概率分布函数及单元下沉全盆地表达式为
undefined
对We进行整个采面积分即得到下沉全盆地的积分表达式:
W(x,y)=WmaxundefinedWedS (5)
式中:r为主要影响半径;Wmax为最大下沉量,可由公式Wmax=qM来计算,q为下沉系数,M为采高;dS为煤层面积微元开采单元;S为开采区域。
限于篇幅,地表任意计算点A的倾斜、曲率、水平移动、水平变形等计算公式不再详述。
2 系统开发中的关键问题
2.1 预计模型的算法
从上面的预计公式中可以看出,计算主要是进行二重积分运算。因此在程序中可采用函数直接积分,这样只须给出被积函数的形式及积分的上下限就可以了。采用二重变步长辛卜生法求积分,被积函数就是预计公式中被积函数,积分上下限与开采区域有关。由此可见,如何确定积分的上下限是解决问题的关键。
考虑开采区域S为任意多边形,为了确定积分的上下限,从工作面坐标原点(如图1中的点1)出发分别连接工作面的其他点,将整个开采区域划分为若干个三角形,并按逆时针方向分别对每一个三角形进行积分。每个三角形由3条边组成,为了积分的方便,将每个三角形再划成2个顶点具有相同横坐标x值的三角形。为了保证所划的三角形在开采区域S内,将三角形的3个顶点按横坐标x值的大小进行排序,以x值位于中间的那个顶点为起点作x轴的垂线,与其对应边有一个交点,从而将此三角形划分成2个小的三角形。如图1所示△123,从点2作x轴的垂线,与对应边13交于点2′,则△123被划分成△122′和△22′3。这样处理后,积分的上下限即可唯一确定,即在△122′内,积分区域:undefined;在△22′3内,积分区域:undefined。
当多边形是凹多边形时,仍可按此方法将凹多边形划分成若干个三角形。若存在三角形不在多边形区域内时,可通过正负叠加法,最终将多余区域减除而不影响计算结果。在判断三角形正负影响时,可采用矢量积法确定。这样处理后该方法就适用于任意形状多边形的开采,无论是凸多边形还是凹多边形都可以计算。
2.2 坐标系的建立与变换
在开采沉陷预计过程中,进行任意形状工作面预计时为了计算简便,需要建立不同的坐标系。在计算时涉及到的坐标系有2类:
1) 矿区地面坐标系。矿区地面坐标系可以采用与国家统一的大地坐标系,也可以是矿区独立坐标系,用于标定矿区采空区、地表点的位置,目的是为了在进行多工作面预计时多工作面影响值的叠加统一。
2) 工作面坐标系。由于工作面坐标系与矿区地面坐标系一般是不一致的,所以对某一工作面进行开采沉陷预计时,必须建立工作面坐标系。坐标原点取沿工作面倾斜方向左下角点,x轴为走向方向,y轴正向为煤层的下山方向,见图2。
矿区地面坐标系与工作面坐标系的换算公式如下:
undefined
式中:x,y为点在工作面坐标系中的坐标;θ为工作面坐标系x轴顺时针与矿区坐标系X轴的夹角;X,Y为矿区坐标系中的点坐标;Xo,Yo为工作面坐标系的原点在矿区坐标系中的坐标。
2.3 离散点的光滑拟合
根据开采沉陷预计算法得到的是一系列的数据序列点,其中包括坐标与该坐标对应的下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形等值。这些数据点都是离散的,如果把这些离散点直接连接起来可以形成1条折线,但是在连接处不光滑,从而不能满足需要。为了避免这种现象,采用三次样条插值法进行曲线的光滑处理。
三次样条插值的原理,其实质是在2个已知点之间插入多个点,然后将这些点用直线段连接起来[6]。因为2个已知点中间加入了大量内插点,用直线段连接后就可近似看作是1条光滑曲线。其中内插点时用切线向量即二阶导数来控制曲线的弯曲方向。
2.4VB与Surfer的接口程序及图形生成
1) VB与Surfer的程序接口。
ActiveX自动化协议是一种允许一个应用程序(控制端)去控制另一个应用程序(服务器端)的协议[7]。由于VB支持ActiveX自动化控制端协议,Surfer支持ActiveX自动化服务端协议,因此只要在2种软件之间建立ActiveX自动化连接,在VB中就可以使用ActiveX对象所包含的各种方法和属性来实现对Surfer调用。
在Windows的注册表中,Surfer的ActiveX对象名为“Surfer.Application”。因此,在VB程序中可以这样创建ActiveX对象:
Dim SurferApp As Object
Set SurferApp=CreateObject(“Surfer.Application”)
2) 图形的生成。
