含水层系统（精选12篇）
含水层系统 篇1
山东汇丰石化有限公司 (以下简称公司) 是以生产汽油、柴油、液化石油气、丙烯、丙烷、MTBE、重交沥青等为主导产品的地方支柱型企业。公司年综合加工能力已经达到800×104t, 是集石油化工和化工物流于一体的综合性化工企业。
1 传统含水测量方法存在的问题
公司自成立以来, 一直采用拉油罐车拉运原油, 原油拉运进厂含水率检验一直都采用人工取样化验的方法, 这种传统方法存在诸多问题。
1.1 人工取样化验容易产生误差操作
1.1.1 手工取样环节
拉油罐车排油时由于受重力影响, 介质黏稠、混合不均匀、油水分层, 加之操作不规范等影响因素, 往往取不到能够代表总体情况的单个样本。即便单个样本取得准, 但现行规定只对拉油罐车取上中下三点样本, 然后以点代面来计算整个拉油罐车的平均含水率, 由于上中下三点样本之间的含水率变化很大, 所以三点样本也不能代表整车全部液体中真正的平均含水率。
1.1.2 二次取样环节
由于取出的样品量大, 按照国家标准规定要从样品中再次取出一定数量制备试样, 这样就存在一个二次取样问题。如果从含水50.1%~100.0%的样品中倒出5 g或5 m L的试样, 由于油水密度不同, 试样称量不准, 摇晃不匀, 所以不容易制备出具有代表性的试样。
1.1.3 蒸馏化验环节
蒸馏化验时由于化验设备精度不高, 蒸馏速度慢, 时间不好控制, 水分收集不全, 个人读数偏差等问题, 也会导致误差产生。
以上各环节产生的误差累积就可能造成化验的准确度达不到GB/T 8929《原油含水量测定法蒸馏法》的规定。
1.2 传统方法易受人为因素影响
拉运原油进厂交接计量工作是一项十分重要的管理工作, 是降低企业生产成本的第一关。只有把住含水质量关, 才能确保企业的利润。目前由于油价上升, 受利益驱动, 有些拉油罐车采用夹层、暗罐等方法弄虚作假以水顶油。这种现象如果不及时发现, 就会在油品交接环节给收油方造成重大经济损失, 公司在接收油品时曾多次遇到此种现象。
1.3 传统方法费时费力
传统方法取样化验时间长, 工人劳动强度大, 企业人力物力消耗多, 成本增加, 效率低下, 已经不能满足拉运原油进厂交接计量的需要。为了解决这一长期困绕拉油生产的自动计量难题, 公司于2008年5月到2011年6月先后在6个原油卸车台共57个进油口管线上安装了锦研射频含水分析仪[1]和含水自动测定系统软件, 对拉运进厂的原油交接计量采取自动化检验和实时含水监测, 取得了很好效果, 在提高工作效率和减轻工作强度的同时还带来了一定的经济效益。
2 含水自动测定系统
2.1 系统的工作原理
含水自动测定系统由内设自动计量程序的计算机主机、接在计算机输入口的信号接口箱 (数据采集终端) 、通过信号接口箱与计算机相连接的高精度卸油台射频含水分析仪和系统软件 (卸油实时监测画面、数据查询画面、含水曲线查询画面、日报表、历史数据报表查询画面) 构成。在计算机主机的输出口输出控制信号和网络接口。
工作时, 将高精度卸油台射频含水分析仪安装在卸油口管线上接触液体, 系统以在线连续测量的方式和不影响放油速度的前提下进行测量。油罐车放油阀打开后, 含水分析仪立即对液体中0~99.9%各点的含水率进行实时测量, 将测得的含水率信号传输给微机, 微机根据预设的自动计量程序进行处理, 自动计算出单车的平均含水率。同时根据接收的电子汽车衡传送来的油罐车毛重、皮重数据计算出单车的油量、水量和油水总量, 在微机上自动显示出单车平均含水率、油量、水量、油水总量, 并自动生成单车报表、日报表、月报表和年报表。
为了检查人为以水顶油现象, 含水自动测定系统在运油罐车含水自动计量监测过程中, 在计算机内预设含水率上限数值, 当含水分析仪取得的含水率数值达到或超过预设的含水率上限数值时, 计算机输出报警信号, 报警装置立即发出声光报警。
1.2系统的功能
1) 含水超标瞬间报警, 可有效核查以水顶油现象, 这是系统最主要、最具现实意义的功能。
2) 测定方法精度高, 如果100×104t原油纠正0.1%的误差, 即可避免油品损失1 000 t。
3) 比传统化验方法快18 000倍, 大幅度节省人力。
4) 比传统化验方法节约汽油等化验耗材, 大幅度节省物力资源, 直接降低生产成本。
5) 全自动测量平均含水率, 淘汰了繁琐落后的刷卡方式。
6) 自动生成单车报表、收油日报表和综合统计报表。
7) 系统软件自动校准, 功能强大, 解决了油品交接中的各种难题。
8) 具有联网上传功能, 可实现计量交接工作的远程监督。
1.3系统调试
含水自动测定系统在公司卸油台安装之后, 通过大量的数据对比分析, 发现现场实际情况比较复杂, 例如, 现场油品种类多, 有原油、蜡油、渣油、柴油和石油液化气;油品来源混杂;含水范围波动大;油品含水不稳定等。为了解决这些问题, 锦研科技公司采用了六种领先技术:
◇高灵敏度的短波射频含水信号传感技术, 高速采集油中含水信号, 做到滴水不漏;
◇多油品测量技术;
◇系统精度自优化自校准技术;
◇含水超标报警技术;
◇探头自动擦除技术;
◇先进的计算机控制技术和分系统技术, 全面提高卸油站自动化管理水平。
这些先进的技术措施, 使公司多年来油品自动交接现场比较棘手的问题迎刃而解。
2.4 数据分析对比
为了验证和考核系统的准确性, 采用化验数据与系统测量数据对比的方法计算准确度。通过对2008年5月30号到6月5号、7月10号到7月17号之间的150组数据对比, 系统测量数据和化验数据的平均误差为0.013%, 达到了国家标准规定的含水测量范围在3%以下时允许的误差范围±0.05%的要求。
3 含水自动测定系统现场使用要求
1) 卸油台值班人员于每日8:00卸油前, 应将卸油口过滤网中的杂物、杂质清理干净, 避免探头脏造成含水测量不准确情况出现。
2) 按操作要求做好射频含水分析仪传感器的保护。清理探头时不要使用金属、铁丝等硬物和锐器, 而要使用竹子、木棍或热水冲洗。
3) 要求拉油罐车司机在自动测量含水过程中, 放油阀门要大开且开度一致, 以便保证液体能够充分接触含水分析仪传感器整体, 采集到准确的水信号, 达到测量准确的目的。
4 结论
含水自动测定系统技术是对传统化验含水方法的重大突破, 通过公司卸油台上4年来的成功应用, 证明含水自动测定系统能够把住原油进厂交接质量关。公司自从2008年7月锦研测水系统正式投入使用以来, 到2010年10月, 已经多次准确识别掺水的拉油罐车。具统计, 仅2008年就避免油量损失700 t, 节资300×104元。
参考文献
[1]朱海源.SH型射频含水分析仪使用说明书[M].锦州电子技术研究所.2007.
