移动观测站（共6篇）
移动观测站 篇1
0 引言
地表与岩石移动的研究方法主要有观测法、模拟法和材料模型法等。而主要的方法则是观测法,就是在受开采影响的地表范围内,设置专门的地表移动观测站,通过观测取得大量信息资料,在对这些资料综合分析的基础上,找出各种因素对地表和岩层移动的影响规律,把这些规律用以解决实际问题。岩层与地表移动是一个复杂的过程,受到诸多地质、采矿因素的影响。为通过实地观测找到其移动的规律,按一定要求在开采影响范围内的地表、岩层内部或其他研究对象上设置一系列相互联系的观测点。定期观测这些点的位置及其变化情况,从而找到地表和岩层移动的规律。
1 地表移动观测站的设计
1.1 设计需要收集的资料
设计地表移动观测站前,要具备以下信息资料:(1)设站地区的井上、井下对照图和开采计划图,有利于确定观测地区井下开采和地面位置的对应关系;(2)设站地区的地质和水文资料,如地形地质图、岩层柱状图、煤层赋存条件、覆岩的物理力学性质和水文地质条件等;(3)设站地区的回采工作面设计资料,如巷道布置、开采方法、顶板管理方法、开采厚度、工作面推进速度、回采时间及其周围开采情况等;(4)设站地区的井上、井下测量资料,如控制点、导线点、水准点的坐标和高程等;(5)矿区要备有地表移动资料,如移动角、最大下沉角和松散层移动角等有关参数,如果设站矿区还没有或缺乏上述参数,可选用地质采矿条件相似的相关参数。
1.2 观测站的设计方法
地表移动观测站一般采用剖面线(通常为直线)状与煤层走向垂直或平行。如果受地面建筑物等设施的限制,也可设计成折线或其他形状。为了研究整个移动盆地则需布置成网状观测站。应以线状观测站说明观测线的位置和长度的确定方法。
(1)倾斜观测线位置及其长度的确定。倾斜观测线一般设置在移动盆地的倾斜主断面上,若回采工作面的走向长度大于1.4H0+50m(H0为平均开采深度),也可设置两条倾斜观测线,但至少应相距50m,且应距开切眼或停采线0.7倍的采深以上。
(2)走向观测线位置及其长度的确定。走向观测线应设置在移动盆地的走向主断面上。当工作面的倾斜宽大于0.9H0时,可只设半条走向观测线。走向观测线的位置是在倾斜主断面上确定的。
(3)测点数目及其密度。每条观测线两端都应设置观测站控制点,且每端不得少于两个。如因条件限制,也可只在观测线的一端设置控制点,但不得少于3个。相邻控制点的间距应大于45m。控制点应布设在观测线的工作长度外,不应该受相邻采区或工作面开采的影响。在每条观测线的工作长度之间应布设观测点,观测点的密度一般取决于开采深度。
2 地表移动观测站的观测
2.1 地表移动观测的内容
地表移动观测站观测的主要内容是:定期、重复测定观测线上各测点在不同时期内空间位置的变化情况。可分为观测站的连接测量、全面观测、单独进行的水准测量、地表破坏的测定和编录。
2.1.1 连接测量。连接测量是按照矿区控制网测定出某个测站
控制点的平面位置和高程,再根据该控制点来测定其他观测点和控制点的位置,以便确定观测线与回采工作面间的相互位置关系。连接测量应在工作面开采之前、测站点埋设好10-15天以后进行。
连接测量中测定第一个控制点和观测线交点的位置时应按近井点的测量要求进行。其余控制点的平面位置采用一级导线的观测方法测定,高程连测要高于三等水准测量的精度要求进行。
2.1.2 全面观测。全面观测包括采动前的全面观测和采动后的
全面观测。在连接测量之后,设站地区未受采动影响之前,要对工作测点进行两次全面观测,以确定工作测点在地表移动前的位置。当地表下沉达到50-100mm时,应进行采动后的第一次全面观测;在地表受采动影响稳定后,需进行最后一次全面观测,以确定移动稳定后各工作测点的空间位置。除此之外,还需在地表移动的活跃期(即缓倾斜和倾斜煤层地表每月下沉值大于50mm,急倾斜煤层地表每月下沉值大于30mm)进行不少于四次的全面观测,并适当加密水准测量。
全面观测的内容主要包括测定各工作测点的高程、丈量两相邻工作测点间的距离和测量各测点偏离观测线方向的距离(又称支距)。工作测点和控制点的离程测量应组成水准网,按三等水准测量的要求进行;各测点间的距离须用比长过的钢尺沿观测线往、返丈量,经过改正后的往返测量边长的互差,在边长小于15m时,应小于2mm,当边长大于15m时,不得大于3mm,或采用光电测距仪按四等光电测距边的要求进行。各测点离观测线的支距,应用经纬仪正、倒镜观测或照准另一端控制点后,以一个镜位读数两次取平均值。当经纬仪至所测支距点的距离超过150m时,应在观测线方向上两个测回标定临时测站,再由临时测站测量其他各点的支距值。在最初两次测量同一点的高程相差小于10mm,支距相差也应小于30mm,同一边长相差小于4mm时,可取真平均值作为原始观测数据。
2.1.3 日常观测工作。日常观测工作是指在地表移动的初始期
和衰退期之间适当增加的水准测量工作。进行日常观测工作所间隔的时间,可根据开采深度、回采工作面的推进速度和顶板岩性等具体条件而定,一般每隔1-3个月测量一次。测量时可采用单程附合水准路线或往返支水准路线,按四等水准测量的要求进行。