在VB的集成开发环境中建立一个含有名为Image1的图像框控件的标准EXE工程,图像框控件用来显示Surfer中生成的图件。VB中显示图件是用图像框控件的loadpicture方法或剪切板(Clipboard)的粘贴来实现[8]。Surfer中绘制的图件如等值线图、三维曲面图等不能直接在VB应用程序下显示出来,但是可以通过如下2种方式实现这一功能:通过剪切板的复制(Clipboard.copy)、粘贴(Clipboard.paste)操作;Surfer图件导出,存为位图(bmp)、元文件(wmf)等图像框控件支持的图像文件格式[9]。Surfer中的图件转换成这2种图像格式后,就可以在图像框控件中显示了。
为了人机交互控制显示,在VB的集成开发环境中还创建了包含“显示”、“清除”按钮、方位角滑杆、倾角滑杆等工具窗口。为了增强Wireframe视觉效果,还可创建Wireframe的属性窗口,以便对显示的图片进行实时属性修改来满足观察的需要。
3 系统的结构与功能
任意形状工作面开采地表沉陷预计系统有输入、计算和图形等3个主要模块,可具体分:基本资料输入模块、工作面信息输入模块;移动变形计算模块、剖面曲线拟合计算模块;等值线图输出模块、三维图形输出模块和剖面图输出模块(见图3)。
在基本资料输入模块中,可以选择输入原始的地质资料(如地层信息、井田信息等),由系统结合工作面实际情况自动计算预计参数,当地质资料不足时也可选择直接输入预计参数。但对于选择自动计算预计参数的用户需提供足够的原始地质资料,然后经过地质因子的量化取值,自动计算参数。
在计算模块中,系统主要是根据已有的沉陷预计参数,对地表任意点的下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形值进行计算,以及对所要作的剖面上的各种预计值进行曲线拟合。
图形模块主要是用来绘制预计区地表移动和变形的等值线图、三维图形以及任意剖面的地表移动和变形曲线图,并可以对图形的属性进行实时的人机交互控制。
4 应用实例
结合某矿区实例,对本系统进行测试。从输入窗口中输入工作面坐标数据、参数数据、地质采矿条件数据等相关数据,然后由计算窗口进行移动变形预计的各种计算,计算过程是不可见的,但可将计算结果写入*.DAT文件中,为后续移动变形曲线、等值线、三维视图绘制提供数据。
点击菜单选项,系统可直接输出地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形的等值线图和三维图形(图 4(a))。根据提示选择的剖面线,就可作出剖面线上地表的各种移动变形曲线图(图4(b))。此外,本系统还能够进行多工作面以及整个矿区的采煤沉陷预计。在对多个工作面或整个矿区进行预计时,采用叠加法,即将每个工作面相同点的各个影响值进行叠加,即可得到其沉陷预计的各种图形(图4(c))。限于篇幅,只给出了部分预计图形。
5 结论
1) 任意形状工作面与规则工作面的区别不仅仅是工作面形状上的差异,而且是两者在计算模型上存在较大区别:规则工作面计算模型较简单,在计算机上容易实现;任意形状工作面计算模型是一系列复杂的定积分,通常为不可积函数,实现起来相对具有一定难度。
2) VB具有强大的图形用户界面和编译功能,Surfer是一个完美的二维数据处理和显示软件,2种软件的结合可以发挥各自的优点,既能节省开发绘制图形程序的时间,又可保证作图的精度。
3) 任意形状工作面开采沉陷预计系统解决了以往软件局限于进行规则工作面开采沉陷预计的缺陷,预计结果更准确,生成的图像更丰富,有利于优化开采方案,可为“三下”采煤提供相应的技术服务。
参考文献
[1]宣以琼,杨本水,孔一繁,等.任楼煤矿覆岩破坏移动规律的试验研究[J].矿山压力与顶板管理,2003(3):77-80.
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[3]梅松华,盛谦,李文秀.地表及岩体移动研究进展[J].岩石力学与工程学报,2004,23(增1):4535-4538.
[4]李永树,王金庄,邢安仕.任意分布形式煤层开采地表移动预计方法[J].煤炭学报,1995,20(6):619-624.
[5]刘宝琛,廖国华.煤矿地表移动的基本规律[M].北京:中国工业出版社,1965.
[6]李庆扬,王能超,易大义.数值分析[M].武汉:华中科技大学出版社,2006.
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[8]陈杰华,刘奇.奇思异想编程序——VB篇[M].北京:国防工业出版社,2004.
