开发开采（共9篇）
开发开采 篇1
地表沉陷预计是“三下”采煤的一项重要内容,预计的准确程度直接关系到开采方案的设计、采动损害预防措施的制订和实施[1,2]。现有的开采沉陷预计软件大多是以规则的开采空间来进行设计开发的,这些预计软件在一定条件下对指导矿山的安全生产,起到了重要作用,但在大量的应用中发现与实际情况存在一定的偏差,或者只适用于某些特定开采条件下的矿区,有的只能预计走向和倾向主断面上的地表移动变形[3,4]。因此,笔者在借鉴已有软件的基础上,应用概率积分法理论,利用VB和Surfer软件,开发一个能够预计任意形状开采空间的开采沉陷预计系统,用来预计采煤地表的移动变形,并且实现任意剖面上的地表移动变形预计,为“三下”采煤提供指导。
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):
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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:
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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.
[2]何国清,杨伦,凌赓娣,等.矿山开采沉陷学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1991.
[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.
[7]蔡孟哲.COM/ActiveX实用技巧[M].北京:中国铁道出版社,2001.
[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.
[9]张丽莉,吴健生.综合利用VB与Surfer实现地学三维曲面的动态显示[J].计算机工程与应用,2003,39(14):139-141.
开发开采 篇2
陕西旬邑青岗坪矿业有限公司
为了缓解煤炭资源日趋紧张的局面，安全开采“三下”压煤，协调煤炭资源的回收与地面沉陷，处理矸石地面堆积造成的环境问题，充填式顶板控制方法及无煤柱开采方法逐渐受到人们的重视。2013年8月7日由华能煤业公司副总经理、总工程师郑铁骑同志带队，各矿业公司总工程师和技术负责人等一行13人赴河北省冀中能源邢东煤矿和亨建矿参观学习调研了井下采空区充填及无煤柱开采应用技术。现将调研情况汇报如下：
一、充填式开采
（一）冀中能源充填式开采发展概况
冀中能源股份有限公司针对大量“三下”压煤问题，煤矸石粉煤灰排放、环境损害及土地资源问题，在邢东矿首先试验成功井下巷道矸石充填技术，率先成功研发建筑物下综合机械化充填采煤技术，即在充填液压支架后顶梁的掩护下，利用矸石粉煤灰及高水材料实现了采空区的充分充填，从而有效抑制覆岩下沉破裂和地表变形量，解放大量呆滞煤炭资源。成功设计了充填综采的新方法、新工艺，实现了采煤与充填并举，开创了建筑物下综合机械化充填采煤技术的新途径，攻克了巷道充填系统、充填工艺、充填装备等相关难题，研制了专用于巷道矸石充填的抛矸机，实现了矿井矸石不升井，将邢东矿打造成全国第一座没有矸石山的绿色矿井。截止目前已经实现充填巷道5816米，充填矸石85828立方米，臵换井下煤炭资源53万吨。经济和社会效益非常显著。
（二）冀中能源充填式开采的理论
冀中能源成功的充填理论和实践证明：支架支护强度和充填体密实度是充填采煤控制岩石拉应力和容许沉降空间的关键因素，控制着直接顶下沉变形。经过研究上部岩层弯曲变形各变量之间的关系，确定了不同岩性条件下的液压支架支护参数和充实密实度，控制了上覆岩层的移动，使上覆岩层位移最小，对地表影响最低，达到在采煤过程中控制地表下沉的目的。
（三）邢台煤矿充填式开采的现场应用
1、基本情况
井田面积为34Km2，其范围东以F2、F2-1断层为界，南以F12断层为界，西北以9#煤层掩盖接触线为界。含煤地层为石炭二叠系的本溪组、太原组、山西组。矿井开采初期是一座低瓦斯矿井，但随着开采深度的逐年加大，瓦斯涌出量在不断增加，掘进工作面瓦斯涌出量为0.90ｍ3/min，回采工作面瓦斯涌出量达3.54ｍ3/min。
邢台矿7606充填工作面采用综合机械化采煤工艺，分层开采，采高3.Om。采煤设备和工艺与普通综采设备和工艺基本相同，区别就在架后充填工艺。充填工作主要靠充填开采输送机和夯实机共同完成的。通过充填开采输送机的卸料孔将充填物料充填人采空区内，然后利用夯实机将充填物料推挤接顶并夯实。
2、应用过程
（1）地面建立矸石膏体充填站，先将矸石破碎加工，然后把矸石、粉煤灰、专用交接料和水等四种物料按比例混合搅拌制成膏体浆液，再通过充填泵把经大垂深投料系统，运到支架后部的充填刮板运输机，并进行推压密实。
（2）充填由固体矸石充填液压支架和辅助隔离措施形成的密闭空间的过程。整个充填工艺流程可以划分为矸石破碎、配比搅拌、管道泵送、充填体构筑等四个基本环节。
（3）工艺流程：充填工作由4名充填工同时协调进行，在割煤的同时，进行充填工作，若充填不满一排，割煤可停下等待充填捣实。其工艺过程如下：割煤的同时在支架拉移后，将充填开采输送机移至支架尾梁后部，进行充填。充填顺序由充填开采输送机机尾向机头方向进行，当前一个卸料孔卸料到一定量后，再开启下一个充填卸料孔，随即对前一个卸料孔所在支架后部已卸下的充填材料进行夯实，如此反复几个循环(一般需要2—3个循环)，直到夯实为止。当整个工作面全部充满，停止第l轮充填，将充填开采输送机拉移1个步距，移至支架尾梁前部，用夯实机构把充填开采输送机下面的充填料全部推到支架后上部，使其接顶并夯实，最后关闭所有卸料孔，对充填开采输送机的机头进行充填。第1轮充填完成后将充填开采输送机推移1个步距至支架尾梁后部，开始第2轮充填，如此反复。工作面自夯式充填液压支架与配套设备。
（四）调研结论
1、邢台矿率先研发了矸石与粉煤灰等充填材料投料运输系统以及工作面自夯式充填液压支架等成套综合机械化充填设备，成功设计了充填综采的新方法、新工艺，实现了采煤与充填并举，开创了建筑物下综合机械化充填采煤技术的新局面。
2、充填式开采有效控制了开采过程中的矿压显现，控制地表下沉，减少了对地面生态环境的破坏；实现了矸石不升井，煤矿不建矸石山。是一项利国利民的新技术。
二、无煤柱开采
（一）亨健煤矿基本情况
亨健公司煤炭资源紧缺，提高煤炭资源回收率一直是集团公司与我公司领导所重点关注的问题。因此，沿空留巷无煤柱护巷技术它不但能提高煤炭资源开采的回收率，而且也可缓解采掘衔接紧张问题。自2008年10月份开始实施新型高水材料巷旁充填留巷技术,先后在2313工作面、2505工作面、2501工作面成功留巷共计2000余米，并回采过程中逐步对原留巷方案进行了优化研究并得到应用，其效果十分显著。
（二）超高水材料充填留巷在亨健煤矿的应用实践
通过超高水材料制浆系统将浆液混合经过超高水材料浆液输送系统输送至充填巷道；背靠工作面两端头支架各安设止浆掩护支架，保证浆液固化后留巷效果。留巷后巷道宽度约为原巷道的一半，待工作面回采结束后再将巷道扩刷成回风巷，从而实现无煤柱开采，采区综合回收率提高10%～20%。
1、巷旁充填工艺