此外,还要测量地表产生裂缝的位置和塌陷要素,注明发现日期。在每次观测时,还应实测回采工作面的位置、煤层厚度、采高,并记录采矿地质和水文地质情况。
2.2 观测成果的整理与分析
每次观测工作结束后,首先应检查外业记录手簿,保证外业成果无误,然后再进行内业整理工作。观测成果的整理包括计算和绘图两部分。观测成果的计算是根据外业成果首先算出各观测点的高程及相邻点间的水平距离在观测线方向上的投影长度,然后再按测线计算各种移动与变形值。
摘要：本文主要阐述了地表移动观测站的设计需要收集的资料和观测站的设计方法等问题,分析了地表移动观测站的观测内容及观测成果的整理等问题。
关键词：矿区,地表移动观测站,建立,观测
移动观测站 篇2
露天矿边坡及排土场稳定、井工开采沉陷影响一直是矿山企业安全管理的主要内容, 尤其是平朔矿区实行露天井工联合开采后, 井下工程、露天边帮、排土场相互交织在一起, 棉涤设施、自然构造与人工回填并存 (如:安家岭1号井工矿上部是安家岭露天煤矿上窑排土场、北部是安家岭露天煤矿南边帮、南部有11KV变电站及供电线路等;安家岭2号井工矿安太堡露天矿南寺沟排土场, 北部、西部为安太堡露天矿矿坑南边坡和东边坡, 南部为安家岭露天煤矿矿坑北部边帮) , 在露天矿进行开采的同时, 井工矿进行地下开采, 将形成极为复杂的叠加次生应力场和扰动, 这种情况在世界上尚无先例, 为了保证矿山的安全生产, 建立矿区地表变形观测站 (网) , 通过对监测数据科学分析, 总结出适合平朔矿区的露天与井工联采这一特殊条件下边坡和形变参数及规律, 服务于后期的采矿工程优化设计, 具有非常重要的意义。
二、地表移动观测站的布设方法
1、参数的确定
由于本区缺少地表移动观测资料, 计算参数只能依据岩性进行对比分析确定, 依据钻孔岩性分析属中硬偏软岩层, 依据《“三下采煤”规程》及我国放顶煤开采的地表移动观测成果, 选取的地表移动计算参数如下:
下沉系数:η=0.85 (重复采动取0.95)
主要影响角正切:tan β=2.2 (重复采动取2.0)
水平移动系数:b=0.3
开采影响传播角:θ0=90°- 0.4α
岩体内部传播系数:n=0.7
移动角参数也同样可依据中硬岩性确定。
走向移动角:δ=70°～75°
上山移动角:γ=70°～75°
下山移动角:β=δ- (0.6～0.7) α,
松散层移动角:φ=45°
α—煤层倾角,
2、测线长度
为取得移动边界角量参数, 观测线的长度应超过移动盆地边界一段距离, 以便确定移动盆地的边缘。依据所选取的角量参数可确定如下。
①倾向线长度
倾斜方向的影响距离以上、下山移动角和松散层移动角确定。具体方法是:自采区的上、下山边界分别以γ-△γ和β-△β画线与基岩和松散层接触面相交, 再从交点以φ角画线交于地表, 上、下山影响距离可分别用公式计算:
L下山=hc·tg φ+ (H1-h) ctg (β-△β)
L上山=hc·tg φ+ (H2-h) ctg (γ-△γ)
式中:
h—松散层厚度;
φ—松散层移动角;
β—下山移动角;
γ—上山移动角;
β—上山移动角的修正值;
γ—下山移动角的修正值。
②走向线长度
走向方向的影响距离用下式计算:
L走向=hc·tg φ+ (H0-h) ctg (δ-△δ)
式中:
H0—回采工作面平均开采深度;
δ—走向移动角;
δ—走向移动角的修正值。
影响距离计算中所使用的倾斜煤层下山移动角的修正值 根据《测量规程》取17°, 煤层上山和走向移动角的修正值△γ、△δ一般取20°, 松散层移动角不加修正值。
依据上窑区9001工作面的地质采矿条件, 确定观测线的长度:
(1) 9001工作面切眼侧观测线 (1号延长线) 为走向线:
L走向=70ctg45°+ (205-70) ctg (70°-20°)
=183.3 (m)
L延长=3×50 (控制点长) +183.3 (走向影响长) +250 (9000工作面长) +250 (9001工作面长) =833.3m=833.3m
测线长700m, 35个工作测点, 点间距20m。
(2) 9001工作面停采线侧观测线 (6号线) 为上山观测线:
L上山=20ctg45°+ (225-20) ctg (70°-20°)
=192.0 (m)
L6=3×50 (控制点长) +192.0 (上山影响长) +200 (工作面上方长) =542m取555m, 3个控制点, 点间距50m, 27个工作测点, 点间距15m。
(3) 排土场1375m平台倾斜观测线 (7号线) 为走向观测线:
L7=3×50 (控制点长) +183.3 (走向影响长) +160 (S4103工作面半长加3个工作测点) =493.3m
3个控制点, 点间距50m, 17个工作测点, 点间距20m。
3、观测线布设
①测线位置
观测站共布置2条走向线、1条倾向线, 测线总长1735m, 分别布置于9001工作面开切眼侧和停采线侧、排土场1375m平台。在900l工作面开切眼侧位置的走向线 (1号延长线) 为垂直于工作面的半剖面线, 测线总长度为833m;在9001工作面停采线侧的倾向线 (2号线) 为半剖面线, 与开采工作面推进方向垂直, 观测线长度555m (工作面停采线外侧355m) , 1375m平台走向线 (7号线) 沿排土场台阶布置 (布置在1375m高度的台阶处) , 测线长度493m。