开采系统 篇9
1 胜利煤田概况
胜利煤田位于锡林浩特北郊, 整个煤田总体呈北东-南西条带状展布, 走向长45km, 倾向宽平均7.6km, 含煤面积342km2, 煤炭地质储量224.4亿吨。煤田内15个煤层中, 6号煤层以上绝大部分区段适合大型露天开采。6号煤层以上适合露天开采的区段划分为五个大型露天矿和一个锗煤露天矿田, 以锡林河为界, 东部为东露天, 西部为西露天, 地质储量合计141.6亿t。胜利煤田煤质总体上为中低灰、低硫或特低硫、低磷、中等发热量的褐煤, 并且属含油-富油煤, 化学反应活性好。该煤田已列入全国十三个大型煤炭基地蒙东基地之中。总体规划已由国家发改委批准[2]。图1为胜利矿区井田划分及开发方式平面图。
2 实例分析
本文以胜利矿区中的胜利锗煤露天矿和胜利西二号露天矿为例子, 具体分析同一煤田相邻矿区协调开采条件下的运输系统优化。
2.1 地质构造
胜利西二号露天矿与胜利锗煤露天矿都位于胜利煤田西部, 两矿矿权界相邻, 胜利锗煤露天矿位于西二号露天矿的西部。这两个矿的矿田范围内地层产状都较平缓, 其中, 西二号露天矿矿田范围内地层产状总体走向为NW, 倾向NE, 地层倾角3°左右, 为产状平缓的单斜构造, 中间有宽缓的波状起伏, 断层发育, 岩浆岩未对本区煤层煤质产生影响, 构造属于中等类型;胜利锗煤露天矿矿田范围内地层产状略向西北倾斜, 地层倾角小于5°, 为近水平-微倾单斜构造。如图2所示, 胜利锗煤露天矿矿田范围内发育的断层有:Ft14断层, FGe2断层, FGe3断层, FGe4断层;西二号露天矿矿田范围内Fx1断层、Fx2断层、Fx3断层、Fx4断层、Fx5断层、Fx6断层、Fx7断层、F12断层、F13断层、F20断层、F31断层。两个矿矿区范围内断层都是正断层。
2.2 可采煤层
2.2.1 胜利西二号露天矿
胜利西二号露天矿可采煤层自上而下有5#、5#下、6#煤层, 其中6#煤层为本区主要可采煤层。5#煤层赋存于胜利组的上部, 是本区次要可采煤层, 主要分布于本区的西部、北部, 煤层自然厚度为0.25~19.76m, 平均2.86m, 储量利用厚度为0.25~8.60m, 平均1.92m, 局部可采。5#下煤层赋存于胜利组上部, 是本区次要可采煤层, 主要分布于本区中西部, 煤层自然厚度0.10~2.59m, 平均1.11m, 储量利用厚度0.10~0.85m, 平均0.96m。6#煤层赋存于胜利组的上部, 是本区的主要可采煤层, 基本全区分布, 全区可采, 煤层自然厚度为0.40~36.25m, 平均17.21m, 储量利用厚度为0.40~34.42m, 平均16.57m。
2.2.2 胜利锗煤露天矿
胜利锗煤露天矿可采煤层自上而下有6#、6-1#、6-2#煤层, 其中6-1#煤层为本区主要可采煤层。6-1#煤层为赛汉塔拉组下部的“上含煤段”煤层, 属全区分布, 厚度稳定, 结构简单的稳定煤层。6-1#煤层向北西方向有微倾斜, 赋存深度有向聚煤盆地中部加深的趋势。6-1#煤层埋深26.80~150.60m, 平均71.98m;自然厚度5.38~36.55m, 平均16.34m;资源储量利用厚度1.70~36.15m, 平均16.12m;6-1#与6#上煤层间距1.80~52.30m, 平均14.94m。6-1#煤层属全区分布, 厚度稳定, 结构简单的稳定煤层。
2.3 两矿由独立开采到协调开采下的运输系统优化
露天矿运输系统由剥离运输系统和坑内原煤运输系统两部分组成。当胜利锗煤露天矿和胜利西二号露天矿由各自独立开采向协调开采发展, 两个矿不仅原有的地面剥离运输系统会发生变化, 而且与之衔接的坑内原煤运输系统也需要做出相对应的优化[3]。
2.3.1 剥离运输系统优化
胜利锗煤露天矿和西二号露天矿在协调开采的过程中, 两个矿相邻的端帮被开采。其中, 锗煤露天矿的排土场在西帮留沟内排, 西二号露天矿的排土场在东帮留沟内排, 两个矿采场贯通以后, 相邻边帮消失, 原有的剥离运输系统被切断, 需要在采场与排土场之间建立临时排土桥, 恢复剥离运输通路, 如图3所示。同时, 在剥离竣工之前, 需要及时清除临时排土桥。
2.3.2 原煤运输系统优化
采区内原煤运输道路是动态变化的, 确定原煤运输系统优化主要就是确定运煤道路的布置和煤破碎站的位置。