充填前，首先向搅拌桶内蓄水至所需水位，然后启动搅拌桶，待搅拌桶启动之后向桶内加料，将料加入桶内之后搅拌3－5分钟之后开始向充填点供料。充填点接到供料通知后，严密监控出料情况，待料均匀之后将混合管插入充填袋内开始充填。充填结束之后，泵站开泵供清水，冲洗管路并清理充填点，待所有东西收拾整理好之后，充填即可结束。
2、充填工艺实施方法（1）充填点作业程序
第一步：在进入充填地点前，必须先敲帮问顶，观察煤壁、顶板、临时支架与瓦斯检测等工作，一切安全正常后方可进入充填点进行作业。
第二步：拆除上次充填框架及对应的固定点柱，安设好本班充填框架，挂好充填袋，打牢固定点柱等。
第三步：上述工作按要求完成后，信号通知泵站开泵，并通知泵站本次实际充填高度。
第四步：充填过程中，密切观察充填袋周围情况，发现情况及时处理。第五步：充填快接顶时（根据计算距顶20cm时，管路中剩余浆液即可充实包体），打信号通知泵站，并依据顶板情况决定是否拆除其上的倾斜抬棚。待充填体完全接顶后，将高压注浆软管从充填袋内取出并用细铁丝捆扎紧充填口。
第六步：冲洗混合器及管路，见清水后通知泵站停泵。
（三）调研结论
巷旁充填体的强度高低直接影响沿空留巷围岩的稳定性。构筑的充填体应能及时提供足够的支护强度，以控制上位岩层相互间不致于有大的离层，通过对直接顶下沉变形的控制确保老顶在回转的过程中不断裂，有效地减少顶板下沉量与作用在巷内支架上的载荷，为留巷成功提供保证。
三、青岗坪煤矿充填式开采与无煤柱开采适用性讨论
（一）充填式开采讨论
1、青岗坪煤矿“三下”压煤情况：除地面工业广场压煤可采储量约154.7万吨，其他区域均为山体，无村庄和其他构筑物。
2、充填式开采设备投入与生产成本
充填式开采需投入地面矸石膏体充填站系统一套、大垂深固体投料系统一套、矸石固体充填支架一套，累计一次投入设备成本约为7000万元。充填式开采增加成本约为100元/吨左右。
3、采用充填法开采工业广场压煤经济效益对比：
（1）总支出约=设备成本投入+原吨煤成本+充填附加成本=7000万元+260元/吨*154.7万吨+100元/吨*154.7万吨=62692万元
（2）总收入=销售均价*产量=380元/吨*154.7万吨=58786万元 由此可见：总收入小于总支出；利用充填法回收地面工业广场压煤不可取。
4、采用充填法回收正常采区资源，每吨增加成本约100元，无经济效益可言。
5、冀中能源在井下开采条件比较差、煤炭储量有限的情况下走出了一条环保、高效、安全，造福于社会及老百姓的煤矿开采方法其意义无法用金钱来衡量，值得我们学习，但从青岗坪煤矿实际情况出发不适合采用充填式开采。
（二）超高水材料充填留巷无煤柱开采讨论
1、基本情况适用条件对比：青岗坪煤矿井田含可采煤层两层，4-1煤层为局部可采的较稳定型中厚煤层，4-2煤层为全区可采的稳定型厚煤层。4-1煤层与4-2煤层的分岔煤层厚度为1.05～2.42m，平均厚度1.88m，仅在井田东部赋存，与4-2煤层间距为0.9～4.4m，4-2煤层厚度1.15～16.35m，平均厚度为10.26m工作面设计为综采放顶煤，采高3m放顶高度7.26，采放比1:2.4，符合《煤矿安全规程》第68条规定，工作面综合回收率约为80%；回采工作面平均涌水量约为100m3/h左右。而超高水材料充填留巷无煤柱开采技术适用于3.5m以下煤厚一次采全高综采工作面。
2、青岗坪煤矿煤层高低起伏最大落差达到45m左右，而且相邻采面之间的标高差均达到2m以上，局部老空区易存积水，若采用超高水材料充填留巷无煤柱开采存在密闭不严的情况，处理不当极易造成透水事故。
3、根据青岗坪煤矿初步设计，矿井相对瓦斯涌出量达到9.92m3/t，矿井绝对瓦斯涌出量达到20.86m3/min;实际42101及42102综放工作面回采过程中相对瓦斯涌出量分别达到2.51m³/t、3.21m³/t，绝对瓦斯涌出量分别达到8.95 m3/min、8.4 m3/min，煤巷掘进头瓦斯绝对涌出量达到0.63m³/min，总回风巷绝对瓦斯涌出量达到19.2 m3/min，局部瓦斯较高，若封闭不严，采空区瓦斯极易涌入相邻巷道造成瓦斯积聚。
4、综放工作面采用超高水材料充填留巷存在封闭不严的情况，极易导致采空区漏风，存在采空区煤炭自燃发火的隐患。
结论：超高水材料充填留巷无煤柱开采在青岗坪煤矿基本不适用。
四、具体打算
1、加强对小煤柱开采技术研究，2013年青岗坪煤矿小煤柱开采已被公司列为科技项目，准备在42101及42104工作面搜集开采及矿压显现相应的资料，争取在42103工作面实现12m小煤柱布臵回采工作面，并逐步从12m～8m～6m的小煤柱方向发展，以提高采区煤炭回采率。
开发开采 篇3
MATLAB已成为世界使用最广泛的编程技术语言之一[4,5]。本文研究了利用MATLAB强大的功能实现煤矿开采沉陷预计和根据实测数据求取参数, 并将该系统应用于某煤矿开采对地面河堤的影响分析。
1 开采沉陷预计的方法
我国现在最常用的是概率积分法, 因其算法简单、结果可靠, 目前已成为我国较成熟、应用最广泛的预计方法之一[6]。本文主要介绍任意形状工作面开采影响的预计该方法是将任意形状工作面顺煤层走向划分成若干矩形状工作面, 用一个或多个矩形状工作面代替任意形状工作面。在预计任意点在走向和倾向方向的时候, 由于我国煤矿基本都是充分采动, 且走向和倾向都达到充分采动, 所以计算走向和倾向时都是采用两个半无限开采相减得到, 这就是本系统设计的原理。
2 运用MATLAB开发系统中遇到的关键技术
1) 此次系统开发主要采用了MATLAB中的概率积分法函数方法。2) MATLAB对工作面可以自动地划分为很多格网, 而MATLAB中的meshgrid命令就是对一定的区域进行平面地划分, 划分得到的平面格网可以用来绘制等值线和三维立体图。3) MATLAB具有很强的图形功能, 它可以根据计算的数据得到数据的二维、三维等图形。4) 系统中利用三个已知值: 工作面的走向方位角和左小角点的坐标, 将CAD图中的坐标转换为计算的坐标。5) 求参部分利用了最小二乘拟合曲线的方法, 将实测数据和拟合数据尽可能的吻合起来。
以上就是在预计和求参部分编写函数中的关键技术, 其他的传统高级编程语言, 如果要实现这些功能必须编写大量的程序, 而这些在MATLAB中只需要很简单的几个函数即可实现, 大大减少了工作量, 这就是运用MATLAB进行开采沉陷预计系统开发的优势。
3 系统程序正确性的检验
3. 1 开采沉陷预计部分的程序检验
采用参考文献[8]142 页例4-2, 工作面采厚m = 1. 45 m, 倾角a = 12°, 工作面倾向斜长D1= 200 m, 走向长D2= 300 m, 下边界采深H1= 321. 9 m, 上边界采深H2= 279. 3 m。已知本矿区概率积分法参数的经验值为: q = 0. 76, tgβ = 2. 0, b = 0. 30, s = 0. 1H, 开采影响传播角 θ = 90° - 0. 7α, 计算A点地表移动和变形值 ( A点距上边界50 m, 距右边界200 m) 。
由题目可知: 工作面下山方向左下角的坐标 ( X0, Y0) 为 ( 0, 0) , 工作面走向方位角为90°, A点坐标为 ( 150, 100 ) 。表1 给出了手算和程序计算结果, 计算的最大相对误差未超限说明系统预计部分的程序是正确的, 可以进行相应的开采沉陷预计。
3. 2 简单求取预计参数部分的程序检验
工作面采厚2. 0 m, 煤层为水平煤层, 工作面倾向长为120 m, 走向长为140 m, 煤层的平均采深为100 m, 求取的参数见表1。由表1 说明系统求参部分的程序是正确的, 可以进行相应的求参。