含水层系统 篇2
邢东矿主要含水层水质特征分析
文章介绍了邢东井田概况,并重点对邢东矿2001～67份不同含水层的水质资料通过绘制水质图进行了系统分析总结,得出了各主要含水层的水质特征,从而为矿井快速判别出水水源积累了经验.
作 者：高春芳 GAO Chun-fang 作者单位：冀中能源金牛股份公司邢东矿,河北邢台,054001 刊 名：河北煤炭 英文刊名：HEBEI COAL 年，卷(期)：2009 “”(1) 分类号：P641.3 关键词：含水层 水质 特征 分析含水层系统 篇3
摘要：本文通过对义马东部矿区含水层与隔水层地质条件分析，为此矿区煤层开采生产中的突水预测及其防治，提供较为基础的含水层与隔水层资料，为矿井安全生产提供资料。
关键词：义马东部矿区 含水层 隔水层
随着煤矿开采深度加深，矿井突水事故频发，如何减少矿井突水事故，对于煤矿含水层及其隔水层的研究要求就日益突出了。根据地层岩性及其组合埋藏条件，义马东部矿区可划分为7套含水层及其3套隔水层。其含水层与隔水层分述如下：
1 矿区含水层
1.1 奥陶系石灰岩岩溶承压性含水层
义马东部矿区奥陶系灰岩多为白云岩及白云质灰岩。地表岩溶出露形态复杂，溶洞主要分布于沟谷两侧岩壁上，沿岩层面发育，多个溶洞常呈线状串珠相，溶洞大小不一，断裂带常发育岩溶较大的溶洞。
溶洞发育方向为NW与NE向，部分溶洞垂直裂隙较发育，地下岩溶发育程度一般，且非常不均匀。总体来讲，浅部岩溶较发育，以溶孔及溶蚀裂隙为主，随埋深增加岩溶发育强度减弱，裂隙多被方解石脉充填。其单位涌水量q=0.00061-5.65L/s.m，渗透系数K=0.00045-9.02m/d。均属中等富水，但富水性极不均匀。水化学类型为HCO3-Ca·Mg型水，固形物为0.299-1.67g/l。
1.2 太原组石灰岩岩溶裂隙承压性含水层
太原组石灰岩以砂岩、硅质泥岩、泥质砂岩夹石灰岩及煤线组成。其中，灰岩3、4层，单层厚度0.2至7.50m厚不等，厚度走向方向变化不大，倾向方向逐渐变薄，灰岩总厚7.14至16.35m，裂隙一般较发育，但多被方解石脉所充填。
其单位涌水量q=0.00044-0.0843 L/s.m，渗透系数K=0.00412-4.76m/d。富水性弱且不均匀，一般浅部比深部富水性好。水化学类型为HCO3-Ca·Mg型水，固形物0.462-0.839g/l。
1.3 山西组砂岩孔隙裂隙承压性含水层
山西组砂岩总厚度51-90m，以中粗粒砂岩为含水层，一般有3-7层。单层厚度2-8m，以大占砂岩和香炭砂岩为主，最大厚度为54.96m，最小厚度为6.06m，平均厚度30m左右，其中分布泥岩和砂质泥岩隔水层。岩层裂隙不发育，地下水补给条件差。
其单位涌水量q=0.00025-0.0181L/s.m，渗透系数K=0.00135-0.217m/d。富水性弱且不均匀，当裂隙发育时，钻孔漏水较严重，含水性较强，反之含水性较弱。水化学类型主要为HCO3-Na型，固形物含量为0.264-
0.687g/l。
1.4 石盒子组砂岩孔隙裂隙承压性含水层
石盒子组砂岩总厚度402-518m，其中以中粗粒砂岩层为含水层，厚度23.31-43.66m，一般有13至19层，单层厚度0.2-7.0m，其间泥岩和砂质泥岩隔水。岩层裂隙不发育，地下水补给条件差。
其单位涌水量q=0.15-0.28L/s.m。富水性弱，且不均匀，属孔隙裂隙承压含水层。水化学类型为HCO3-Na型水，固形物0.395-0.574g/l。
1.5 风化带孔隙裂隙潜水含水层
该层分布于基岩浅部，可分为全风化带和半风化带。厚度30m左右，为风化带的主要含水段，厚度变化受岩性和地形控制。矿区内风化带一般含水性很弱，仅河床底部风化带含水性较强。水质一般为HCO3·SO4-Ca·Mg型水，固形物含量为0.286-0.560g/l。
1.6 第四系冲积、洪积砂、卵石孔隙潜水含水层
由经常性流水或洪水携带的物质沉积而成，主要分布于河谷中，厚度一般3-8m，自河谷边部至中部有逐渐增厚的趋势。岩性松散，分选性一般，磨圆度为次棱角至圆形，砾、卵石主要为砂石及灰岩等，砾径一般2-10cm，大者25cm左右。富水性中等。水质一般为HCO3·SO4-Ca型水，固形物0.376-0.643g/l。
2 矿区隔水层
2.1 本溪组铝土质泥岩隔水层
该层为厚3-25m，大部分一般9.08m左右。根据钻孔揭露，井田内普遍发育，层位稳定，裂隙不发育，岩性致密，不透水，隔水条件良好，可阻止奥陶系灰岩水与太原组灰岩水之间的水力联系。
2.2 二1煤底板至L7灰岩顶部隔水层
研究区内普遍存在，厚度10m左右、稳定；节理、裂隙为闭合型、具有较多填充物、透水性差；其中太原组灰岩含水性弱，可阻该层以下含水层地下水进入矿井。根据矿区内生产矿井调查资料，矿井底板出水量很少，表明其隔水性比较可靠。太原组灰岩为二1煤层直接充水含水层，当遇断裂切穿含水层而沟通了含水层与煤层的水力联系时，则地下水就能顺利进入矿井。
2.3 山西组顶界以上的隔水层
山西组顶界以上岩石组成颗粒小而密，其裂隙多为闭合型、具有较多填充物、透水性极差而其总厚度一般为30m左右。本矿区内地层普遍分布，其层位稳定，可阻止上部砂岩裂隙水发生直接水力联系。
综上所述，义马东部矿区含水层与隔水层地质条件较为复杂，及时掌握地层含水层与隔水层的构造整合关系，对于矿井水的预测和治理将起到不可或缺的作用。
参考文献：
[1]张长文，付斌等.矿井突水问题得研究[J].煤炭科技，2004.5.