②点间距
具体点位设计如下:900l工作面开切眼侧走向测线点间距为20m, 布置35个工作测点, 利用原有控制点3个, 点间距50m, 工作测点5个;9001工作面停采线侧倾向线布置27个点, 点间距为15m, 控制点3个, 点间距50m, 设置在铁路线附近;S4103工作面走向线 (1375m排土场平台) , 点间距20m, 布置17个工作测点, 控制点3个, 点间距50m, 设置在测线外端。
三、结论
通过对地表变形观测站 (网) 的定期监测, 最终将取得以下成果:
①浅埋深厚煤层放顶煤开采条件下的地表移动计算参数;
②符合本区域地质采矿条件的各移动角参数;
③浅埋深厚煤层放顶煤开采的地表移动与变形规律;
④浅埋深放顶煤开采的地表沉降速度及影响时间;
⑤井工开采对边坡的影响程度。
摘要：以综采工作面9001工作面影响区域为例, 介绍了平朔公司矿区地表移动与变形观测站的建立方法, 为研究变形规律及参数提供了可靠的基础数据。
移动观测站 篇3
1 1242 (3) 工作面概况
工作面设计走向长2 965.4 m, 倾斜长362 m, 东起西翼C组采区下山, 西至F5-1边界断层, 北邻1232 (3) 运输顺槽, 南至13-1煤-652 m底板等高线。1242 (3) 工作面上限标高-524 m, 下限标高-652 m, 地面标高+19.1~+26.4, 煤层总厚2.7~6.0 m, 平均煤厚4.8 m, 煤层倾角11°~16°, 平均13.5°。上阶段1232 (3) 工作面2011年1月收作, 下伏11-2煤层1242 (1) 工作面2007年4月收作, 1252 (1) 工作面2011年8月收作。
2 观测站的布设原则
1) 观测线应设在地表移动盆地主断面上。
2) 由于工作面是复采工作面, 因此在布设观测站尤其是确定观测站控制点的时候要考虑临近工作面的开采影响。
3) 观测线的长度要大于地表移动盆地的范围, 以便确定移动盆地的边缘, 求得该地质采矿条件下的边界角和移动角等关键参数。
4) 观测线上的点应有一定的密度, 以便通过观测点的移动变形情况反应地表移动变形情况[2]。
5) 选择合适的设计参数。该观测站设置所涉及的开采沉陷角量参数有:走向移动角δ、上山移动角γ、下山移动角β、移动角修正值Δδ, Δγ, Δβ (修正值取值原则见第49页表1) , 松散层移动角ψ, 最大下沉角θ。参考建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程中淮南矿区综合开采沉陷参数, 它们的取值分别为:δ=66°, γ=70°, β=61°, Δγ=Δδ=20°, Δβ=17°, 松散层移动角:ψ=41°, 最大下沉角 (采用经验公式得到) :θ=90°-0.6α=90°-0.6×13.5°=81°54′ (α≤55°) 。
6) 经济性原则。在满足技术目标的前提下费用最省。
2.1 观测站设置
观测站设计类型为剖面线状普通地表移动观测站, 观测的主要目的是研究地表移动规律, 对剖面线状观测站布设形式与设计方法进行设计。
(°)
综合考虑谢桥矿井地质采矿条件、1242 (3) 工作面上方地面的地形条件、控制点和监测点的长期保存等因素, 沿煤层走向方向近主断面上设置半条走向观测线1 916 m, 沿近似煤层倾斜方向设置半条倾向观测线1 168 m, 2个半条观测线构成谢桥矿1242 (3) 工作面地表移动观测站。观测站共设置控制点6个 (各条观测线一端分别设置3个控制点) , 监测点114个, 观测线总长度4 184 m。
2.1.1 走向观测线位置和长度的确定
从采空区中心用最大下沉角划线与地表相交于O点, 通过点O作平行煤层走向的垂直断面是走向观测线的位置。1242 (3) 工作面平均采深626 m, 因此走向观测线的位置与中心线的位置的距离为89 m, 在下山方向。为便于后续观测, 走向线北移10 m, 放在一条农业道路上。在设计观测线位置且可布设监测点的田埂上增设11个辅助监测点, 其观测线长度616 m。走向观测线的长度分为两部分:工作面外的长度h/tanφ+ (H0-h) /tan (δ-Δδ) 和工作面内的长度l, 计算公式为
式中, h为松散层厚度, 336 m;φ为松散层移动角, 41°;H0为平均开采深度, 626 m;h为松散层厚度, 336 m;δ为走向移动角, 66°;Δδ为走向移动角修正值, 煤层倾角α=13.5°, Δδ=20°;l工作面内可布设监测点线路长度 (部分区域积水较深) , 根据地表实际情况取值419 m。
2.1.2 倾斜观测线位置和长度的确定
为使倾斜观测线不受临近开采的影响, 其位置到开切眼的距离应满足
为保证倾斜观测线通过充分采动区, 其位置到停采线的距离应满足
倾斜观测线的长度仍然分为工作面外长度h/tanφ+ (H1-h) /tan (β-Δβ) 和工作面内长度l, 半条倾斜观测线设在下山方向一侧, 计算公式为