4 工程实例的应用分析
4. 1某煤矿开采沉陷预计分析
华东某煤矿的103上07 工作面开采3上煤, 采用综放开采, 采深426 m ~ 474 m、平均450 m; 工作面走向长1 014 m ~ 1 148 m, 倾向长80 m ~ 142 m, 工作面位于矿井的东南部, 工作面西部的上方有一条河流穿过, 3上煤厚度5. 74 ~ 6. 50、平均6. 15 m, 煤层结构简单, 煤层倾角2° ~ 21°、平均10°下面需要我们对开采此煤层时进行一定的预计, 并分析其开采对上部河堤的影响。
根据开采区其他工作面参数的预计情况, 结合103上07 工作面地质采矿条件, 通过计算, 最终确定采用的预计参数为: 下沉系数q = 0. 64, 主要影响角正切tgβ = 1. 79, 开采影响传播角 θ = 88°, 拐点偏移距为s = 0. 03H, 水平移动系数b = 0. 30。
根据103上07 工作面的具体地质采矿条件, 采用分析获得的预计参数和本开采沉陷预计分析系统计算的结果, 对103上07 工作面开采后的地表移动变形情况进行了预计, 并结合实地情况分析地表变形对工作面上河堤的影响。
由于河堤是沿南北方向的, 沿东西方向河堤比较宽厚, 所以对河堤的影响主要表现在南北方向, 东西方向几乎没有什么影响, 具体影响如下: 对河东堤的最终影响为: 河堤最大下沉2. 0 m, 对东堤的总影响长度为742 m。最大变形值为: 倾斜12 mm/m, 曲率- 0. 18 mm/m2~ 0. 08 mm / m2, 水平移动900 mm, 水平变形- 13 mm / m ~ 6. 0 mm / m, 最大倾斜和水平移动指向采空区中心。
对河西堤的最终影响为: 河堤最大下沉2.1 m, 对西堤的总影响长度为738 m。最大变形值为: 倾斜12 mm/m, 曲率-0. 18 mm/m2~0. 08 mm / m2, 水平移动900 mm, 水平变形- 13 mm/m ~ 6. 0 mm/m, 最大倾斜和水平移动指向采空区中心。
4. 2 对河堤的治理措施
由于煤矿的开采会对河堤造成一定的损害, 我们必须事先做好治理措施, 具体的措施如下:
1) 在没下沉之前, 事先准备好治理所用的土料, 与此同时对河堤进行预加固; 2) 开采时, 要时刻监测河堤的变化; 3) 对由于年久而出现的裂缝要在洪期到来之前进行处理; 4) 对由于沉降而造成的裂缝的防护, 要充分利用原有河堤, 采取迎风坡复土加固; 5) 对于破坏比较严重的河堤, 要采用一定专业的技术进行处理, 例如: 采取开挖回填重筑堤防的方法进行修复; 6) 对于河口冲刷区, 要采用砌石护岸。
5 结语
1) 此次开发的预计系统理论基础可靠, 可以满足工程需求。2) 充分发挥了MATLAB的编写效率高、编写简单的优势, 而且很好地利用了MATLAB强大的内置函数和图形功能, 大大地减少了工作量。3) 可以根据工作面上的实测数据求取概率积分法预计的参数。4) 将其很好地应用于某煤矿进行开采沉陷预计分析, 并根据预计结果对地面的河堤破坏进行分析。
摘要：介绍了利用MATLAB开发开采沉陷预计系统的原理及关键技术, 从开采沉陷预计与求取预计参数两方面, 检验了该系统程序的正确性, 并将该系统应用于某煤矿, 预计分析了煤矿工作面开采对地面河堤的影响, 最后提出了河提的治理措施。
关键词：煤矿,MATLAB,开采沉陷,河堤
参考文献
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煤矿开采 篇4
一、煤田和矿区
1、煤田：由含炭物质沉积形成的大面积含煤地带称～（自然形成）。
2、矿区：开发煤田形成的社会组合称矿区（社会的）。
二、煤层的分类
1）、按厚度分为：
（1）、薄煤层，厚度为 可采厚度～1.3 m；
（2）、中厚煤层，厚度为 1.3～3.5m；
（3）、厚煤层，厚度为3.5～10m；
2）、按倾角分为：
（1）、近水平煤层，倾角为 00～80；
（2）、缓斜煤层，倾角为80～250；
（3）、倾斜煤层，倾角为 250～450；
（4）急倾斜煤层，倾角为450<
二、井田
1、井田：划分给一个矿井开采的那一部分煤田称为井田。
2、煤田划分为井田的原则：
要充分利用自然条件作为井田边界。
要处理好与相邻井田的关系
要有与矿区开发强度相适应的矿井数目和井田范围
安全境界效果好
为矿井发展留有余地
直线原则
按应用范围分：
（1）开拓巷道：为全矿井或一个开采水平服务的巷道，如井筒、水平打巷、井底车场。
（2）准备巷道：为一个采区或几个区段服务的运输、通风等巷道；
（3）回采巷道：直接为采煤工作面服务的巷道。
1生产系统：运煤系统2通风系统3运料排矸系统4排水系统5动力供应系统
矿井可采储量与工业储量、生产能力和服务年限的关系，可用下式表示：
Zk=(Zc-P)C
Zk=A·T·K
式中Zk——可采储量，万t；
Zc——工业储量，万t；
C ——采区设计回采率，薄煤层为0.85，中厚煤层为0.80，厚煤层为0.75；地方小煤矿不小于0.7
采煤面采出率;薄0.97中厚0.95厚0.9
3三、矿井生产能力与井型
1、矿井生产能力：指矿井的设计的年生产能力，亦称井型。
1）、小型井：9、15、21、30（万t/a）；
2）、中型井：45、60、90（万t/a）；
3）、大型井：120、150、180、240（万t/a）；
4）、特大型井：300、400、500、600（万t/a）。
五、井田内的再划分
阶段：在井田范围内，沿煤层倾斜方向将煤层划分为若干个平行于走向的长条部分，每个长条部分设有独立的生产系统，称每个长条部分为阶段；
水平：在煤矿生产中，将设有井底车场和主要运输大巷的水平称为开采水平
2）、阶段内的划分：
（1）划分为采区
采区：在阶段内，沿走向将阶段划分成若干个具有独立的生产系统的块段，叫采区，当煤层倾角比较小时，沿走向划分成若干个倾斜条带，每一个单元布置1~2个采煤工作面，称为分带；
分段：当井田的走向长度比较短时，并且沿走向没有沿倾斜方向的断层，划分成可以进行开采的单元，每一个单元称为一个
分段；（图1-13）
开发开采 篇5
无论是大学采矿工程专业的课程设计, 还是职业学院采矿工程专业的毕业设计, 均涉及到要进行一个矿井中的采区设计问题。传统的方法是将实际矿井的条件, 在对其某些参数, 如煤层倾角、厚度、层间距、断层参数及断层密度等进行某些改动以后, 再交给学生进行设计。其优点是学生能够将所学知识结合该设计, 融会贯通各门专业课, 将学到的知识进行实际应用, 达到设计的目的。但也存在一些问题, 如题目相近的情况、几届学生有重复情况、确定的产量与赋存条件不匹配、不合理等。怎样解决这些问题, 本文介绍我们所开发的软件, 它能自动生成设计题目, 其目的就是实现主要功能:数据录入、数据查询、数据浏览、数据存储、绘制图形、出题、手动绘图等。理论上讲, 题目可以出现无数个而不雷同。另外, 用计算机进行图形的生成可以提高计算精度, 减少出错率, 提高教师的工作效率。
1 系统可行性
系统开发使用是Microsoft公司的Visual C++.NET, 该工具各方面的技术已经成熟, 可以用来开发系统。数据库使用的是Microsoft公司的Access, 在世界上已经开发出了许多成熟、强劲的数据库管理信息系统[1]。在硬件方面, 本系统要求的硬件标准不高, 一般的硬件设备满足运行系统。