[2]张人权主编.水文地质学基础[M]，2011.1.
[3]马立强，张东升，董正筑.隔水层裂隙演变机理与过程研究[J]. 采矿与安全工程学报，2011（03）.
含水层系统 篇4
安钢高速线材机组是目前国内装备水平最高的线材生产线之一,由14架粗中轧机及高速区设备(4架预精轧机、8架精轧机和4架减定径机及夹送辊、吐丝机)组成,设计终轧速度为120m/s,保证终轧速度为115m/s。该机组的典型特点是生产节奏极快,轧机转速极高,特别是高速区轧机辊箱中转轴、齿轮及油膜轴承转速特别高,最高可达14 000r/min。由润滑理论可知,如此高的转速必须有高质量、高可靠性的稀油润滑作保障。但是,由于高速区轧机辊箱与辊环结合面处结构复杂,在生产中容易发生辊箱箱体变形、双唇密封失效而造成辊箱进水;轧制过程中出现的堆钢事故也容易造成O型密封圈的密封性能下降,使冷却水进入辊箱;轧机内经常堆钢,还容易造成保持架等在冲击载荷下产生变形,使辊箱进水。总之,冷却水进入轧辊辊箱的环节众多,在生产中很难防范。
冷却水混入润滑系统,将给生产带来严重破坏。通常,润滑系统含水率(质量分数)不得高于0.5%,含水量超标将导致:①润滑油黏度降低;②水与润滑油中抗磨剂、抗氧化剂作用会加速油液的变质;③基础油劣化过程加速,油品分水性能降低等。含有游离水和酸类物质并不断劣化的润滑油在系统内循环,会腐蚀系统内的各元件,特别是腐蚀轴承、齿轮等传动部件。被腐蚀的轴承极易产生疲劳剥落、磨损和胶合等故障;油膜轴承孔径磨损导致其形状不规则,破坏油楔生成条件,最终导致转轴、齿轮、轴承等的锈蚀,辊轴和轴承的烧损,更为严重的是一机架的烧损可能导致系统污染,引起别的机架连锁反应。
安钢高线机组自2001年7月投产后,高速区冷却水污染润滑系统的现象时有发生,成为困扰高线机组正常生产的问题,同时,这也是目前国内各高线机组最常见和最棘手的问题之一。这种问题的发生,促使我们不得不对润滑系统的含水率进行检测。而轧机的高转速要求,又要求我们必须对油品含水率进行实时在线检测。
目前,国内油品含水率的测量方法很多,这些方法有的工序复杂、费时费力、人为影响因素较多、精度低;有的精度虽高,但结构复杂、体积大、价格昂贵,不适合在线的快速测量。在这种情况下,我们决定联合科研院所共同开发使用简便的高速轧机在线润滑油品含水率实时检测系统。
1高速轧机润滑油品含水率实时检测系统的研发
1.1 高速轧机润滑油品含水率实时检测系统的总体方案
本系统由油品含水率检测仪、RS485总线和上位机3部分组成,见图1。该系统全面应用了现代最新信号检测技术和最先进的工业控制计算机网络技术。
1.2 油品含水率智能检测仪
这是本系统研发的关键环节,因为检测仪测量的精度、准确度、计算的速度最终决定了本系统的成功与失败。在本环节中,我们采用了最新的信号检测器件和最新型单片机来进行信号的检测与快速准确处理。它由电容传感器、XE2004、仪用放大器、A/D、单片机及温度检测电路等部件组成,见图2。其中,电容传感器将根据油中含水量与介电常数的关系换算出相应的电容量,此电容经C/V转换、处理及放大,得到一个0V～2.5V的电压值,经A/D转换送单片机系统。由于电压的大小对应于电容的变化量,即对应于油中的含水率,故经单片机计算、处理后,就可显示油中的含水率。而温度传感器及调理电路组成温度检测部件,其目的是作温度补偿用。
我们在预精轧机15/16、17/18机架的回油管上各安装一台(共2台)油品含水率检测仪;在8架精轧机的各机架回油管上分别安装一台(共8台)油品含水率检测仪;在4架减定径机的共用回油管上安装一台油品含水率检测仪;在夹送辊、吐丝机的共用回油管上安装一台油品含水率检测仪。本系统共安装使用了12台油品含水率检测仪。
1.3 RS485总线
为减少现场电缆线布线数目,采用了RS485现场总线来将油品含水率检测仪采集到的数据传输至上位机。RS485现场总线采用主从方式进行多机通信,主机采用人机界面,每个从站拥有自己固定的地址,由主机完成网上的每一次通信。当主机向网上发出某一从机的地址时,所有从机接收到该地址并与自己的地址相比较,如果相符,说明主机在呼叫自己,则发回应答信号,表示准备好开始接收后面的命令和数据,否则不予理睬,继续监听呼叫地址;主机收到从机应答后,则开始一次通信,通信完毕,从机继续处于监听状态,等待呼叫。使用中,我们分别将12台含水率检测仪的总线地址编设为10～21,这样保证了上位机上的监控设备与现场对象一一对应,不会出现差错。
1.4 上位机
上位机由组态软件组态王6.5和微机组成,其功能为采集数据及进行远程监控。其采用友好的人机界面,操作简单,功能丰富,内含的实时曲线和历史曲线可帮助操作人员非常方便地了解工业现场的情况。