(1) 采区内运煤道路的布置
在对采区内运煤道路进行布置时, 需要综合考虑原煤运输道路和剥离运输道路的布置, 尽量避免煤、岩运输系统交叉, 选择距离最短的线路布置原煤运输道路。锗煤露天矿采区内的运煤主干道路布置在采场西端帮与破碎站相连, 采煤台阶通过移动坑线与主干道路联络。西二号露天矿采区内的运煤道路为工作帮移动坑线与破碎站相连。
(2) 锗煤露天矿煤破碎站及运煤系统的布置
如图3所示, 西二号露天矿与锗煤露天矿独立开采条件下, 锗煤露天矿开采设计中确定运煤胶带从西二号露天矿内、外排土场之间穿过, 通过转载点与西二号露天矿运煤胶带搭接, 煤破碎站设置在锗煤露天矿一采区东帮。
两矿实施协调开采后, 为了通过贯通西二号露天矿内、外排土场, 解决西二号露天矿排土空间不足的问题, 锗煤露天矿原设计运煤胶带需要重新选择布设位置。通过分析生产现状、生产系统布局、采场排土场相对位置关系, 经过研究, 锗煤露天矿煤破碎站从首采区东帮移设至首采区西帮出入沟位置, 运煤胶带沿锗煤露天矿外排土场与西二号露天矿外排土场之间的建立运煤公路和西二号露天矿外排土场南侧布设, 通过转载点与西二号露天矿运煤胶带搭接。如图4所示。锗煤露天矿煤破碎系统的移设, 一方面解放了排土空间, 为实现协调开采创造有利条件。另一方面消除了锗煤露天矿运煤胶带与西二号露天矿去外排土场公路运输的交叉。
(3) 西二号露天矿煤破碎站及运煤系统的布置
西二号露天矿原设计将运煤通道设置在南侧非工作帮, 运煤卡车出入沟设置在采场东南角, 运煤自卸卡车经煤层顶板到工作帮的移动运煤坑线, 经运煤出入沟, 运到设在地面的半固定破碎站。
随着两矿协调开采的实施, 原煤由运煤自卸卡车从坑内运送到西二号露天矿2#煤破碎站的运距越来越远, 经济合理性越来越差。为了缩短坑内卡车运煤道路的运输距离, 协调后的煤破碎站设置在西二号露天矿首采区东帮地表, 重新建立一条连接煤破碎站和运煤主胶带的运煤胶带, 如图5所示。
3 结论
胜利煤田相邻矿区为了提高煤炭资源的利用率, 需要协调开采以采出两矿之间压煤量, 而协调开采若剥离采用端帮运输, 运距增加。因此, 本文通过建立临时运输连接桥, 降低了剥离运输费用。
摘要：在胜利煤田开发中, 有多家矿山企业进入, 各企业作为开发主体独立承担着国家划分区域煤炭资源的开采, 同时或先后建设几个露天矿, 造成相邻露天矿开拓运输系统得不到总体优化, 弱化了经济效益。本文以胜利煤田中的锗煤露天矿和西二号露天矿为研究对象, 运用相邻露天矿协调开采技术, 统一规划布置运输系统方案, 缩短运距, 降低生产成本, 实现经济效益最大化。
关键词：胜利煤田,协调开采,运输系统
参考文献
[1]陈武, 等.我国煤炭资源及其开发利用研究[J].煤炭经济研究, 2003 (7) :6-11.
[2]内蒙古锡林郭勒胜利矿区总体规划 (修改版) [R].沈阳:中煤国际工程集团沈阳设计研究院, 2009.
开采系统 篇10
一、油气开采成本的特点及研究现状
油气开采过程中, 石油天然气企业需按照开发目标, 通过产油气井和注入井对油气藏采取各项工程技术措施。油气开采工程在整个油气资源的开发过程中处于十分重要的地位, 相应地, 油气开采成本也成为油气田成本构成的主要项目。近年来, 随着各大油气田进入开采中后期, 尽管仍有部分大型油气田被发掘, 但总体数量呈下降趋势, 而原油综合含水率却呈现上升趋势。并且随着沙漠及海上油气田的勘探发现, 以及当今社会能源可持续发展和环境保护的要求, 油气开采难度日益增大。作为垄断性企业, 石油天然气企业经营的目的是获取巨额经济利润, 面对新时期的挑战, 如何有效地做好成本预测工作、控制成本支出, 便成为其面临的主要问题。
油气开采成本是油气田成本的主要部分, 在开发前期对其进行合理的预测可以使石油天然气企业立足于自身的发展现状, 做好成本规划与控制工作。国内外的相关学者对如何预测油气成本也进行了研究和探讨。国内, 余祖德、宋朝霞根据灰色预测的基本原理, 探索性地采用了灰色系统理论进行油气操作成本预测;陈武等从成本形成的角度对生产成本进行了定性分析, 建立了用于生产成本预测的模型;董尚斌基于广义线性模型, 通过逐步回归的方法对数据进行检验, 以实现对各区块操作成本的预测。国外, Gwyneth Norris提出了通过计算和比较由不同的经营方针或措施的选择对成本所造成的影响来预测未来产品成本的方法。油气开采成本涉及多种影响因素, 且各项目值具有多变性, 加之国内三大石油公司上市等因素, 给长期成本数据的采集带来了一定的难度。