2 编程环境的选择及开发环境界面
编程环境的选择是Microsoft, 此系统为开发人员提供了。NET Framwework, 它是一组服务、类及数据类型, 能提高开发人员的开发效率, 并且能够更加容易地使用Windows操作系统所提供的一组底层功能[2]。.NET Framework是开发人员能够集中精力去更好地实现应用程序的功能, 而不用担心具体的管理细节。属性窗口在IDE中的功能非常强, 在编辑文件和书写代码时通过属性窗口设置属性值, 在VS.NET中, 所有的工作都通过属性窗口来实现, 如选中文件时显示文件名等属性, 在编辑HTML文件时, 显示文档或各种标记的属性, 并可以对属性进行修改, 进行资源编辑时, 可以对资源属性进行修改, 进行菜单编辑时, 可以对菜单属性进行修改, 还可进行对话框资源编辑, 进行菜单、工具条资源编辑、代码编辑等。
数据的封装是将数据和数据有关的操作集合封装在一起, 形成一个实体, 这个实体就是一个对象。不必知道对象行为的具体细节, 只需要根据对象提供的外部借口访问对象。例如在屏幕上画一个图形SHAPE, 并对SHAPE进行显示、放大、缩小、旋转等操作。在面向对象的设计中, 图形shape以及图形操作函数的实现细节对使用者并不重要, 重要的是这些函数的界面, 使用者只需根据这些函数的界面 (函数名及参数) 和函数功能进行访问。那么, 在设计、实现、维护和重用程序时就有很大的帮助。
3 建数据库
数据库是存储在一起的相关数据的集合, 这些数据是结构化的, 无有害的或不必要的冗余, 并为多种应用服务;数据的存储独立于使用它的程序;对数据库插入新数据, 修改和检索原有数据均能按一种公用的和可控制的方式进行。当某个系统中存在结构上完全分开的若干个数据库时, 则该系统包含一个数据库集合。使用数据库可以有许多好处。如减少了数据的冗余度, 可以大大地节省数据的存储空间, 实现数据资源的充分共享等等。例如, 企业或事业单位的人事部门常常要把本单位职工的基本情况 (职工号、姓名、年龄、性别、籍贯、工资、简历等) 存放在一个表中, 这张表可以看成是一个数据库。有了这个“数据仓库”我们就可以根据需要随时查询某职工的基本情况, 也可以查询工资在某个范围内的职工人数等等。这些工作如果都能在计算机上自动进行, 那我们的人事管理就可以达到极高的水平。此外, 在财务管理、仓库管理、生产管理中也需要建立众多的这种“数据库”, 使其可以利用计算机实现财务、仓库、生产的自动化管理[3]。
通过ACCESS建立数据库用于储存等高线以及边界线的信息, 有矿的名称、煤层厚度、煤层倾角等信息。在数据库内建立两个表xian和xinx, 分别用于存储线的信息和矿的信息。Xian有两个关键字段, 一个是ID, 另一个是线号, 有等高线的数据、边界线的数据, 因此边界线的x和y可以不赋值, 因为可用四点确定边界线, 其中的ID自动编号。信息中主要有ID、矿名、煤层倾角、煤层厚度、题目描述的信息记录, 通过ID与xian建立关系。
数据的存储可以通过两个途径来实现, 一是在数据库的两个表xinx和xian中直接录入矿井数据和等高线以及边界线坐标, 另一种方法是可以在系统的录入选项中, 录入数据, 然后保存在数据库中来实现数据的存储。
通过系统实现对数据库中资料的读取和浏览, 并由读取的资料进行计算机绘图。这可以方便教师随时查询需要的资料。系统内有两个对话框用来进行数据的读取:一个为出题对话框, 直接输入题目的自动生成的ID号码, 即可读取题库中试题的信息, 如边界线点坐标、等高线各点坐标等数据;另一个对话框为浏览题目信息的对话框, 通过这个对话框, 我们可以浏览到题目的具体条件, 如煤层厚度、倾角等数据。
4 系统原理
4.1 MFC应用程序框架
M F C库 (M i c r o s o f t F o u n d a t i o n C l a s s Library) 中的各种类结合, 构成了一个应用程序框架, 其目的就是让程序员在此基础上建立Windows下的应用程序, 这是一种相对SDK来说更为简单的方法[4]。
4.2 Net框架下的GDI+编程
GDI+是从GDI演化而来的, 但是在Visual Studio的以前版本中使用GDI是相当复杂的, 而且工作量巨大。在GDI+中, 微软已经解决了许多问题, 因而使用GDI+编程将变得非常容易[5], 使实现本系统的功能更加方便快捷, 如图形类、画刷类、画笔类、字体类、颜色结构等。
4.3 绘图功能的实现
通过前述方法, 编制了多个程序、运行文件, 可以实现文字、直线、多边形、园、椭圆、曲线、抛物线、等高线、经纬网的绘制与自动成图。
5 结语
课程设计题库的建立, 有利于教师对课程设计出题工作的宏观协调, 并避免重复劳动, 教师可以对题库进行添加、调整、删减等功能, 由计算机保存数据并生成图形, 还可以充分保证出题工作的准确性。新时代的发展要求教育的管理及工作朝着规范化、标准化的方向发展。计算机以及校园网在大学校园内, 已经非常普遍并达到了高度成熟。本系统的开发适应了社会的发展趋势, 符合教学工作的要求, 为教学工作中的信息系统提供了有力的支持, 同时也加快了教学工作的步伐。实践证明, 本系统符合实际需求, 具有实践价值和较强的生命力。
参考文献
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开发开采 篇6
目前,我国气田在后期的挖潜阶段面临的主要难点在于两大方面,一方面在于气井底部中的压力过小,并且越到后期压力逐渐衰竭,对外输工作带来了很大困扰,开采难度大大增加;另一方面在于受到气田水的困扰,气水过多影响了现场勘测和内部环境视察,阻碍了天然气运输的效率和质量,导致资源损耗较多,阴碍了气田开发进度,不利于整体经济效益的实现。
总的来说气田后期阶段的开发生产特点具备了三大点:①气井内部压力过低;②井筒底部长时间开发会积累大量液体,气井容易出现水淹现象;③气井开发过程中产生出来的压差过小,不利于天然气挖潜。
2增压开采工艺在气田后期开发应用方案研究
2.1增压开采应用中气井区的选择
针对天然气增压开采技术的具体应用过程,需要选择合适的气井区作为大体环境进行实施,要全方面考虑气井内部的压力程度以及时机管道的分布状态,从而充分利用集中外输系统,选择压强密度较高的区域进行增压开采,达到最佳的应用效果。
2.2气井增压开采技术规模的应用思考
为了保证天然气增压集中站组的正常运作,在实际应用中要有效制定增压装机的规模以及场地选择。例如气田开采中的装机规模普遍为12×100 m3/d,那么就需要保证开采容量保持在15.45×23.59至100 m3,保持最大功率维持在458 k W,以此来满足整体气田压力的需求,使得具体开采工作处于标准值范围内。
为了有效保证增压开采工艺的应用效果,首先需要制定合适的采气量,其次要合理计算增压装机以及技术实施后气田收益率,从而能够有效保证天然气的综合开采效率。
3天然气增压开采工艺技术在气田开发后期应用的思考
3.1合理选择气井、气田
在天然气开采中,首先要选择好气井或者气田,这是工程项目的基础。首先应当从五个方面论证气井或者气田开采的合理性和可行性,从而提升开采的经济效益。
第一,是保证气井或者气田仍然有着较大的储量;第二,是和用气市场距离远近;第三,是气井的集中度和官网的匹配度;第四,是投资和收益比;第五,是增压会对气田产生的影响。
3.2合理选择增压站址
增压站的选址如何对天然气增压开采工艺技术有着非常大的影响,在选址中,应当注意以下几点。