因上位机不能直接接受RS485协议,我们在上位机安装了一块RS232/RS485通信卡以进行协议的转换,该卡通过串口线与计算机相连。系统功能如下:①主页面:主页面上有6个按纽,即实时监测、实时曲线、实时显示、设置、历史数据、退出,可以选择任何一个按纽,进行画面切换;②实时监测:可以实现全部设备的实时监测,以报表的形式给出;③实时曲线:可同时显示12台设备的含水率曲线并实时更新,纵坐标满量程为4,即水传感器的满量程测量范围;④实时显示:实时显示的主要功能是比较直观地显示出各个含水率检测仪的各项参数值,包括轧机名称、轧机状态、含水率值、报警限、温度值及油号等参数;⑤设定:系统将检查用户的权限,只有拥有正确密码者才能进入参数设定,其内容包括各点报警限设定和油号设定;⑥历史记录:本系统对采集到的含水率数据、温度数据打包保存,一天数据打成一个包,方便用户查看,可打印近3个月内任意时段所记录的任一检测仪含水率及温度数据或数据的变化曲线。
2高速轧机润滑油品含水率实时检测系统应用效果
经应用,该系统达到了以下主要性能指标的要求:①测量范围为0%～4%,测量精度为≤3%;②能在线实时监测油品的含水率及温度数据;③在给定的权限内允许从上位机更改各点的报警限;④当超限时,能及时发出报警信号和给出当前时刻的报警清单;⑤在给定的权限内允许从上位机更改油号;⑥可查看、打印近3个月内各测点的历史数据、趋势曲线及报警记录;⑦被测油温度范围为10℃～60℃。
润滑油品含水率实时检测系统的投用指导了在线辊箱的更换,通过检测每台辊箱的进水状况及进水趋势,及时更换密封,必要时将整台辊箱换下,从而避免了在线辊箱的烧毁,使检修有了预知性,降低了设备的故障率及生产热停时间,同时降低了辊箱修复成本,节约了备件资金。该系统的投用填补了我公司设备维护方面的一项空白,在国内本专业领域内具有领先性,自投用以来效果显著。
摘要：简要介绍了高速轧机润滑油品含水率实时检测系统的设计与应用情况,其使用效果明显,在国内同行业中处于领先地位。
关键词：润滑油,含水率,实时检测
参考文献
[1]李柱国.机械润滑与诊断[M].北京:化学工业出版社,2005.
含水层系统 篇5
高密度电阻率法是以岩、矿石的电性差异为基础,通过探测场的参数变化获得电性局部差异来认识被测目标的.一种勘探手段.介绍了利用高密度电阻率法探测韩家湾煤矿顶板基岩含水层厚度的工作原理、方法和应用效果.钻探验证表明,采用高密度电阻率法测定含水层的厚度具有较好的应用效果,且成本低、效率高、测试简便,该方法在工程应用方面具有一定的价值.
作 者：牟平霍军鹏 侯彦威 Mu Ping Huo Junpeng Hou Yan-wei 作者单位：牟平,霍军鹏,Mu Ping,Huo Junpeng(陕北矿业有限责任公司,陕西,榆林,719000)
侯彦威,Hou Yan-wei(煤炭科学研究总院西安研究院,陕西,西安,710054)
田螺含水会过冬 篇6
企业体质三项指标
有人问美国奇异公司前任总裁——杰克‧威尔许：「你认为最能评量企业体质的三个指标为何？」杰克‧威尔许回答：「不论是街角的小店或产品众多的跨国企业，都有三个关键指标，就是员工满意度、客户满意度以及现金流量。」就单独以现金流量来说：「现金流量会告诉你企业的真实状况，让你知道你有多少发挥的空间，可以发放股利吗？可以偿付债务吗？或是还要再借贷或采取其它综合作法。现金流量帮助你了解和控制你的命运。」
对部分资金管理欠佳的企业而言，最佳财务规划是现金流量管理。有一句台湾谚语云：「卖货头，摔货底」，诚为应收帐款（A/R）管理中一句金玉良言。在经济不景气的低成长甚至零成长的时代里，企业更要重视效率化与合理化经营管理作业，成功的规划现金流量管理是产生管理利润的不二法门，当所有营销战略运用殆尽仍然不见综效（Synergy）的时候，就是营运资金出现缺口之时，如果没有做好适当的现金流量控管，恐怕会产生黑字倒闭的危机。
这一句台湾谚语说得好：「田螺含水会过冬」。
人们就常用「田螺含水过冬」，形容那些贫困人家的节衣存食，忍苦度日，以等待时机；也常用来慰勉那些正生活在困境中的人，只要懂得刻苦忍耐，坚韧自守，必可撑度难关，走向温润美好的春天。
现金流是企业命脉
田螺无水就不能渡过寒冷的冬天，企业没有足够的现金就无法顺利经营下去，尤其在不景气走下坡的阶段。田螺所含之水就是企业的现金流量，中小型企业比大型企业更需要建立与强化现金流量管理体系。生产康师傅方便面与饮品的顶新集团董事长魏应州，于2008年7月28日接受《经济日报》访问时提出论点，认为未来两三年是大陆经济变化最大的时期，企业应特别重视财务控管，持有现金（Cash On Hand）是最好的策略。
「田螺含水会过冬」的另外一个意义是忍辱求生（Survival），马英九先生在2007年2月，由于台北市市长任内特别费的法律官司，被检察官起诉，他视为奇耻大辱，他在下乡Long Stay时，农友告诉他要忍耐，就好像田螺一样，「含水过冬」，春天马上降临。后来事实证明，法院还给他清白。
含水层系统 篇7
目前相含率测量的方法主要有:快关阀法、压差法、电导法、电阻探针法、电容法、射线法、光纤探针法、声学法、热学法、核磁共振法、微波法等。上述方法中主要分为接触式测量法和非接触式测量法两大类。原油在管道运输的过程中,种类众多的化学物质对接触法测量含水率中的传感器造成的腐蚀和原油结蜡等现象都会直接降低传感器的灵敏度,从而降低测量结果的准确度,甚至造成整个测量系统无法正常工作的严重后果。目前应用在油田上的非接触测量方法主要是射线法,放射源的存放和使用都需要昂贵而笨重的防护设备以防止对操作人员的身体产生直接伤害,该方法存在的成本高、安全系数低等缺陷造成了其无法广泛应用的结果。