二、传统的油气开采成本预测方法
油气开采成本预测与决策, 具体是指油气开采业在明确成本管理方向的基础上, 通过一定的分析方法确定油气开采业成本水平, 并为实现这一目标水平对油气开采业的生产经营活动进行规划与选择, 以保证企业长期成本行为的合理、有效。总体来说, 预测方法分为定性预测法和定量预测法。这两大类预测方法又包含了德尔菲法、指数平滑法、回归分析法、因素测算法和趋势分析法等具体方法。
定性预测法主要是依靠过去积累的资料和人们的主观分析、判断来确定未来的预计值, 因此这类方法受人们主观意识的影响很大。我国在过去相当长一段时期内实行计划经济, 受此影响以及对成本预测方法研究的欠缺, 部分单位仍在使用定性预测法进行成本预测, 在一定程度上影响了成本预测结果的准确性和可靠性, 使管理者的决策存在局限性。定量预测法的运用就很好地弥补了上述不足。但油气开采是一种特殊的矿产开发工业, 其成本受到诸多因素的影响, 而传统的定量预测法有明显的局限性, 它主要采用历史数据, 且剔除了各期油气开采成本的不可比因素, 企业实际操作起来有一定的难度, 因为要想迅速得到过去较长一段时间内的可比成本资料并不是一件容易的事。综上可以看出, 传统的成本预测方法在油气开采成本预测上已明显落后, 满足不了新形势的需要。
三、灰色系统理论的原理及预测模型的建立
灰色系统理论是我国学者邓聚龙教授1982年在研究少数据、贫信息的不确定性问题时所创立的一种新理论, 主要解决一些包含未知因素的特殊领域的问题。该理论以“部分信息已知, 部分信息未知”的小样本、贫信息的不确定性系统为研究对象, 通过对部分已知信息的生成、开发, 提取有价值的信息, 实现对系统运行行为、演化规律的正确描述和有效监控。由前文所述油气开采成本的特点, 可以认为油气开采成本问题就是一个少数据、贫信息的不确定性问题。也就是说, 油气开采成本问题具有灰色系统的特点, 因此运用灰色预测模型对油气开采成本进行预测分析是可行的。
(一) 传统GM (1, 1) 模型
传统的灰色预测模型是GM (1, 1) 模型, 该模型以随机的原始时间序列为基础, 按时间累加后所形成的新时间序列呈现的规律可用一阶线性微分方程的解来逼近。该模型的建模过程如下:
1.对原始数据序列进行一次累加生成:
其中:x (0) 为原始时间序列, 由x (0) (1) , x (0) (2) , …, x (0) (n) 组成;x (1) 为累加时间序列, 由x (1) (1) , x (1) (2) , …, x (1) (n) 组成。
其中:a称为发展系数, 其大小反映序列x (0) 的增长速度;u称为灰作用量。
2.估计参数a、u。α赞={a, u}T= (BTB) -1BTXn。其中:
3.累加时间数列预测模型:
4.原始数列预测模型:
(二) 对传统预测模型的改进
近些年来, 随着灰色预测模型的广泛应用, 广大的研究学者也在传统模型的基础上, 针对其存在的不足, 提出了诸多的改进方法来提高模型预测的精确度。有学者就对GM (1, 1) 模型的适用范围进行了研究, 即: (1) -a≤0.3时, GM (1, 1) 可用于中长期预测; (2) 0.3<-a≤0.5时, 可用于短期预测, 中长期预测慎用; (3) 0.5<-a≤0.8时, 用作短期预测应该十分谨慎; (4) 0.8<-a≤1时, 应该采用残差修正GM (l, 1) 模型; (5) -a>1时, 不宜采用GM (1, 1) 模型进行预测; (6) |a|≥2时, 模型无意义。可见, 当发展系数a较大时, 会限制灰色预测模型的应用范围。针对此不足之处, 本文将采用将x (1) 的第n个分量作为灰色微分模型的初始条件与优化背景值相结合的方法对GM (1, 1) 模型进行改进, 用此方法对油气开采成本进行预测研究, 以期提高模型预测的准确性。具体建模如下:
1.灰微分方程x (0) (k) +az (1) (k) =b的最小二乘估计参数满足:
2.灰微分方程x (0) (k) +az (1) (k) =b的白化方程dx (1) /dt+az (1) (k) =b的时间响应式为:
3.灰微分方程x (0) (k) +az (1) (k) =b的间响应函数为:
4.还原值:
改进后的模型既适用于低增长指数序列建模, 也适用于高增长指数序列建模。尤其是对高增长指数序列, 改进的GM (1, 1) 模型的模拟精度与预测精度都有提高, 即使在发展系数|a|大于2时, 新模型的拟合精度也会很高。
四、灰色模型在油气开采成本预测中的应用
依据以上提出的预测方法, 在此我们收集到某油田2005~2009年五年间的油气开采成本数据。为了便于分析与比较, 本文将选用回归预测法、传统GM (1, 1) 模型与上文提出的改进后的灰色模型分别进行计算。通过Eviews软件和Matlab编程, 得到预测结果如下表所示:
五、结论
为了便于比较与观察, 我们根据上表绘出油气开采成本的预测值与其实际值的对比图。其中, 横轴代表年份, 纵轴代表成本 (单位:万元) 。
在传统预测模型的基础上, 本文采用将x (1) 的第n个分量作为灰色微分模型的初始条件与优化背景值相结合的方法对其进行改进。用实际数值检验的方法证明了改进后模型的预测优势。从表和图中我们可以看出, 灰色预测模型相对于回归分析法的预测结果精度较高, 而改进后的灰色模型预测效果又优于原始的GM (1, 1) 模型。实践证明, 改进后的模型在发展系数较大时仍保持较高的预测准确性, 可以用于中长期预测。由此得出, 该模型可以更好地对油气开采成本进行科学的预测研究。需要注意的是, 在应用此预测方法时, 需要保证油气生产的连续性, 以防止数据出现经常性突变, 确保模型应用的有效性。
由以上分析可以看出, 随着油气储量的逐渐减少和综合含水率的提高, 加之油气开采工程本身的特点, 油气开采成本势必会呈现出增加的趋势。另外, 影响油气开采成本的因素众多且复杂, 而我们在预测过程中尚未考虑客观环境因素如技术条件、环境保护等因素对模型预测结果的干扰, 那么在这种情况下如何更好地应用灰色预测模型及灰色系统理论来进行开采成本的分析, 需要我们进一步研究。因此在开采成本增加的趋势下, 石油天然气企业只有结合各发展时期的经济环境和实际数据, 有效地应用预测技术做好成本的事前控制工作, 才会有助于增强企业自身的竞争力。
参考文献
[1].王瑞和等.石油天然气工业概论.北京:中国石油大学出版社, 2007
[2].余祖德, 宋朝霞.灰色模型在油气操作成本预测中的应用.石油化工技术经济, 2003;6
[3].陈武, 陈光海.天然气生产成本分析与控制研究.钻采工艺, 2004;1
[4].董尚斌.石油操作成本预测实证研究.油气田地面工程, 2009;10
[5].刘思峰.灰色系统理论的产生与发展.南京航空航天大学学报, 2004;4
充填开采技术研究浅析 篇11
关键词：绿色开采 充填开采技术 现状
中图分类号：TD823183文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0018-01
充填开采技术是实现绿色开采的主要技术手段，更是解决“三下”问题的主要途径。该技术不仅可以减少地表沉陷，提高煤炭资源的回采率，还可以完成废弃物利用，避免出现“矸石山”，减少对环境的破坏，围岩控制及巷道支护难度的降低，进一步实现绿色开采。
1 充填开采技术分类
1.1 基于充填材料分类
地质条件和充填方法不同，工作面充填体材料也随之改变。根据充填体材料不同，可将充填开采技术分为膏体充填开采技术、矸石充填开采技术、高水材料充填开采技术、水砂充填开采技术。
1.1.1 膏体充填开采技术
膏体充填开采技术就是将矸石、粉煤灰、工业炉渣等固体废弃物通过一定工艺与水、胶结料按比例优化组合制成具有流动性、可塑性和稳定性的牙膏状胶结浆体，并且在外力作用下，通过特定管路输送到采空区，进行适时充填。
常用的膏体充填系统由三部分组成：充填料浆混制系统、充填料浆运输系统和工作面充填系统。充填料浆混制系统把矸石、粉煤灰、工业炉渣等固体废弃物与水、胶结料按比例优化组合制成牙膏状胶结浆体；充填料浆运输系统利用胶结浆体的流动性采用充填泵将其通过特定管路输送到采空区；工作面充填系统利用浆体的可塑性和稳定性在采空区后方进行适时充填。