第一,如果是气水同产的天然气单井,应当在井场的附近选择建立增压站,从而便于将气和水分离,并且单独输送,这样有助于提高管理的协调性,避免井口压力过大;第二,纯气井单井开采中使用增压技术,需要根据具体的情况确定增压站的地址,在单井站选址能够提高管理的效果,有助于完善设施,也可以在不远处选址;第三,集中开采的气井中使用增压技术时,可以在不远处选址。
3.3设备选型及工艺流程改造应与气田生产特点相适应
(1)气田天然气增压生产的特点。气田天然气增压生产中需要面临一些特殊点,总结起来包括以下几点:
第一,天然气在开采过程中随着深度的增加会出现压力下降的现象,随着输送气量、用户用量等变化输气压力也会出现一定的变化,因此需要采用增压设备来保证天然气压力的稳定。第二,在天然气开采中,气井的分布比较散,很难真正地实现统一的供水和供电,所以在供水供电方面很难得到切实的保障。第三,有的气田所生产的天然气含有硫化物等腐蚀性物质,这就对增压设备提出了一定的要求,需要加强对设备的抗腐蚀性的管理和预防。第四,天然气开采具有一定的连续性,所以增压机应当稳定连续地运转;第五,天然气生产中容易出现变化,增压设备要易于搬运。
(2)设备的选型。为了适应天然气开采的特点,目前我国已经有了几种比较常见的天然气开采装置,比如DPC系列、JG型压缩机,这两种压缩机都能够满足气田后期增压的需要。DPC和JG压缩机Jun均是美国生产的压缩机,DPC机组自带报警装置,无论是使用还是安装都比较方便,适合野外工作,所以更加受到我国天然气开采队伍的青睐。
3.4有效地协调气田生产变化和压缩机工况
气田增压开采成功的关键点在于压缩机工况和气田生产变化是否相适应。为此,应当有效地协调压缩机工况和气田生产变化。
首先,可以根据气井或者气田的产量、井口的压力、工艺流程等计算压力损失和输气压力,进而在选择压缩机时可以采用相适应的型号和数量,不过如果是气水井增压开采,需要同时考虑使用备用的机组,便于气水的分离和输送。
其次,要根据气田开采的变化对压缩机的运行参数进行适当地调节,进而实现转速调整、压缩缸气阀数量、压缩缸空隙的控制。
最后,在气井变化较大的情况下可适当对压缩机型号、数量进行调整,从而满足生产需要,将生产效果提高。
4结束语
通过对天然气增压开采工艺进行展开分析,着重探讨了该技术在气田开发后期中的实际应用情况,总结了具体的应用成效和应用技巧,为后续天然气工业生产做出重要贡献。由于在气田开采的过程中,开发后期长时间日积月累的资源损耗,使得整体气田的内部压力逐渐减弱,不能很好的满足具体工艺技术的准确应用,从而使得开发所涉及到的众多指标不能达到正常标准。基于此,为了保障气田开发后期开采效率和进度,天然气增压开采技术发挥了关键作用和重要价值。
参考文献
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开发开采 篇7
煤矿开采形成的地表移动变形给矿区的生产和安全造成了巨大的影响[1],不仅对矿区的生态环境造成破坏,还会对地面建筑物造成损害。建筑物下采煤的关键问题之一是控制岩层及地表沉陷[2]。因此,无论是从地表建筑物安全方面考虑,还是从煤矿经济因素考虑,对矿区地表移动变形及岩移参数研究具有重要的意义。
关于地下开采引起的地表移动变形问题,国内外学者对地表移动变形进行了大量的研究[3,4,5],确定了地表移动变形的运动机理及其发展规律。为地表移动变形预计提供了理论依据和方法,具有一定的借鉴指导意义。
1 概率积分法数学模型
1. 1有限开采时地表移动盆地走向、倾向主断面移动和变形预计
矿层沿倾斜方向已达到充分采动,沿走向方向没有达到充 分采动,这种情况 称为走向 有限开采[6]。由于在实际开采过程中,走向和倾向方向未必同时达到充分或非充分采动,因此分别讨论不同采动形式下走向、倾向方向的数学模型。根据实际开采情况,选择相应的预计模型。应用范围广,具有普遍性。沿走向方向为有限开采的地表移动盆地主断面移动、变形计算公式如(1)所示;沿倾向方向为有限开采的主断面计算水平移动值时,应考虑煤层倾斜所引起的水平移动分量,计算公式如(2)所示。
式中,W0(x) 为地表下沉值;i0(x) 为地表倾斜值;K0(x)为地表曲率值;ε0(x)为地表水平变形值;U0(x)为地表水平移动值;U(y;t1) 、U(y - L;t2)为半无限开采时倾向主断面上山和下山方向水平移动值;r为主要影响半径;r1、r2为上山和下山方向主要影响半径; D为工作面倾向长度;s1、s2为上山和下山方向拐点偏移距;s3、s4为走向左、右拐点偏移距。θ为开采影响传播角;α为煤层倾角。
1. 2 走向和倾向均为有限开采时地表移动盆地主断面的移动和变形预计
走向和倾向均为有限开采时,预计走向主断面上的移动和变形可采用公式(1),预计倾向主断面的移动和变形可采用式(2),但求得的移动和变形值均应乘以一个小于1的采动程度系数[7]。
式中,n1、n3分别为倾向和走向采动程度系数;D1、D3分别为倾向和走向方向实际长度;H0为平均采深;K1、K3为小于1的系数,坚硬岩层为0. 7,中硬岩层为0. 8,软弱岩层为0. 9。
2 岩移参数计算原理与方法
由于地表下沉值和水平移动值的分布具有非线性特点,因此采用最小二乘法曲线拟合来求取岩移参数,使求得的数据与实际数据之间误差的平方和最小。其原理为:若y是关于自变量X和待定参数B( b1,b2,…,bm)的函数y = f(X,B) ,给出(X,y)的n对观测值( Xk,yk) k = 1,2,…,n,求出满足以下关系的参数B。
在求岩移参数时,自变量X为观测点到开采边界的距离,y为观测点实测移动变形值。待定参数B( b1,b2,…. ,bm)为概率积分法一系列岩移参数。
求最小二乘解,等价于求多元函数的极值问题[8],根据极值原理,应满足以下公式:
从这m个方程可以解出m个参数b1~ bm,即求解得出岩移参数。
3 可视化系统设计与开发
3. 1 系统开发思路
矿山开采沉陷可视化系统是基于矿山开采沉陷相关理论、数据可视化技术、计算机应用程序开发技术,以Microsoft Visual Studio 2008为开发平台,采用高级程序设计语言C#编制,结合Matlab数学软件、Zed graph绘图控件、Surfer绘图软件实现的[9]。该系统可为观测数据的有效管理、移动变形值及岩移参数的快速计算、移动变形图形的自动绘制提供了重要的技术支持。系统功能结构如图1。
3. 2 系统主要功能
矿山开采沉陷可视化系统可以有效的研究矿区地表变形分布及岩移参数的计算。该系统实现主要功能包括:1观测数据的管理:为了有效的管理观测数据,系统通过Microsoft SQL Server 2005数据库管理观测数据。该数据库可为关系型数据和结构化数据提供安全、可靠的存储功能,可用于构建和管理高性能的数据应用程序。2地表移动变形值计算:通过调用数据库中的观测数据,利用各移动变形值的数学模型计算出各观测点下沉值、倾斜值、曲率值、水平移动值和水平变形值[10],并对计算结果进行简要分析。3岩移参数计算:结合C#. NET平台快速高效的图形化应用程序开发能力以及Matlab强大的数值计算能力快速求取岩移参数。该方法效率更高、针对性更强,可将岩移参数计算与观测数据处理集成到同一平 台。4移动变形 曲线绘制: 基于Zedgraph绘图控件,在界面中绘制单条或多条移动变形曲线;5等值线绘制:以C#语言的兼容性为基础,运用Surfer Active X Autormation接口技术,在C#的可视化窗口中调用功能强大Surfer等值线绘制程序,以实现各移动变形等值线绘制。系统主要功能如图2。