基于目前原油含水率测量仪所存在的种种弊端,根据电磁感应原理,设计了一种非接触的含水率在线测量仪器。该仪器能够在既不影响流体流型又不影响油井生产的情况下及时获取原油含水率信息,并且避免了原油对测量电极的腐蚀和结蜡现象对测量结果的影响。
1 测量原理
本含水率测量仪所使用的传感器是基于电磁感应线圈系的设计原理进行设计的,当油水混合流体经过传感器测量管段时,由于油相和水相的电参数存在差异,使得规则分布的磁场发生改变,引起接受线圈输出信号发生变化,对输出信号进行处理分析,就可以得到测量管段含水率的变化情况。
2 硬件电路设计
硬件电路部分由DDS信号发生电路、信号功率放大电路、信号调理电路以及单片机控制的AD转换和串口收发电路组成,整体设计如图1所示:
2.1 DDS信号发生电路
DDS芯片即为直接数字式频率合成芯片,DDS技术是一项关键的数字化技术,与传统的频率合成器相比,DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换等优点,广泛使用在电信与电子仪器领域。本设计应用的DDS芯片为AD9833,它的内部集成了一个32位的相位累加器,正弦和余弦函数表,还有一个十位的D/A,它可以在单片机的控制下产生0-50MHz的频率、相位可调的正弦波信号。DDS信号发生电路的原理图如图2所示。
该芯片是ADI公司生产的一款低功耗,可编程的波形发生器,能够产生正弦波、三角波、方波,本设计中利用PIC单片机PIC16F877控制AD9833产生频率相位可调的正弦波作为激励信号。DDS芯片产生的信号幅值很小而且几乎没有带负载能力,需要将该信号进行功率放大后才能加到发射线圈上。DDS芯片产生的正弦波如图3所示。
2.2 功率放大电路
功率放大电路把DDS输出的信号进行放大并且利用其带负载能力强的特点驱动发射线圈。功率放大电路主要由运算放大器OP27和功率放大芯片LM1875组成。OP27组成一个电压跟随器,减小功放芯片LM1875 对DDS产生信号的影响。LM1875 将OP27 输出的信号进行功率放大驱动发射线圈。功率放大电路的原理图如图4所示:
功率放大电路输出的电压信号如图5所示,其中黄色信号为DDS产生的标准4KHz的正弦波信号,蓝色信号为功率放大电路在发射线圈两端产生的电压信号。
2.3 信号调理电路
接收线圈接收到的信号除了载有含水率信息的有用信号外还存在较多的杂波干扰,需要用信号调理电路将收到的信号进行放大并滤除无用信号。接收线圈接收到的信号如图6 中黄色信号所示,其中蓝色信号为发射线圈发射的信号。
信号调理电路处于对电极系传感器的测量电极输出的流动噪声信号处理的最前端,它的主要作用是抑制杂波干扰,放大有用信号。信号调理电路的工作情况,直接关系到整个系统的测量精度和分辨率等重要指标。
信号调理电路由LM358 构成的差动放大电路和由INA118P构成的可调增益放大电路构成。差动放大电路又叫差分电路,能够放大有效信号,减小由于电源波动和随温度变化造成的零点漂移,所以得到广泛的应用。差动放大电路最大的特点就是静态工作点稳定,对共模信号有很好的抑制,只对差模信号进行放大,所以常被用于多级放大器的前置级。基本差动放大电路的输入端需引入两个信号,这两个信号的差信号为有用的需要放大的信号,对于干扰信号,在这两个信号做差值的时候已经减掉了,所以干扰信号的有效输入为零,起到了抗共模信号干扰的作用。 信号调理电路的原理图如图7所示:
经信号调理电路调理过后的信号波形如图8 中蓝色信号所示,其中黄色信号为信号调理之前的信号。从波形图可以看出该电路有较好的放大滤波效果。
2.4 峰值保持电路
接收信号的幅值变化包含了含水率变化的信息,所以需要将信号调理电路调理之后的信号根据采样定理进行采样,将采样的信息发送到上位机进行信号的还原,从而可以求出接收信号幅值的变化,进而分析出含水率的变化。但是该方案需要的采样率较高,数据量也比较大,对MCU的处理速度、串口数据的发送速度以及AD转换电路转换速度要求都比较高。这里采用了由峰值保持芯片PKD01 构成的峰值保持电路来直接采集调理过后的信号的幅值,再将幅值信息发送给上位机进行数据的处理。该方案既简化了系统的设计又提高了幅值采样的精度。峰值保持电路的原理图如图所示。两个PKD01 芯片分别保持信号的最大值与最小值,分别对其进行AD转换即可得到信号的幅值。峰值保持电路的原理图如图9所示。
2.5 AD模数转换电路
经信号调理电路输出的信号为载有含水率信息的模拟信号,需要进行模数转换后才能在上位机进行处理。本设计中使用PIC16F877 作为主控芯片,控制AD974 进行模数转换。AD974是AD公司生产的一种多通道16位高速ADC,具有较高的通过率和和转换精度,而且集成了时钟电路和内部基准等功能,大大简化了外围电路,同时采用串行接口,具有数据传输率高、接口简单的特点。