式中, H1为下顺槽开采深度676 m;β为下山移动角61°;Δβ为下山移动角修正值, 煤层倾角α=13.5°, Δβ=17°;l工作面内可布设监测点线路长度根据地表实际情况取值230 m。
2.1.3 测点数目及密度
观测线上的测点数目及其密度, 取决于开采深度和设站目的。工作测点设置在预计的移动盆地范围内观测线上, 布设一般是从移动盆地中央开始向两边的移动边界布置。为了以大致相同的精度求得移动相变形值及其分布规律, 一般是等间距布设。控制点应埋设在观测线的两端, 每端布置2个。若只在一端设置控制点时, 控制点不得少于3个, 观测站观测线控制点均布置3个。控制点与最外端工作测点的距离及控制点间的距离为50~100 m, 该观测站数据定为150 m, 见表2。
(m)
1242 (3) 工作面下顺槽平均采深为676 m, 测点间距为20~25 m。该观测站走向线设计点间距设计为25 m, 倾向线设计点间距设计为20 m。设计走向观测线半条, 总长度1 982 m (其中走向观测线1 086 m, 辅助观测线616 m, 控制点线路280 m) , 在走向方向上可布置67个测点, 可以适当增加1~2个测点。
倾斜观测线半条, 总长度1 168 m (其中倾斜观测线964 m, 控制点线路204 m) , 由于走向观测线与倾斜观测线垂直, 在倾斜观测线上可布置53个测点, 可以适当增加1~2个测点, 根据工作面地表实际条件, 为便于观测, 控制点布置在村庄东道路上, 设置3个观测站控制点, 见表3。
根据以上设计方案, 对谢桥矿1242 (3) 工作面的地表移动观测站进行设计, 观测站设计图见第50页图1。
3 地表移动观测站的观测方法
3.1 连接测量
在观测点埋好10~15 d、点位固定后, 在观测站地区被采动之前, 为了确定观测站与开采工作面之间的相互位置关系, 首先应在观测站的某个控制点与矿区控制网之间进行连接测量, 确定这个控制点的平面位置和高程, 然后再利用它来确定观测线上各个工作测点的平面位置和高程。平面连接测量用GPS静态测量按D级GPS网技术要求施测;高程连接测量是在矿区水准基点与观测站附近的水准点之间进行水准测量, 再由水准点测定观测站控制点 (或观测线交点) 的高程, 精度不低于三等水准测量的精度要求。
3.2 全面观测
为了准确地确定工作测点在地表移动开采前的空间位置, 在连接测量之后、地表移动之前, 应独立进行两次全面观测, 两次全面观测的时间间隔不得超过5 d, 全面观测的内容是测定各测点的平面位置和高程, 并记录地表及监测点的破坏状况。独立进行的两次全面观测, 两次测得的同一点高程差不得大于10 mm, 测点偏离观测方向的距离差不得大于30 mm, 同一条边的长度差不得大于4 mm, 取其平均值作为观测站的原始观测数据, 同时按实测数据将各测点展绘到观测站设计平面图上。平面位置用GPS静态测量按照GPS规范中D级网标准得到, 观测条件差的监测点采用全站仪按5″级导线测量施测, 水准测量按三等水准的精度要求进行[3]。
3.3 日常水准测量
日常水准测量是在首次与末次全面观测之间适当增加的水准测量, 为判定地表是否已开始移动, 在回采工作面推进一定距离 (参考相似工作面的起动距) 后, 在预计首先可能移动的地区, 选择几个工作测点, 每隔几天进行一次水准测量 (又称预测或巡视测量) , 如果发现测点有下沉的趋势, 即说明地表已经开始移动。测出刚好下沉10 mm的点并记录此时工作面的推进距离, 此距离即为起动距。在移动过程中, 要进行日常观测工作, 即重复进行水准则量。重复水准测量的时间间隔, 视地表下沉速度而定, 一般是每隔1~3个月观测一次。在移动的活跃阶段, 还应在下沉较大的区段增加水准观测次数[4]。采动过程中的水准测量, 水准路线均布设为附和或闭合水准路线, 施测按四等水准测量的精度要求进行。
4 结束语
地表移动观测站是获取地表移动变形数据资料的基础, 其设计除应遵循一般原则外, 还应结合现场的实际地形情况, 设计的结果应能从观测资料里面准确求取最大下沉角、移动角、边界角等各种角量参数。通过处理各期观测资料, 得出下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形等值线, 并从中获取地表移动变形信息和概率积分法预计参数, 为矿区积累开采沉陷资料, 也为村庄搬迁和建筑物损害等级划分提供理论依据。
摘要：本文针对一个具体工作面提出了观测站设计的一般原则和方法, 介绍了观测站布设中应注意的问题, 分析了地表移动观测站的观测内容及观测方法, 为相关工程提供借鉴。
关键词：观测站,布设形式,角量参数,观测方法
参考文献
[1]何国清.矿山开采沉陷学[M].北京:中国矿业大学出版社, 1991.
[2]中华人民共和国能源部.煤矿测量规程[S].北京:煤炭工业出版社, 1989:2-3.
[3]董合祥, 朱子清.地表移动观测站的设计研究[J].煤矿现代化, 2010 (1) :75-77.