4 系统应用实例
某矿地表为村庄,为保证地表建筑物安全不受损害,需确定上覆岩层岩移参数。选取该矿1326工作面为研究对象,煤层埋深470 ~ 553m,煤厚为1.4m,平均倾角为11°,与1327工作面在空间位置上为临近工作面,1326工作面停采线距1327工作面开切眼水平距离为100m,两工作面开采时间间隔短,1326工作面回采结束后同月即对1327工作面进行开采作业。在1326工作面地表设计并布置半条走向观测线和半条倾向观测线。两条测线以30m等间距布置测点,走向、倾向观测线分别布置17和16个测点。1326工作面地表观测站布置图如图3所示。本次观测点坐标观测选用的设备为尼康PTM - 352C全站仪,各处的覆岩层移动角量、超前影响角ω和开采深度H1已确定,便可计算超前影响距L。其计算公式为:
1) 首次观测时1326工作面已采部分影响范围判定
1326工作面首次观测时的超前影响距: L =H1cotω = 485×cot71. 5° = 162m。根据计算结果,首次观测时1326工作面已采部分影响范围如图4所示。由图可知,1326观测站首次观测时,走向观测线1 ~ 3号测点已受到工作面开采影响开始移动,但倾向观测线尚未受到影响。
2)1327工作面影响范围
由于末次观测时,1327工作面开采时间长,工作面后方地表基本处于稳定状态。因此1327工作面开采影响范围根据岩石移动角划定。1327工作面走向方向影响距离L = 475×cot78° = 100m;下山方向影响距离为475×cot73° = 145m,由此划定1327工作面开采影响范围如图5所示。由图5可知,1326走向观测线9 ~ 17号测点受到1327工作面开采影响。
综上可知,1326观测站倾向观测线及走向观测线4 ~ 8号测点的观测结果满足条件,可用于求取岩移参数。
5 岩移参数计算
5. 1 1326工作面采动程度判定及初始岩移参数选取
工作面采动程度用采动系数公式(4)判定。当n1< 1,n3< 1时,走向、倾向均为非充分采动;当n1< 1,n3> 1时,倾向未达到充分采动,走向已充分采动;当n1> 1,n3< 1时,倾向已充分采动,走向未达到充分采动;当n1= 1,n3= 1时,走向、倾向均达到充分采动;当n1> 1,n3> 1时,走向、倾向均达到超充分采动。
根据该矿及1326工作面实际情况:该矿上覆岩层为中硬岩层,K1、K3取0. 8;倾向长度D1= 129m、走向长度D3= 305m、平均采深H0= 482m,计算倾向采动系数:n1= 0. 21 < 1;走向采动系数:n3= 0. 51< 1。根据计算结果可知,该矿1326工作面走向、倾向均为非充分采动。
根据该矿上覆岩层性质、采动程度及岩移参数经验值,选定初始岩移参数如下:下沉系数为0. 72,水平移动系数为0. 35,主要影响角正切值为2. 0,开采影响传播角为90 - 0. 65α,拐点偏移距为0. 1H。
5. 2 系统求参使用方法
根据1326工作面走向、倾向均为非充分采动,选择走向、倾向均为有限开采预计数学模型,调用数据库中的观测数据计算出走向、倾向观测线有效测点的下沉值和水平移动值,调用计算值及坐标文件,利用矿山开采沉陷观测数据分析可视化系统中的岩移参数计算模块,输入岩移参数初始值,进行曲线拟合计算,最终实现拟合结果及图像的同步显现,获得岩移参数值。
5. 3 走向下沉值、水平移动值拟合求参
下沉值曲线拟合计算结果为:最大下沉值W0为1168mm,走向主要影响半径r为292m,拐点偏移距s为25m。水平移动值曲线拟合计算结果为:最大下沉值W0为1025mm,走向方向水平移动系数b为0. 3,走向方向主要影响半径r为450m,拐点偏移距s为69m。
下沉值确定岩移参数:下沉系数q = W0/ ( m×cosα) = 1168 / ( 1400×cos11°) = 0. 85;走向主要影响角正切tanβ = H/r = 480 /292 = 1. 6;拐点偏移距s= 0. 05H。水平移动值确定岩移参数:下沉系数q =1025 / (1400×cos11°) = 0. 75;走向水平移动系数为0. 3;走向主要影响角正切tanβ1= 480 /450 = 1. 1;拐点偏移距s1= 0. 14H。曲线拟合如图6。
由图6可知,当两者计算结果产生偏差时,以下沉值求参结果为准。走 向方向岩 移参数如 表1所示。
5. 4 倾向下沉值、水平移动值拟合求参
倾向下沉值曲线拟合计算结果为:最大下沉值W0= 876mm,上山、下山方向主要影响半径r1=287m、r2= 313m,上山、下山拐点偏移距s1= 48m、s2= - 63m,开采影响传播角θ0= 82. 7°。倾向水平移动值曲线拟 合计算结 果为: 最大下沉 值W0=876mm,上山、下山方向水平移动系数b1= 0. 4、b2=0. 2,上山、下山方向主要影响半径r1= 230m、r2=220m,上山、下山拐点偏移距s1= 72m、s2= - 47m,开采影响传播角θ0= 82. 8°。
下沉值确定岩移参数:下沉系数q = W0/ ( m×cosα) = 876 / (1400×cos11°) = 0. 64;上山主要影响角正切tanβ1= H / r1= 480 /287 = 1. 7;下山主要影响角正切tanβ2= H / r2= 480 /313 = 1. 5;上山拐点偏移距s1= 0. 1H;下山拐点偏移距s2= 0. 13H;开采影响传播角θ0= 90° - 0. 66α。水平移动值确定岩移参数:下沉系数q = W0/ ( m×cosα) = 876 / ( 1400×cos11°) = 0. 64;上山方向水平移动系数b1= 0. 4;下山方向水平移动系数b2= 0. 2;上山主要影响角正切tanβ1= H / r1= 480 /230 = 2. 1;下山主要影响角正切tanβ2= H / r2= 480 /220 = 2. 2;上山拐点偏移距s1= 0. 15H;下山拐点偏移距s2= 0. 1H;开采影响传播角θ0= 90° - 0. 66α。曲线拟合图像如图7所示。
由图7可知,当两者计算结果产生偏差时,以下沉值求参结果为准。倾向方 向岩移参 数如表2所示。
由表1和表2可知,取值时以拟合效果好的倾向观测线计算结果为准。岩移参数最终结果如表3所示。
6 结论
1) 矿山开采沉陷可视化系统的设计开发实现了地表移动变形参数管理、地表移动变形计算、岩移参数计算、地表移动变形曲线及等值线绘制等功能,并能将等值线图转化为三维图。为研究地表移动变形分布及岩移参数求取提供技术支持。
2) 该系统在半无限开采地表移动变形预计基础上进行改进,建立了不同采动程度下的数学模型,还可以对有限开采时地表移动变形进行预计。增强了系统自身功能,应用范围广,适用性强。
3) 根据有效观测数据,运用基于最小二乘法的曲线拟合方法计算出工作面上覆岩层岩移参数,该岩移参数对该矿其他工作面的开采沉陷预计具有一定的指导意义,为类似地质条件的矿区地表移动变形预计、岩移参数求取提供一定的借鉴作用。
摘要：依据矿山开采沉陷相关理论,以概率积分法数学模型为基础、运用基于实测数据求参原理与方法,结合相关软件设计开发了矿山开采沉陷可视化系统。为研究矿区地表移动变形分布及岩移参数求取提供了技术支持。结合系统应用实例,利用地表观测数据拟合求参,对该矿其他工作面及类似地质条件矿区开采沉陷预计提供借鉴作用。