PIC16F877与AD974之间通过SPI接口进行连接,SPI接口的全称是“Serial Peripheral Interface”,意为串行外围接口,主要应用在EEPROM、FLASH、实时时钟、AD转换器,还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。该接口一般使用4条线:串行时钟线SCLK、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和从机选择线NSS,由于AD974 工作时只需要MCU发送控制信号而不需要发送数据,所以PIC16F877 与AD974 通信的SPI接口只用了SCK、MISO和NSS三条线,连接非常简洁方便,同时在主器件的移位脉冲下,数据传输速度可达到几Mbps。AD模数转换电路的原理图如图10所示。
2.6 串口收发电路
PIC16F877 采集到AD974 转换后的数字信号后需要经过RS- 232 标准串口将数据发送到上位机进行处理,虽然PIC16F877支持标准串行接口,但是收发电平与RS-232并不兼容,需要进行电平转换之后才能实现与PC机之间的串行通信,在该设计中我们使用了MAX232 作为串行通信的电平转换芯片。MAX232芯片是美信(MAXIM)公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5V单电源供电,仅需要极少的外围器件就解决了单片机与PC进行串口通信时电平不兼容的问题。串口收发电路的原理图如图11所示。
2.7 PCB
综合以上各部分电路再加上单片机及电源部分就构成了完整的原理图,通过该原理图画成的PCB如图12所示。
3 上位机软件设计
上位机中用Lab VIEW进行数据的处理和结果的显示,Lab-VIEW具有友好的人机交互界面,图形化的语言便于编程人员快速掌握其编程技术,不仅能够实现串口数据的采集,还能够对数据进行显示,并通过相应的算法处理对采集到的数据进行解释,最终实现含水率信息的实时示。上位机软件的流程图如图13所示。
4 结束语
通过对比不同的含水率测量方法,研究电磁场的基本理论,针对原油管线含水率测量的特点,根据不同流体成分之间的电参数差异,建立了一套电磁感应法测量含水率的理论,并设计了具体的实现方案。设计并实现了相应的硬件电路和上位机软件,利用电磁感应的原理进行含水率的测量避免了与测量液体的直接接触,不会因为原油的腐蚀、结蜡等现象降低传感器的灵敏度,保证了长期测量的准确性。
摘要：在我国的石油工业中原油管道的含水率是很重要的一个生产指标,能够动态的测量油井产出液含水率的变化对于指导油井的开采计划有很重要的意义,本文提出了一种非接触式的含水率测量方法,对比传统的测量方式有很明显的优势,重点介绍了硬件的实现及信号的发射、接收以及中间信号处理的过程。该方法经验证可以快速、准确地测量出测量管段中被测流体含水率的变化。整个系统运行稳定,测量效率较高。
含水层系统 篇8
1 研究背景
我国是全球人均水资源匮乏的国家之一, 虽我国的总体水资源储藏量较大, 如长江、黄河的水量都较大, 夏季降水量较多等, 但由于我国的人口基数大、农业种植面积大但生产技术较为落后等其他原因, 致使我国的人均水资源量较少。如何提高农业灌溉的有效性、大幅度的减少农业用水, 是提高我国人均水资源量, 缓解我国水资源压力的重要举措。而在此国情下, 我国大部分的农村在进行农业灌溉时都采取人工式的灌溉方法, 单纯的依靠以往的灌溉经验, 利用水管的进行大幅度、大面积灌溉, 不仅在一方面造成了水资源的大量浪费, 而且在另一方面农业的灌溉效用也较低, 土壤并没有及时吸收下那么大的水量, 当然也就没有真正解决土地的干旱问题。近年来, 随着我国科学技术的发展变化以及其在农业生产中的应用, 我国的农业现代化发展逐渐走向了轨道, 并为智能化、科学化、规模化、集约化农业生产模式的产生和推广提供了必要条件和重要前提。
无线传感器网络是随着科学技术的发展进步而出现的新型技术, 是集数据采集及分析处理于一体的全新技术, 具有低成本、低能耗、及时、高效、可靠的特点。其是由一定监测区域的多个微型传感器节点组成, 并构成一个完整的无线网络通讯系统, 并最终把数据处理结果发送到用户终端服务器上, 作为用户决策的依据。将该技术应用到农田土壤含水率的监测工作中, 在不影响农田耕作的前提下, 在农田土壤中布置多个无线传感器节点, 连续、实时、高效的监测土壤中的含水率, 以便用户可以准确知道农田含水率, 并以此为依据判断该农田的灌溉量, 进行及时、有效的灌溉, 这样既节约了农田灌溉用水量, 又有利于农田灌溉水资源的充分利用, 提高农田水资源的管概率, 促进现代农业的可持续发展。
2 关键技术分析
在农业的灌溉技术中, 要想在节约用水的前提下, 实现农业灌溉水资源利用的高效性, 就必须实时、精确的掌握农田土壤的含水率, 对不同的农业用地加以区别对待, 不同程度含水率的土壤采用不同的灌溉方式和不同的灌溉水量。因此, 若想把无线传感器网络技术精准的应用到农田土壤含水率的监测中, 就必须确保数据信息传播的及时准确性, 这也就决定了无线传感器网络技术, 也即WSN技术是整个系统设计中的关键性技术。