移动观测站 篇4
1 地表与岩层移动的观测工作
1.1观测的目的和任务是掌握井下采煤对地表移动的影响规律, 有效的对塌陷区域进行防护和综合治理。1.2观测站的设计原则及内容, 国家近年非常重视塌陷区的防护和治理, 该局暂没有井下岩石移动观测的经验。只在兴安、双城、振兴、新一共设立了4个岩移观测站, 定期对4个岩移观测站进行水准测量和平面测量观测;对所观测的成果进行走向和倾斜两个方面的描述。以双城矿岩移观测站为例对地表移动及变形预计进行简单的分析。从8月份在双城地面建立了地表和岩石移动观测站, 对双城矿-310中18-2煤层采煤工作面进行地面塌陷观测。此观测站件基础等级点4个, 分别是GPS1、GPS2、GPS3、GPS4。设计观测线因受地理因素和实际条件的限制, 初步设计走向观测线一条 (非主断面) 设计42个观测点, 实测有效观测点32个;伪倾斜观测线一条 (根据地理位置和地势条件布设-原国铁路线) 设计32个观测点, 实测有效观测点32个, 倾斜观测线半条设计15个观测点, 实测有效观测点14个;12月份又在工作面靠边界的两侧建立了两条倾斜观测线 (非主断面) , 设计62个观测点, 实测有效观测点50个, 见图1。1.3观测站的设置。根据观测站设计方案, 在现场由专门的钻孔队伍打钻, 孔深3米, 埋设直径14mm或18mm号钢筋, 对孔隙用沙石和水泥进行灌注, 在钢筋的露头做一“+”标记, 以方便准确观测。1.4观测工作的组织和观测程序。根据观测站的布设和工作量情况, 对测量工作的组织是, 每个月进行一次高程测量、一次平面测量, 由测量科组织人员分成两组, 先对高程测量进行观测, 待观测结果达到精度后对观测站再进行平面测量。1.5观测方法和精度要求。对于原始数据从7月份开始, 平面测量采用GPS静态测量和全站仪测量。按照5s等级导线测量, 高程测量采用4等水准精度测量。从8月份定期观测, 平面采用图根等级观测, 高程采用等外水准测量。1.6观测成果的计算, 平面观测采用南方公司的GPS以及配套的计算机软件。每月对平面和高程的观测成果提出书面材料和图纸。此工作面预计开采到2007年的9月份, 所以此岩移观测站属于短期观测站。
2 地表移动的一般规律
观测点累计下沉大于10mm, 即认为地表开始移动, 采煤工作结束后, 观测点在6个月内的下沉量不大于30mm视为地表移动已经结束。通过从8月份开始到12月份对该岩移观测站的观测, 初步对实际测量的结果进行分析。此工作面位于双城矿井田的东南部, 上段已经与2005年12月前回采完毕, 还存在着采动后对地面的移动影响, 现在只独立的对该工作面进行描述和观测。此观测线走向方向上的最大下沉点为Z21号观测点, 在走向线的中央 (跨落区的中央) , 下沉值为340m;最小下沉点为Z41, 在走向线东端 (跨落区的边界) , 下沉值为50mm, 倾向方向上的最大下沉点为Q16号点, 在倾向观测线的中央 (跨落区的中央) , 下沉值为365mm;最小下沉值为40mm, 在倾向线的最南端 (跨落区的南部边界) 。综合这5个月的观测数据, 下沉值最大的位置是在观测线的中心部位, 南、东方向变化小。最大下沉值平均每月为70mm, 最小下沉值平均每月为10mm左右。
3 地表移动与变形的预测
地表移动稳定后地表移动盆地的最大下沉值是反映地表移动与变形程度的一个重要参数, 地表的水平移动和各项变形值均与最大下沉值有关, 我国大部分矿区对地表移动盆地的最大下沉值常用一下方法预计。此工作面煤层厚度12.7m, 从2006年2月份开始投入开采。此煤层是倾斜煤层, 倾斜角度在25°左右, 最大下沉值Wo=qmcosa (mm) 。Wo=0.68×12.7cos25=7.827mm。式中q———下沉系数与覆岩的性质和定板管理方法有关, 此工作面采用全部垮落法, 一般认为上覆岩层较硬时q值稍小, 重复采动时岩层移动过程的加剧性很大, 重复采动时的q值显然大于初次采动, 目前这种影响下沉系数的规律还有待于研究。下沉参数该局采用q=0.65-0.7之间, 取0.68。m-煤层法向开采厚度, mm;a-煤层倾角。充分采动或接近充分采动时地表最大水平移动是随地表最大下沉值的增大而增大的。
⑴沿煤层走向方向上的最大水平移动;Uo=b Wo (mm) ;Uo=0.3×7.827=2.348mm;式中b-水平移动系数。一般选用0.3, 可由实测资料分析确定。
⑵沿倾斜方向的最大水平移动;Uo=Wo (b+0.7×ctgθ) (mm) ;Uo=7.827 (0.3+0.7×ctg62) =5.261mm;式中θ———是最大下沉角。该局通过多年的经验对于下沉理论采用三级保护的上山角和下山角分别是53°、62°。
4 矿山沉陷的危害及治理
因煤矿井下开采范围大, 开采层数多, 引起上覆岩层的破坏和变形可波及和影响到地面的湖泊河流、铁路交通、民用住房、工业厂房以及井下的生产等。该局双城矿四井和岭北煤矿开采浅部煤层就曾引起地表塌陷漏斗。更有多处发生塌陷漏斗和塌陷裂隙中掉人、房屋倒塌伤人以及因地面裂隙而导致的煤气和一氧熏人事件。近几年来, 国家对塌陷区的治理和防护给予了高度重视。充分了解和掌握矿井沉陷的规律对于有效对塌陷区域的治理和防护有着重要的意义。我国传统的保护工业广场 (地面建筑、井筒) 、铁路、水体免受采动影响的方法是对保护对象留设保护煤柱。多年来延用的是用移动角法留设保护煤柱。但是随着开采深度的增加, 留设的保护煤柱将愈来愈大, 可见用留设保护煤柱的方法保护工业广场、铁路、水体从技术上和经济上都是不合理的。
5 结论
随着煤炭工业的飞速发展, 三下 (建筑物、水体下、铁路下) 采煤的研究和实施成为我国目前迫切需要解决的问题。所以要及时观测和充分掌握地下采煤引起的地表移动与变形的规律, 为该局的三下采煤奠定可靠的技术保障。
摘要：以双城矿地表移动观测为例, 对地下采煤引起的地表移动观测与塌陷预测进行分析, 为三下采煤提供可靠的技术依据。
关键词：采矿,地表移动,塌陷,分析
参考文献
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[4]矿产督察实用手册, 黑龙江省矿产督察员培训教材, 2008, 8, 20.