开发开采 篇8
地下水资源量是处在地下水补给与排泄的动态平衡中,是随着自然和人为因素的改变而变化的。 当大量开采地下水后,会引起地下水补给、排泄条件的改变,给地下水量的准确计算带来困难[1]。尤其对于半干旱地区,地下水是人们生产生活的主要来源,因此,如何对地下水资源进行评价以及实现地下水资源的可持续利用 更成为亟 待解决的问 题[2~4]。黄河沿岸丰富的地下淡水资源是陕北风沙滩地区极为宝贵的资源,但如果过度开采或不合理地开发利用,会导致地面沉降、开裂、地表生态环境恶化等很多环境地质问题[5~6],为此,笔者以靖边县北部为例,对风沙滩地区地下水资源可开采资源量进行了分析计算,并对靖边北部地下水资源开发利用潜力进行了评价。
1研究区水文地质概况
靖边县地处陕北黄土高原北部与毛乌素沙漠南缘过渡地带,白于山横亘于南,毛乌素沙漠绵延于北,靖桥平原呈东西走向居中。全县可划分为3个地貌类型区和9个亚区,北部为风沙滩地区,包括沙漠、平原、滩涧地、沙盖黄土梁岗4个亚区; 中部为黄土梁峁涧地区; 南部为黄土丘陵沟壑区。 ( 表1) 本次的研究区为北部的风沙滩地区,即靖边县地貌 分区图的 北部I区部分, 面积共1676. 47m2。( 图1)
区内地下水按含水层的介质类型和地下水埋藏条件可分为三大类,即第四系松散岩层孔隙及裂隙孔洞潜水、白垩系下统洛河组碎屑岩裂隙孔隙潜水和承压水、侏罗系中统安定组裂隙潜水。第四系潜水主要含水层为萨拉乌苏组粉细砂层[8]。
第四系冲湖积粉细砂层松散岩类孔隙介质,在沙盖黄土梁岗区大气降水入渗条件相对较好,地表薄沙覆盖不易形成径流,下伏基岩潜水主要接受上部第四系潜水入渗补给。在沙漠滩地和平原区地形相对平坦,粉细砂、粉砂土的渗透性能强,降水几乎形不成地表径流,极易接受大气降水入渗补给; 另外,沙漠区和滩涧区在7、8、9三个月尚有凝结水补给; 平原灌区在5 ~ 9月农灌期还要接受渠系渗漏补给、渠灌田间入渗补给和井灌回归补给[7]。 北部风沙滩地区潜水依地势向南、北方向径流,在径流途中除向红柳河、芦河等河流排泄外,局部汇流到低洼处形成海子,在水位埋深浅处消耗于蒸发蒸腾; 另外,还有农灌期的大量人工开采排泄。
2靖边县北部风沙滩地区地下水可采资源量计算
2. 1水文地质参数的确定
本次计算主要的水文地质参数有大气降水入渗补给系数 α、渗透系数K、给水度 μ、弹性释水系数S、渠道有效利用系数 η、渠系渗漏系数m、渠灌田间入渗系数 β渠、库水渗漏系数 β库、井灌回渗系数 β井。各参数的取值主要利用区内已有成果资料及经验值。
2.2地下水多年平均补给量计算
计算区内地下水补给源主要为大气降水入渗补给,其次还有沙漠滩地区的凝结水补给、农业用水 ( 渠系渗漏、灌溉回归入渗) 补给及河库渗漏补给。计算结果如下。( 表2)
2.3含水层储存量计算
靖边北部风沙滩地区面积共963 km2( 表1中IA、IB、IC分区面积) ,根据水文地质剖面图量取含水层厚度为50m,给水度0. 12,经计算靖边县境内北部风沙滩地潜水含水层容积储存量为58 ×108m3。
2.4地下水可开采资源量计算
靖边县地下水可开采量,主要依据区内地下水资源的补给条件、开采技术条件等进行计算。北部风沙滩地区采用平均布井法计算其可开采量,并结合勘察成果资料确定集中开采水源地的可采量。计算结果见表3、表4。
全县地下水可开采资源量主要集中在北部风沙滩地区,该区地下水可开采量为1. 17 × 108m3/ a; 该区域共包括红墩界镇、黄蒿界乡、海则滩乡、宁条梁镇、东坑镇、张家畔镇、杨桥畔镇7个乡镇, 其中东坑镇的地下水可采资源量最大,为0. 44 × 108m3/ a,占全区地下水可采资源量的37. 68% ; 杨桥畔镇地下水可采资源量最小,为0. 044 × 108m3/ a,仅占全区地下水可采资源量的3. 77% 。
3靖边县北部风沙滩地区地下水开发利用潜力评价
3. 1地下水资源现状开发利用量
各乡镇开采地下水主要用于农田灌溉、人畜生活用水,不同地貌单元地下水开发利用方式、开采程度不同。
( 1) 人畜生活用水
该区在东坑、宁条梁镇一带,由于上部潜水矿化度较高或含氟量超标,以村为单位的深井水厂是其主要开采方式,目前已建水厂有东坑水厂、黄家峁水厂、吴家峁水厂、毛瑶水厂、毛团水厂、生地畔水厂、宁条梁镇水厂等水厂; 新农村一带多为浅机井; 水位埋深小于7 ~ 8m,如海则畔乡,多为压水井,该区人畜生活用水基本没有问题。该区乡镇村民生活用水定额取35L/d·人( 表5) 。
( 2) 农业灌溉用水
全县宜井灌地区主要集中于北部风沙滩地区的平原、涧滩地、平沙地和农田改造过的部分沙盖黄土地,现状农灌井以中浅 ( 30 ~ 150m) 机电井为主。海则滩一带抽水井一般较浅,除浅井外,还有多管井,以开采第四系潜水为主; 红墩界镇和黄蒿界乡以开采白垩系洛河组基岩水为主; 宁条梁镇一带抽水井大多150m左右,以开采白垩系环河组基岩水为主; 东坑镇的伊当湾、冯家峁则等地以浅井为主,主要开采第四系潜水,东坑镇的黄家峁、四十里铺等地近年来深井发展较多,主要开采基岩水; 新农村一带抽水井一般40 ~ 130m,多为混合开采方式,主要抽取第四系潜水; 杨桥畔多为近年新打深井,井深150m左右,主要开采基岩水; 中部涧地区以浅井为主,开采第四系潜水 ( 表6) 。
注: 家畜用水依据陕西省行业用水定额,大家畜 0. 03 m3/ d、猪 0. 015 m3/ d、羊 0. 006 m3/ d
( 3) 工业用水
根据县水资办取水许可证登记表,结合水源井单井开采利用情况调查核实,靖边县北部风沙滩地区工业用水量3. 82 × 106m3/ a。石油助剂厂 ( 炼油厂) 和天然净化厂 ( 及甲醇厂与发电厂) 是目前北部用水大户 ( 表7) 。
3.2地下水资源开发潜力分析
3. 2. 1开发利用潜力分析方法
根据靖边县地下水可采资源量及地下水开采现状,以次级行政区划 ( 乡、镇) 为单元,适当考虑地下水资源评价分区,分别计算区内地下水的开采潜力指数P。
式中: P为地下水开采潜力指数; Q可为地下水可采资源量 ( 104m3/ a ) ; Q采为地下水 现状开采 量 ( 104m3/ a) 。
并根据下述划分标准对靖边县地下水开采潜力进行区域划分。
对有开采潜力区,根据开采潜力模数M ( 单位面积地下水资源剩余可开采量,单位104m3/ a·km2) 的大小对开采潜力作进一步划分,其划分标准为:
潜力很小区: 潜力模数 < 2 × 104m3/ a·km2
潜力较小区: 潜力模数( 2 - 5) × 104m3/ a·km2
潜力中等区: 潜力模数( 5 - 10) × 104m3/ a·km2
潜力较大区: 潜力模数 > 10 × 104m3/ a·km2
3. 2. 2地下水资源开发利用潜力分析
根据靖边县北部风沙滩地区地下水可采资源量及地下水开采现状,地下水开采潜力计算和分析成果详见表8。结果表明该区地下水开采潜力指数全部大于1. 2,表明该地区仍有潜力可挖,可以扩大开采。
注: 指数 P = 可开采量 /现状开采量,模数 M = 剩余可开采量/面积 ( 单位: 104m3/ km2·a)
按开采潜力模数的大小可分为潜力很小、潜力较小和潜力中等三个亚区。海则滩乡的开采潜力模数为5. 75 × 104m3/ km2·a,属潜力中等区; 红墩界镇、东坑镇、张家畔镇的开采潜力模数为3. 90 × 104m3/ km2·a ~ 4. 62 × 104m3/ km2·a,属潜力较小区; 黄蒿界乡、宁条梁镇和杨桥畔镇的开采潜力模数均小于2 × 104m3/ km2·a,属潜力很小区。