WSN技术是一种新型的数据分析及处理技术, 是无线通信、传感器和信息处理三大技术的的融合体。该项技术具有低成本、低能耗的特点, 其虽以普通传感器为技术基点, 却是集信息采集、数据分析处理、网络化应用为一身的综合体, 解决了传统农田土壤含水率监测技术中布线困难、成本高、连续性及实时性较差的缺点。该项技术在农田土壤含水率监测技术的应用中, 不仅大大减少了实际工作量和人工测量误差, 更是农业智能化的发展方向, 在有效农业灌溉的基础之上, 提高了水资源的利用率。
3 总体方案设计
3.1 无线传感器网络的系统设计
本文所研究的无线传感器网络是基于Zigbee技术的基础之上的, 该系统主要是由水分感知节点、网关节点和计算机控制管理中心三部分构成的。水分感知节点主要是用来搜集土壤水分数据的, 并通过多条线路利用无线网络发送到网关节点上, 网关节点则把不同线路发送过来的土壤水分数据汇集起来并暂时保存, 最终将这些数据输送到计算机控制中心, 再由计算机控制管理中心对传输过来的信息加以分析处理, 以供用户使用。
在本文所述的农田土壤含水率的监测中, 该适用的无线传感器网络主要是基于Zigbee技术协议的短程通信传输系统, 主要是通过水分感知节点来进行某一监测区域的农田土壤含水率的实时数据采集, 并通过无线网络通信传输给网关节点, 再最终传输到计算机控制管理中心, 这样用户就可以实时了解农田的含水状态。
3.2 无线传感器网络硬件设计
3.2.1 节点硬件设计
无线传感器的网络节点主要是用来进行信息的采集及传输, 在本文所研究的农田土壤水分含水率的监测中, 无线传感器的网络节点的设计和选择主要考虑了低能耗、低成本、稳定精确性等特点, 以确保其在实际操作中的切实可行性。基于此, 在该农田信息监测过程中, 其网络节点采用模块化的设计方式, 主要分为传感器模块、信息通信模块和电源。电源主要是用来打开无线传感器的网络节点, 进行正常的工作, 传感器模块主要是用来搜集土壤的水分数据, 信息通信模块则主要是用来进行数据信息的无线网络传输, 并将其最终传输到计算机控制管理中心。
3.2.2 无线通信模块选择
在农田土壤的含水率监测系统设计中, 在选择无线通信模块时, 最重要的是要保证节点工作的稳定性, 因此要选择低能耗的;在农业的环境下, 要切实保障农业的正常耕作不会受到影响, 因此要选择小巧的;在数据信息的传输中要保证数据的真实有效性, 因此在进行无线通信的芯片选择时, 要选择那些信号好、发射功率高的;为保证无线传感网络在农业土壤含水率运用中的可推广性, 要保证该模块的低成本性。综合考虑以上几点, 基于Zigbee技术协议的无线通信则是最佳选择, 其不仅应用范围极为广泛, 且其芯片集成度较高, 可靠性高, 并具有低能耗的特点。
3.2.3 传感器的选型
在进行传感器的选型时, 在以实现广泛推广的目的前提下, 要综合考虑到传感器的价格、能耗等因素。在该系统中, 水分传感器是用于信息搜集的, 其所搜集信息数据的准确性将直接决定了整个系统运用分析的真实可靠性, 是该技术在农田土壤含水率监测中具有实用性的第一步。因此, 在选择传感器时, 要充分考虑到农田的环境, 使得选择的传感器不会受到土壤的腐蚀;要充分考虑到农田所在的地区, 选择那些受土质影响较小的传感器;要充分考虑到其对土壤含水率的分辨率, 确保传感器感知土壤含水率的准确性。
3.3 无线传感器网络的软件设计
(1) 在该无线传感器网络的软件设计方面, 各节点的软件设计主要是采用Tiny OS 1.1的嵌入式操作系统。在该系统的操作过程中, 运用Nes C语言根据各节点的不同特点及其本身的功能和作用编程了各自不同的执行程序, 一个执行模块由1个Tiny OS程序和多个组件构成。
(2) 建立新网络。该新建网络的工程主要是由Zigbee来实现的, 并借助具有Zigbee协调能力的设备来促使自身形成一个新的网络节点。该网络节点做为整个无线传感器网络的协调器, 整个系统的网络管理和配置都是由其完成的, 如为子设备分配网络地址、进行传感器节点通信以及接收其他节点输送的数据信息等。
4 结语
在我国的农业大环境下, 无线传感器网络在农田土壤含水率的监测中的应用尚还处于起步阶段, 与国外发达国家相比, 技术比较落后, 再加上我国的农业现代化发展本就起步较晚, 且我国农业的生产经营多为分散式的农村散户经营, 因此在农业科技的应用程度上远不如西方发达国家的农场式规模化经营, 这也就决定了无线传感器网络在农业信息检测中的应用有待于进一步的研究开发。在此过程中, 一定要与我国农业生产经营的实际情况相结合, 充分考虑其其在农田信息监测中的实用性。
摘要：实现农业现代化是国家四个现代化的建设任务之一。随着我国科学技术的发展与进步, 微电子技术、无线网络技术的发展也日趋成熟。与此同时, 以往在农田土壤含水率监测过程中应用的有线网络逐渐暴露出弊端。在此基础上, 本文则研究将无线传感器网络系统运用在农业环境监测上, 以现代化的科学技术来监测农田土壤中的含水率, 解决传统农田含水率监测中存在的问题, 促使我国农业走向现代化的发展道路。
关键词：精细化灌溉,无线传感器网络,农田土壤含水率监测,农业现代化
参考文献
[1]蔡义华, 刘刚, 李莉, 刘卉.基于无线传感器网络的农田信息采集节点设计与试验.[J].农业工程学报, 2009, 25 (04) .