1.1.2 矸石充填采煤技术
矸石充填采煤技术是利用外界动力将充填材料煤矸石输入采空区的充填采煤方法。根据充填料充填采空区的动力方式来划分，矸石充填方法包括人工充填、自溜充填、风力充填、机械充填。普通机械化矸石充填是采用专门的机械将矸石抛向采空区直接进行充填的方法，故多用于有一定倾角的薄及中厚煤层普采或炮采工作面回收井筒煤柱、工广煤柱。另有综合机械化矸石充填采煤可实现在同一液压支架掩护下采煤与充填并行作业，且采煤与运煤系统布置与传统综采完全相同，只在普通矸石充填系统基础上添加充填运输系统。
1.1.3 高水材料充填采煤技术
高水材料是一种快速胶凝材料，由 A、B两种材料构成，主要包括高铝水泥、石灰、石膏、速凝剂、解凝剂、悬浮剂等组分。其固水能力强、流动性强、凝固速度快、强度增长速度快，可以将高比例的水迅速凝固成具有一定承载能力的固体。高水材料充填系统相对膏体和矸石充填系统结构较为简单，机械化程度较高。
1.1.4 水砂充填开采技术
水砂充填开采方法是通过水力作用把充填尾砂送入采空区的充填方法。它主要将水与尾砂通过一定作用，形成水砂悬浮溶剂，送达采空区后脱水，尾砂形成充填体，水通过井底水仓到达地面贮水池，循环利用，从而达到充填的目的。
水砂充填开采的实施过程较为简单，但是其实施的内容较为困难，当充填浆液制备完成之后，只要通过管道直接将浆液运输到充填地点，就可直接充填，但是，采空区需要筑专门的护壁和隔墙，并且浆液在运输过程中容易污染，因此，实施过程中必须严格注意。
1.2 基于充填技术分类
按照充填体充填量占采出煤量的百分比，充填开采方法可以分为全部充填开采技术和部分充填开采技术。
1.2.1 全部充填开采技术
全部充填采煤技术可以分为干式充填技术和胶结充填技术。其中，干式充填技术可以分为采空区架后输送机漏矸充填技术和巷道迎头抛矸胶带充填技术两种。胶结充填技术可以分为泵送膏体充填技术、泵送高浓度胶结材料充填技术和煤矸石似膏体充填技术。
全部充填开采是在煤层采出后顶板未冒落之前对采空区全部充填，用充填体全部置换煤，充填体充填量占采出煤量的百分比大约为100%。
1.2.2 部分充填开采技术
部分充填技术可以分为采空区条带充填开采技术、冒落区注浆充填开采技术、离层区注浆充填开采技术、覆岩离层分区隔离注浆充填开采技术。部分充填技术相对于全部充填技术而言，仅用部分充填体置换相同量的煤，对采空区、离层区及冒落区进行充填，靠关键层及煤柱共同承载上覆岩层压力。
2 充填开采技术的现状
2012年6月，冀中能源邯矿集团陶一矿在12706工作面依靠充填开采，用“矿井水”置换出了“三下”优质压煤，产量完成5.068万 t，超高水材料充填开采技术实现了向规模生产的转变。2013年11月，首届中国膏体充填采矿国际学术研讨会成功召开，这标志着具有“绿色、安全、高效”的膏体充填采矿技术正在逐步成为全球矿业领域的技术热点和发展新动向。2014年2月，山东能源淄矿集团许厂煤矿第二个膏体充填开采工作面成功实现一次性联合试运行，进入面前及两巷充填阶段。
3 结语
相比之下，膏体充填技术成熟系统；矸石充填直接将井下采出煤矸石充填采空区，初期投资少，机械化程度高，系统简单；高水材料充填水比例高，固体材料少，克服适应煤矿充填技术的材料短缺的问题，并且充填系统简单，设备投资少，材料消耗少，不影响矿井的辅助运输，但缺点是高水材料抗风化和抗高温性能差，长期稳定性差；而水砂充填设备复杂，材料消耗多，机械化程度低，限制较多，水砂充填开采技术逐渐在我国被淘汰。
全部充填法充填百分比大，更高效，而部分充填需要进一步研究煤岩力学性质等，还需进行深入研究。煤矿充填开采是提高煤炭回采率，资源利用率的一项革命性创新。充填开采技术不仅可以解决压煤问题，而且还为矸石、粉煤灰等固体废弃物的回收利用开辟了新的途径，有效推进绿色开采技术的试行，具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]缪协兴.综合机械化固体充填采煤技术研究进展[J].煤炭学报，2012（8）：1247-1255.
[2]赵琦.充填开采技术在煤矿中的实践[J].山东煤炭科技，2012（3）：12-13.
[3]张洪军.建筑物下开采采空区膏体充填技术及应用[J].煤炭技术，2010（6）：90-91.