4结论
全县地下水可开采资源量主要集中在北部风沙滩地区,从资源总量上来说,靖边县北部风沙滩地区地下水资源仍有较大的潜力。
在靖边北部风沙滩地区,由于其补给条件、开采条件较好,本地用水量是全县较大的,其潜力模数也较大,是靖边县经济发展的中心地带,因而该区是今后靖边县经济发展的主要供水水源区。
靖边县各乡镇开采地下水主要用于农田灌溉、 人畜生活,不同地貌单元地下水开发利用方式、开采程度不同。
该区地下水开采潜力指数全部大于1. 2,表明该地区仍有潜力可挖,可以扩大开采。
在开发利用时应注意开发利用方式、开采布局等具体问题。从区内的水文地质条件来看,合理的取水方式为单一开采白垩系含水层的非完整井,一方面可避免第四系潜水水位持续下降,另一方面可节省建井投资。
摘要：通过确定靖边县北部风沙滩地区的水文地质参数,计算得出地下水多年平均补给量及含水层储存量,进而采用平均布井法得出该区各乡镇地下水可采资源量及地下水可采资源总量。依据地下水资源开发利用现状,采用开采潜力指数法对不同区域开采潜力进行分析评价,得出该研究区整体都具有开采潜力的结论.最后根据开采潜力模数进一步对有开采潜力的区域划分为潜力很小、潜力较小和潜力中等三个亚区,为该区域及整个陕北风沙滩地区未来更长时期地下水资源的合理配置和水资源的可持续利用提供科学依据。
开发开采 篇9
采区开采顺序对于一个水平乃至整个矿井的生产和各项技术经济指标都有很大影响。上、下山开采方式探索合理的采区的开采顺序,寻求提高矿井经济效益的途径,应就水平开拓矿井上、下山开采的采区开采顺序深入探讨。
1.1 采区合理开采顺序应满足的要求
水平开拓矿井,一个水平内划分的上、下山采区个数,一般都大于达到设计能力时的同时生产采区个数。生产采区可按不同的开采顺序、进行开采,合理的开采顺序应满足以下要求。新水平首采区投产时,延深工程量小、投资少、工期短、达产快;水平生产相对集中,共用系统多、占用巷道少、设备少、辅助人员少;巷道占用时间短,维修量小,二次重复投资工程降到最低限度;接续采区准备量少,搬家工作量小,不用跳跃式或大后退式开采;煤炭质量和煤层生产能力差异悬殊的采区,能合理搭配开采;有利于最低标高排水系统的建立,下山采空区不积水,为水平过渡创造条件。
1.2 上、下山采区开采顺序类型及典型分析
我矿水平开拓矿井中,采区划分多以倾斜断层为界,如以两断层间同一块段上、下山两采区的开采时间不同,可分为以下类型:(1)间隔开采。就是在全水平若干上下山采区中,先采上山采区,后采下山采区。两断层间同一块段的上下山采区的开采,存在一定的时间间隔。(2)连续开采。就是上山采区采完后,接续开采同一倾斜块段的下山采区,开采时间连续。(3)同时开采。就是同一倾斜块段的上下山两个采区同时开采,包括水平开拓倾斜条带布置的上下山同时开采。
为了便于定性定量分析,使矿井的断层分布、煤层赋存、采区划分及巷道布置等均呈典型化、单一化,以便通过分析比较,可显示出各种开采顺序所固有的特征。
1.3 采区开采顺序现状及其效果
在实际生产中由于多种因素影响使矿井的1个水平中经常同时存在两种或两种以上的开采顺序。采区的开采顺序有以下规律:(1)生产能力较大的矿井,一般均采用上下山同时开采的采区开采顺序,而且做为加大水平开采强度,实现集中生产的主要手段,其年产水平较其它方式提高210%~389%。(2)各类开采顺序的矿井中,达到和超过核定能力的矿井率:同时开采矿井为75%,间隔开采为66.7%,间隔连续开采为50%,连续开采为33.3%。这些未达产矿井如何达产,固然要根据每个矿井的具体条件采取多种措施,但选择合理的采区开采顺序,应是主要的有效技术途径。(3)各类矿井的万吨巷道占用率、失修率、主扇电机功率占用率、万吨井下辅助工等有关可比指标,均按“同时开采,连续开采、间隔连续开采、间隔开采”的顺序依次恶化。同时开采与间隔开采比较:每万吨煤可少占用巷道638m(其中风道170m),少占用主扇电机容量14.56kw,节省并下辅助工4人。虽然存在矿井深度、含煤系数、沼气含量等不可比因素,但仍在一定程度上反映出各种开采顺序对矿井集中生产的影响。(4)最终评价生产矿井经营的综合指标是吨煤利润,但因矿井盈亏在很大程度上取决于煤种煤质、原煤加工深度及售价,这些因素远非改变采区开采顺序所能改善,因此,选用原煤成本指标以对比和评价。
2 上、下山相结合开采方式
黑龙江东部B煤矿矿井设计生产能力为120万吨/年,开拓方式为立井多水平主要大巷分区石门的开拓方式。全矿井划分为三个水平:一水平标高为-100m;二水平标高为-350m,三水平标高为-600m,开采方式均为上山开采。
由于煤矿一水平小井占用储量较多(现一水平仅剩有工业储量2906.3万,吨可采储量2223.6万吨),造成一水平(-100m以上)服务的限大幅度减少(尚可服务13.2a),同时也使一水平大井投资利用率降低。因此为了提高一水平服务年限,提高矿井初期投资利用率,缓解水平接续紧张的局面,需要提前对龙湖煤矿井行深部开采规划。
3 上、下山相结合开采方式的应用
为了保证龙湖煤矿一水平有足够的服务年限,使矿井保持稳产,同时也为了解决矿井水平接续紧张的局面,我们在对龙湖煤矿进行深部开采规划设计时,采用了上、下山相结合开采方式,依据煤层分布及储量情况,对开采水平进行重新划分。
一水平标高仍为-100m,二水平标高改为-600m,在-400m设回风水平,一、二水平采用上、下山相结合开采方式进行开采,-100~-400m由一水平利用下山进行开采,-400~-600m由二水平利用下山进行开采,-600m以下尚未勘探,如有储量,由二水平利用下山进行开采。经统计计算,B煤矿-100~-400m利用区工业储量13295.9,吨可采储量9492.09万,吨表外量1596.46万,吨服务年限56.5a,不可利用区工业储量168.48万,吨可采储量116.32万,吨表外量16.29万吨。-400~-600m共有工业储量8844.07万,吨可采储量6060.36万吨。
采用上、下山相结合方式开采,一水平服务年限增加56.5a,满足了《煤矿工业矿井设计规范》的要求,同时也解决了水平接续困难的问题,减少了一个水平,可节省大量开拓延深巷道,减少了大量投资,取得了比较明显的经济效益。
4 下山开采的影响因素及采取的措施
B煤矿采用上、下山的相结合开采方式,减少了井巷工程量和投资,缓解了水平接续紧张关系,延长了水平服务年限,但下山开采同时也将带来通风、瓦斯、排水等方面的问题,使下山开采的生产成本增加。
下山开采的通风和瓦斯治理。龙湖煤矿为高瓦斯矿井,下山开采时的通风管理和瓦斯治理是保证矿井安全生产的重要环节,也是影响矿井采用上、下山相结合开采方式的关键因素,为此设计采用了以下措施:采取抽放瓦斯等措施,加强瓦斯治理和通风管理;采用合理的开采顺序,同一煤层(组)内,宜先采上山,后采下山,同时尽可能降低瓦斯含量煤层搭配开采。
下山排水方式。龙湖煤矿的正常涌水量为500m3,为减少下山采区的排水费用;设计采用了分水平中排水方式,使下山开采时的排水费用增加极为有限。
这种开采方式,节省了开拓工程量和基建投资,延长了水平服务年限,推迟了矿井下一水平延深的期限,取得了明显的经济效益,并为高瓦斯多煤层矿井采用上、下山相结合开采方式摸索了经验。
摘要：本文以两个煤矿为例,探讨了上下山开采的合理顺序与上下山相结合的开采方式。