移动观测站 篇5
目前,我国车用油品监管主要采用试验室分析法,但该分析法耗时较长,对于流通较快的车用油品市场,其测试结果的延时不利于监督执法,同时试验成本较高也不利于日常监管。鉴于此,有必要提出一套与机动车排放密切相关的车用油品关键指标,以及研制一种快速、适合车载测试的分析仪器,形成移动式车用油品环保指标实时监测站,实现对车用油品的快速、实时监测。
1 车用油品环保指标实时监测站组成
车用油品环保监测指标主要有硫含量、挥发性和清净性。根据这些指标,设计车用油品环保指标实时监测站,其主要由HKL6600A九龙商务车底盘、供电系统、硫含量检测系统、自动饱和蒸气压检测系统、车用油品清净性分析系统、车用油品环保指标实时监测控制系统、GPS定位系统、检测数据网络传输及其它辅助系统等组成,如图1所示。
为方便用户,供电系统采用市电供电、发电机供电和在线式UPS供电三种方式,并设置市电与发电电源自动转换、电源监测、漏电保护、短路保护、过载保护等功能。
(1)市电供电:在监测站点周围有市电的情况下,可选用市电供电方式。打开车辆右侧电源口,拉出电缆卷盘上的电源线,直接接至市电。
(2)发电机供电:根据监测设备功率要求,备用KDE19EA3柴油发电机,根据现场实际需要使用该设备。
(3)在线式UPS供电:考虑到移动监测站内有需要持续供电的小功率设备,增加在线式UPS电源。
2 车用油品分析检测
2.1 硫含量检测仪及气源优化
仪器对硫含量在1~3 000ppm范围的汽油、柴油进行实时检测,包括油品采样、硫含量标准曲线绘制、油样处理、油样分析等。
2.1.1 紫外荧光硫含量检测仪
紫外荧光硫含量检测仪由微电流放大器、微机控制数据采集与处理系统、脉冲紫外荧光分析系统构成,具有灵敏度高、噪音低、线性范围宽、抗干扰能力强、操作简便、性能稳定等优点。标准紫外荧光硫含量检测仪分为主控制系统、高温裂解炉、自动进样器、计算机和打印机等。测定时,试样直接进入高温裂解炉,由自动进样器送至高温燃烧管,在富氧条件中,硫被氧化成SO2;试样燃烧生成的气体在除去水后经紫外光照射,其中的SO2吸收紫外光能量后转变为激发态的二氧化硫(SO2*);SO2*返回稳定态的SO2时发射荧光,由光电倍增管按特定波长检测接收,发射的荧光对于硫来说完全是特定的并与原样品中的硫含量成正比;光电倍增管送出信号再经微电流放大器放大,计算和数据处理,即可转换为与光强度成正比的电信号。
2.1.2 硫含量检测仪及气源优化
硫含量检测仪使用一段时间后会出现氧气压力不稳问题。压力不稳只能根据仪器面板上浮球的上下浮动来判断,做试验时若忽视了这一问题,则会造成试验结果与实际数值不符。鉴于此,在氧气和氩气管路上增加智能压力传感器,并将其压力值设定在设备要求的0.2~0.4MPa范围内,一旦压力值不在此范围内,设置了声光报警装置的硫含量检测仪就会发出声光报警。硫含量检测仪气源保护如图2所示。硫含量检测仪硫含量检测范围为0~3 000ppm,检测精度为±5ppm。
2.2 自动饱和蒸汽压测定仪及车载供水系统优化
2.2.1 车用油品挥发性
目前,检测车用油品挥发性最普遍和最成熟的技术是雷德法。该方法检测速度较快,但检测结果容易受到各种试验准备条件和分析条件的影响。
2.2.2 蒸汽压测定仪供水控制系统优化
车载蒸汽压测定仪时,水浴槽内的水会因行车颠簸而溢出,因此增加一水箱盛装蒸汽压水浴试验用水。为了缩短试验时间,将增加的水箱设计为加热保温型水箱。水箱内置电加热器、温控系统、液位控制系统、电控系统,几个系统互锁。只有在水箱液位满足要求时电加热器才能开启;液位达到低限值时供水泵会自动停止工作,否则出现报警提示。蒸汽压测定仪供水系统如图3所示,其检测范围为0~120kPa,检测精度为±0.5kPa。
2.3 车用油品清净性分析系统
车用油品清净性分为汽油清净性分析系统和柴油清净性分析系统。
2.3.1 车用汽油清净性分析系统
GB 19592—2004规定了汽油机进气阀沉积物的模拟试验方法和主要设备技术要求。在规定的试验条件下,将定量的基础汽油或试验汽油经喷嘴与空气混合并喷射到一个已称重并加热到试验温度的沉积物收集器上,模拟汽油机进气阀沉积物生成,然后将生成的沉积物称量、照相或扫描成像。
2.3.2 车用柴油清净性分析系统
车用柴油清净性检测仪器用于检测柴油清净性。柴油经计量泵输送到一个与水平面呈一定夹角的沉积物收集器上后,在控制器和加热器的作用下沉积物收集器达到给定的试验温度,柴油在空气中暴露并被加热,其氧化过程加速,往复行走的机构使收集器表面形成一层分布均匀且流动的油膜,油膜衩不断冲刷、叠加和烘烤,一段时间后逐步形成称为沉积物的漆膜和积炭。试验前后分别对沉积物收集器进行称重,其差值即为沉积物的重量,这些沉积物的重量与柴油发动机喷嘴的堵塞程度成正比,同样也需对结果照相或扫描成像。
2.3.3 油品清净性数据分析软件
汽油和柴油清净性分析系统是利用试验前后沉积物收集器的称重差值来分析油品清净性是否符合要求的,为了便于对检测指标的网络传输,开发了一个油品清净性数据分析软件。
汽油沉积物生成量计算式为:
式中,DI为试验生成的沉积物质量,mg;DFi、DIi分别为试验后、前沉积物收集器的质量,mg。
汽油清净剂性能表达式为:
式中,δ为沉积物的下降率;D为基础汽油的沉积物质量,mg;DAd为加清净剂时试验汽油的沉积物质量,mg。
柴油沉积物生成量计算式为:
式中,m为试验生成的沉积物质量,mg;mFi、mIi分别为试验后、前沉积物收集器的质量,mg。此试验结果是柴油(无论加剂与否)高温氧化和自氧化程度的综合测试结果,是一个绝对值,反映了柴油试样的清净程度。
利用软件,根据以上公式得出大量试验数据以及各种环境条件下油品清净性对应关系,计算结果可直观显示在软件界面上,数据可实现实时传输。
3 油品环保指标实时监测控制系统
油品环保指标实时监测控制系统由供电系统、电气控制系统及照明系统等组成。
3.1 供电系统
油品环保指标实时监测控制系统为车载系统,底盘本身没有仪器所需要的交流电源,因此采用市电与发电机发电的双电源自动转换供电系统,并在总电源上设置漏电保护断路器防止意外事故的发生。
3.2 电气控制系统
电气控制系统包括检测设备控制系统、汽油气体报警系统、接地系统等。
3.2.1 检测设备控制系统
油品环保指标实时监测控制系统检测设备多,如紫外荧光硫含量检测仪、蒸汽压测定仪、汽油清净性检测仪、柴油清净性检测仪、馏程仪等。为了操作方便,将这些仪器集中在一个操作面板上进行触摸屏操作,各仪器工作状态也显示在该触摸屏上。
为了缩短检测时间,为部分仪器设计单独软件平台,这样可同时快速测试多种指标。
为了使所有检测指标能实时进行传输并显示在后台演示平台上,开发了集成硫含量、蒸汽压、清净性等指标的综合软件。该软件功能齐全,注重完备性及可扩充性,界面友好,在操作上力求简洁方便,在性能上保证能够可靠正常工作,在工作过程中对仪器的各分系统进行实时监视,发现问题自动报警,并对各种数据指标实现自动存储。
3.2.2 汽油气体报警系统
为了使设备更加安全,车体内增加汽油气体报警系统。该报警系统由控制器和探测器等附件组成。控制器通过查询方式获得探测器信息,经高速CPU数据处理后,通过LCD显示出相应的浓度、状态并输出相应的控制信号。控制器显示界面清晰、操作简单,整机采用模块化结构设计,便于维护。探测器采用进口气体敏感元件,精度高、零点漂移小、抗中毒性能好,为防爆型,可用于工厂条件的1、2区危险场合。声光报警采用专用的防爆声光报警灯,实现现场声光报警。
3.2.3 接地系统
车载设备工作接地、保护接地采用同一组接地体的联合接地方式,车上各类接地线从接地汇集线或接地网上分别引入。同时,随车配置接地铜排、接地钢钎、接地线等接地准备设备,保证在使用时能快速部署。在周围有符合要求的地网时,车载设备也可接入现有地网。接地电阻均要求小于5Ω。
3.3 电磁兼容性
系统中各设备遵循GJB 151A—1997、GJB 152A—1997要求,保证车内设备工作时不相互影响。
3.4 车体稳定性
为了保证检测指标的精度和上装设备工作的稳定性,在车体底盘安装了电动支撑。当该车处于工作状态时,电动支撑可撑起车体底盘,使轮胎与地面分离、汽车减震系统失效,人员上下车或在车内走动时车体不会晃动,起到稳定车身的作用。当该车处于存放状态时,调平电动支撑可撑起车体底盘,使轮胎离地卸掉载荷,延长轮胎使用寿命。
电动支撑收起后只占用很小的高度空间,不会影响汽车的通过性能。电动支撑可同步调节升降,也可单独调节,可在不平场地调平并维持。
车内安装电动支撑安全控制/告警电路控制发动机启动电路,只有电动支撑收起时车辆才能启动。
3.5 系统可靠性
载车和车载选用先进成熟的设备和设施;固定在车内的设备采取了有效的减震措施;所有接插件尽量采取紧固措施;关键设备采用冗余化设计等技术,以提高系统可靠性;系统出现问题时能够动告警。
4 GPS车辆监控系统
由于GPS车辆监控系统(GPS车辆定位系统)融合了GPS卫星定位技术、GSM数字移动通信技术、GIS地理信息系统技术等,因此各部门可充分运用自己的权限进入GPS车辆定位系统界面对车辆进行监控、调度、即时定位等操作,实现车辆实时动态信息的全程监控和管理,车辆实时坐标准确位置的直观显示,相关信息的处理、显示及实时上报,车辆位置、状态、行驶速度等动态信息在电子地图上清楚而直观的呈现。
5 结束语
移动式车用油品环保指标实时监测站以综合、立体环境监测和自动、在线、现场环境监测进行关键性共性技术系统集成,可实时检测加油站等储油单位油品关键指标,跟踪定位车辆,实时传输移动监测站对不同油品的检测指标和试验过程中自动生成的曲线与检测数据结果,有利于监管部门监控市场车用油品。通过对系统的整体布局设计,对各检测仪器的优化和对所有检测数据的软件分析比对,提高了移动式车用油品环保指标实时监测站检测指标结果快速性、数据准确性、操作安全性、使用可靠性及设备稳定性。
参考文献
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[4]ASTM D86:2012常压下蒸馏标准试验方法[S]
移动观测站 篇6
亭南煤矿位于陕西彬长矿区向斜轴部位置, 地形为典型的黄土残塬沟壑区域, 地表黄土覆盖层厚度平均约130m左右。地面村庄民房多而分散, 同时有高压线路、公路穿越。一盘区开采4煤为近水平煤层, 平均倾角3°~7°, 分层厚度9.0~6.8m。地表沟壑纵横, 最大高差达100余米, 工作面回采应用宽条带开采方法, 同时进行地表移动观测, 以监测开采影响区地表建筑物的安全。
2 条带开采工作面参数分析
2.1 开采宽度分析
工作面开采宽度计算公式为:
式中, L———条带开采的宽度;q———允许地表下沉率, 取0.15;k———岩土层的碎胀系数, 取0.65;tanβ———主要影响角正切值, 取2.0;H———煤层埋深。