开采系统 篇12
定义:油层含油量不足, 压力减小, 不能够自喷采油的时候, 用机械在地面增加动力, 把石油采出地面。
分类:
国内外机械采油装置主要分为以下几类:
1.有杆泵采油装置系统, 通过抽油杆带动深井泵。包括抽油机, 也就是深井泵采油, 有两种方式, 游梁式抽油机井采油, 无梁式抽油机井采油。还有电动螺旋杆式采油。
2.无杆泵采油装置系统, 不借助抽油杆来传递动力。包括电泵和水利泵, 如电动采油泵采油、水力活塞泵采油、射流泵采油、振动泵采油、螺杆泵采油等。
3.气举, 包括连续气举和间歇气举
4.其他方式, 比如提捞。
机械采油装备的特点:
安全度高, 操作简便, 适应性强, 节约成本, 降低能耗, 维护费用低, 采集效率高。
二、机械采油的效率分析
系统效率:机械抽油系统由两大部分组成, 包括地面部分和井下部分。地面部分包括发动机, 传动带, 减速箱, 井口装置, 连杆装置。井下部分包括, 抽油管柱, 油套管柱, 以及抽油泵。
抽油机系统效率=抽油机系统的地面效率.抽油机系统的井下效率
由于能量在转换过程中一定会产生损失, 我们可以从两方面分析抽油机系统效率:1、地面装置的能耗主要在发动机, 皮带, 减速箱, 以及连杆装置中。2、井下能耗在抽油泵, 抽油管柱, 盘根盒, 抽油杆中。
输入功率=有效功率+损失功率
抽油机的系统效率=有效功率/输出功率
泵效:泵效即抽油泵的效率
泵效=实际抽油量/理论抽油量
影响泵效的因素包括体积系数, 液体漏失, 气体和充不满的影响, 抽油杆和抽油管的弹性伸缩。
三、影响机械采油效率的因素
1.机械:机械自身的能耗损失, 影响其原因包括抽油机配置载荷率, 发动机功率利用率, 平衡度, 皮带传送效率, 盘根盒的同轴度, 等
2.人为:油井的日常管理, 节能设备的开发, 对设备质量的检测, 操作方法的合理性, 对新技术的研究。
3.自然:油田的物理特性, 化学特性, 周围地理环境。四、提高机械采油效率的措施
1.增加系统的有效功率, 对系统进行优化设计, 提高技术水平抽油机载荷利用率要达到60%到80%, 发动机功率利用率要达到20%以上。推广平均功率法调整平衡技术, 提高皮带传送效率, 对状态不好的皮带及时调整和更换, 不同抽油机型科学采用不同的皮带松紧度。做好盘根盒的密封程度, 保持好的同轴度, 合理松紧度。
2.提高泵效方法有以下:a、选择合理的工作方式, 选择大冲程小冲次, 减少气体影响和悬点载荷。增强诱喷作用, 避开不利配合区b、确定合理沉没度。c、加大科技研发, 改善泵的结构, 提高泵的抗磨抗腐蚀能力。d、减少冲程损失, 使用油气管锚。E, 合理利用气体能量减少气体影响。
3.井下效率:减少杆管弹性损失, 对泵挂进行锚定。用滚轮扶正器和尼龙扶正器防偏磨。采用尼龙刮蜡器, 磁性防蜡器, 温控短路热洗, 清防蜡剂做好防蜡工作。井下气锚, 防气泵与地点套管防气阀配合使用防气。使用井下防砂泵, 防腐液。
4.协调供采问题, 合理配置动力, 合理分工, 采用科学的工作方法。对沉没度过高的井调整抽油参数, 减低机器功率。对供液差的井实行间抽。
5.提高低产井的效率, 降低冲次维持生产, 停抽节能。采用间歇生产制度, 自动控制间抽生产。
6.推广节能型采油设备, 如异型游梁式抽油机, 宽带传动抽油机, 异相型游梁式抽油机, 双驴头式抽油机, 链条式抽油机, 液压抽油机。推广节能技术使节能技术能在各个大小企业普及, 做好宣传教育工作, 培养节能意识。加强对更先进节能设备的研究。
7.加强对采油设备的科学管理, 定期检查传动装置, 定期检查更换机油, 定期检查调整更换传送带, 定期根据实际情况调整泵的沉没度, 根据实际情况进行不同的维护。
8.加强对油井日常工作的管理, 制定科学合理的油井管理制度, 对工作人员的工作进行检查和综合评价, 对存在问题的油井及时制定科学合理的解决方案。
结语
机械采油技术是石油工程技术的重点部分, 提高机械采油的效率是一项系统的长期的不断探索的工程, 它涉及多方面的内容, 包括机杆, 抽油泵参数的优化设计, 配套工艺的优选, 测试检漏技术, 以及对油井物资人员的管理和配置, 等等需要科研人员, 采油人员, 地质科研人员, 现场管理人员的共同配合和努力来实现。随着特殊油藏的发现, 以及油田开发难度增加, 地面条件不复杂化, 对健康安全环境保护方面的要求提高, 机械采油技术需要不断地提高和发张。新材料新工艺的采油系统也需要被开发普及, 同时要向人工智方向研发, 提高效率, 降低成本。使我国的石油工业更加科学的, 合理的, 健康的, 长远的发展。
参考文献
[1]郑广汉;机械采油新进展 (一) [J];国外石油机械;1996年04期.
[2]吴继周, 宋考平;定向井有杆泵抽油动态预测[J];石油学报;1994年02期.
[3]刘庆吉, 宋考平;水平井有杆泵诊断模型[J];石油学报;1997年01期.