经计算, 条带开采工作面开采宽度应控制在91~120m。
2.2 留设条带宽度分析
(1) 最佳条带留设宽度。根据一盘区条带开采区域地质采矿条件, 计算出开采影响半径r=225~275m, 由下式计算留设条带宽度:
计算得出a= (157-91) ~ (192-120) =66~72m
(2) 最大条带开采宽度。在开采宽度一定的条件下, 最大条带开采根据下式:
计算得出a=120~138m
2.3 综合分析
按照概率密度函数分布规律, 开采大采深极不充分条带工作面的影响范围, 应该考虑到煤层埋藏深度的影响, 在山区地表条件下, 还应考虑山区地表移动规律及其特殊性。条带工作面协调开采即采宽与留宽应协调一致, 否则就会引起地表变形的叠加, 而出现局部破坏的现象, 综合分析亭南煤矿一盘区地质采矿条件, 通过相关条带开采工作面地表移动观测数据分析, 可知109、111、113条带开采宽度取90~100m, 留设煤柱宽度取70~80m是合适的;对于101、103条带开采工作面, 由于地表保护建筑物位于塬面, 开采深度相应较大, 同时具有山体非对称重力加载作用, 保留煤柱应适当加宽, 101、103条带开采宽度取100~110m, 留设煤柱宽度取90~100m是合适的。
3 地表观测数据分析
3.1 条带开采参数
101、103工作面宽度为116m, 109工作面宽度为100m, 111工作面宽度为85m, 113工作面宽为90m, 101工作面与109工作面之间煤柱宽为90m, 109工作面与111工作面之间煤柱为80m, 111工作面与113工作面之间煤柱为90m。
3.2 地表移动变形
地表移动观测结果109、111、113工作面开采区域地表观测点的最大下沉值为551mm, 水平移动值为-68~73mm, 水平变形值为-1.8~1.7mm/m;101、103工作面开采区域地表观测点的最大下沉值为242mm, 一般水平变形值在1.5mm/m以内, 个别点受坡体滑移影响达到2.2mm/m。整个开采区域地表移动变形值在Ⅰ级变形范围内。
3.3 地表移动盆地特征
地表移动盆地平缓、下沉值很小。109、111、113开采区地表下沉系数小于0.1, 101、103开采区下沉系数小于0.05。地表下沉值较小, 下沉盆地十分平缓。
水平移动范围较大。观测数据表明, 地表下沉盆地的水平移动范围较下沉范围要大, 说明极不充分条带开采地表的移动变形受覆岩中坚硬岩层控制, 厚坚硬岩层的挠曲变形使得水平移动范围较下沉范围要大。
地表移动具有明显的分段性。由于采深大, 在单一极不充分条带工作面开采时, 受关键层控制, 地表移动值很小, 但是在第二、第三个条带工作面开采后, 其地表移动值有明显的增加, 说明多个条带工作面开采后, 条带开采区域达到了充分采动条件, 在大采深覆岩重力的作用下, 煤柱发生了较大的压缩变形, 地表沉陷值是多个条带开采工作面叠加与煤柱压缩两种影响的结果。
4 结论
4.1 工作面开采为大采深极不充分宽条带开采系统, 开采后地表移动盆地平缓、下沉值很小, 主要影响范围角正切值较小。109、111、113开采区地表下沉系数小于0.1, 101、103开采区下沉系数小于0.05;极不充分宽条带开采主要影响范围角正切值tanβ=1.93, 较常规条件下地表移动范围要大, 即主要影响范围角小 (β=62.6) ;地表沉陷范围r0=3 4 3 m, δ0=58.96°
4.2 多个极不充分条带工作面开采地表移动值符合叠加原理, 并受覆岩中关键层控制, 地表移动分段性明显。一个极不充分条带工作面开采后, 受开采煤层覆岩中坚硬关键层控制地表移动值很小, 但移动范围与充分采动工作面开采相近;两个极不充分条带工作面开采后, 地表移动值基本符合叠加原理, 地表下沉值相应增大, 地表移动盆地很平缓;三个极不充分条带工作面连续开采后, 开采范围达到充分采动, 地表移动值增加幅度较大, 说明坚硬关键层受大范围开采影响, 其上覆松散层在重力作用下发生了整体协调下沉。
4.3 大采深极不充分采动条件下的宽条带工作面开采, 地表下沉系数很小, 地表移动变形一般较小, 地表损害一般在Ⅰ级以内, 开采后地表建筑物能够安全使用。但是受覆岩中坚硬关键层变形的控制, 主要影响角正切值有较大地减小, 相应的地表移动范围变大。
4.4 多个大采深极不充分条带工作面开采, 地表移动变形受采留条带工作面宽度控制, 地表移动变形是多个独立条带工作面开采协调作用的结果, 如果条带采留宽不协调, 则开采后将导致波浪起伏的地表变形破坏, 合适的条带采留宽度是决定地表移动变形的重要因素之一。
4.5 亭南煤矿的地质采矿条件下, 极不充分条带开采宽度为采深的20~25%, 临界采动宽度为采深的30%左右。极不充分条带工作面开采, 地表变形破坏一般在Ⅰ级范围内, 当条带工作面开采宽度达到临界采动尺寸时, 尽管地表还是非充分采动, 但地表的最大下沉值将达到极不充分采动条件下的地表最大下沉值的数倍。
摘要：亭南煤矿应用宽条带开采方法开采了101、103、109、111、113等5个工作面, 同时进行地表移动观测获取了相关数据, 给出了亭南煤矿地质采矿条件下大采深极不充分条带开采应用于建筑物下开采的关键参数和地表移动变形基本规律, 为亭南煤矿乃至彬长矿区今后建筑物下条带开采提供了参考依据。
参考文献
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