含水层系统 篇9
焦作矿区位于华北煤田南端, 太行山南麓, 矿区北部出露约1800km2的奥陶系灰岩, 奥灰岩溶水水量十分丰富, 水文地质条件极为复杂。开采的主要是二叠系山西组二1煤, 煤层距底板含水层L8灰岩20～40m、L2灰岩70～80m、O2灰岩100～120m, 受矿区内发育的中小断层影响, L2灰岩与O2灰岩水同源、同压。L8灰岩平均厚8m左右, 富水性强, 是二1煤层的直接充水含水层, L2灰岩与O2灰岩水通过倒灌L8灰岩而发生恶性突水事故。因此, 在突水危险区回采工作面, 均对L8灰岩进行底板含水层注浆改造。
2 底板含水层注浆改造的原理
底板含水层注浆改造技术是近几年来兴起的一项注浆堵水技术, 主要是通过对底板含水层进行打钻注浆, 注浆高压使浆液充分在含水层的岩溶裂隙中扩散, 将岩溶裂隙中的水置换, 使强含水层变为弱含水层或隔水层。焦作矿区大多是对L8灰岩含水层进行注浆改造, 采取均匀布孔的原则, 尽量使钻孔垂直于构造裂隙的方向, 能多斜穿L8灰岩裂隙。套管下至L8灰岩顶板5m左右, 条件允许的情况下, 尽量提高注浆压力, 至少为L8灰岩水压的2.5～3倍, 注浆材料选用粘土水泥浆。
3 隔水层的岩性组合
焦作矿区二1煤层的底板隔水层厚20～40m, 岩性主要为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩和L9灰岩组成, 但每个采区的岩性比例却不尽相同。有的地区砂岩的比例比较大, 比如古汉山矿的11采区, 其砂岩厚度局部占隔水层厚度的55%以上。方庄二矿的23采区, 其砂岩厚度平均占隔水层厚度的60%以上。而演马庄矿的22采区、九里山矿的14、11采区, 其砂岩厚度平均占隔水层厚度比例不到40%。
4 突水经过
2009年5月, 方庄矿的23052工作面在回采到距停采线100m左右的位置时, 发生底板突水, 最大水量5.0m3/min。该工作面为中层工作面, 顶层工作面回采前已进行了底板含水层注浆改造, 未发生突水。2005年6月, 古汉山矿11091工作面回采时发生底板L8灰岩突水, 水量最大为2.6m3/min, 到2007年12月, 11092中层工作面回采时, 最大水量达到26m3/min, L2灰岩水位下降, 该工作面接受了深部含水层的补给。这两个工作面的突水, 都是中层突水量比顶层突水量大, 其隔水层中砂岩均占到隔水层厚度比例的60%以上。
2006年6月, 演马庄矿22061工作面回采到40m时, 由于矿压的作用, 发生底板突水, 最大水量为20m3/min。2009年5月, 当中层22062工作面回采时也发生了突水, 但最大水量只有6.0m3/min, 突水水源均为L8灰岩水, 没有深部水的参与。该工作面隔水层中砂岩占隔水层厚度的比例不到40%。
5 隔水层岩性对底板含水层注浆改造的影响
纵观以上突水情况, 在底板隔水层岩性组合中, 砂岩比例大的区域, 工作面中层回采时易发生突水, 且往往比第一次的突水量大, 相反, 砂岩比例小, 泥岩比例大的区域, 工作面中层回采时一般不会发生突水。经分析研究, 可能存在以下两个方面的因素。
5.1 由于砂岩是脆性岩石, 质地坚硬, 不易发生底鼓变形, 但其破坏深度大, 顶层工作面注浆改造时, 注浆的高压将L8灰岩含水层的水顶回到L8灰岩底板以下, 这使L8灰岩底板所承受的压力远大于正常的水压, 顶层工作面回采时, 隔水层所受的破坏深度较小, 没有影响到L8灰岩含水层, 不会发生大的突水事故, 而中层工作面回采时, 随着底板破坏深度的增加, 砂岩形成的垂直裂隙进一步延伸, 有效隔水层的厚度减小, 强度承受不了L8灰岩底板高压水的冲击, 产生新的导水通道而发生突水。如古汉山矿的11092工作面, 顶层回采时水量仅2.6m3/min, 中层回采时水量达到26m3/min。
5.2 顶层工作面回采时, 由于底板砂岩垂直裂隙发育, 注浆钻孔的套管阻隔了浆液在砂岩层中的充填, 砂岩水通过导水裂隙涌入工作面, 回采后, 顶板塌落, 重新将底板砂岩裂隙压实, 形成新的隔水层。当中层工作面回采后, 再一次将隔水层破坏, 由于砂岩水的补给有限, 与下部强含水层水压的压力差增大, 底板含水层的水就突破隔水层的薄弱带而涌入工作面造成突水事故。如方庄二矿的23052工作面, 顶层回采时水量仅2.0m3/min, 中层回采时, 却突水5.0m3/min。
6 结论
6.1 底板隔水层岩性组合中砂岩占比例大的区域易发生垂直导水, 中层工作面回采时突水的可能性大。
6.2 由于砂岩裂隙发育, 在底板注浆改造时应对砂岩层进行注浆加固。
6.3 注浆钻孔的终孔位置尽量布置在L8灰岩底板下20m以下的岩层中, 以增加隔水层的厚度。
6.4 注浆时在条件许可的情况下尽量加大注浆压力, 增加注浆量。
6.5 在注浆前期, 加大浆液中粘土的比例, 不仅可以增加浆液的扩散半径, 而且可以提高岩石的柔韧性。
摘要：本文根据焦作矿区煤层底板隔水层岩性组合的不同条件, 详细介绍了在不同的岩性组合对工作面底板突水的影响, 提出了切实可行的应对措施, 取得了巨大的经济效益和安全效益。
关键词：隔水层,岩性组合,注浆改造
参考文献
[1]刘同铁.基于矿区水文地质条件及含水层分布特征分析[J].价值工程, 2011 (12) .
[2]王心义, 王世东, 刘白宙, 白忠凯.矿井煤层底板含水层注浆改造技术[J], 矿业研究与开发, 2005 (06) .
矿区含水层破坏程度评价 篇10
随着煤矿业的快速发展,在为经济社会发展提供重要物质保障的同时,累积了大量的地质环境问题。在长期的煤矿资源开发利用过程中,以浪费资源和破坏环境为代价,矿山生态破坏和环境污染等问题日益严重,成为制约我国经济发展的重要因素[1]。当今人类面临着严重的水资源问题,地下水作为一种重要的水资源,在世界上许多国家己经成为了人民生产生活用水的主要来源,世界范围内约有1/3的人口使用地下水作为饮用水[2]。近年来煤矿开采对地下水造成严重影响,直接对人类造成危害,研究煤矿开采对含水层的破坏意义重大[3]。煤炭开采对浅表含水层的破坏主要形式有:以防治矿井水害为目的进行的人为疏干排水;采动形成的导水裂隙对上部含水层的自然疏干;由于采动形成的地表沉陷和裂缝,对地下水原始径流的破坏[4]。
2 研究区概况
平顶山市广达煤业有限公司(以下简称广达公司)属平顶山市卫东区集体企业,位于平顶山市程平路以北,平顶山-郏县公路以西,魏寨村西北约1500m处,南距平顶山至许昌公路约1.5公里,距北环路北200m,西与洛宝路相连,东距大乌路200m,有碎石公路通往矿区,交通便利。矿井井田位于平煤十矿井田范围内,广达公司四周及深部均为平煤十矿井田范围。该矿行政区划属河南省平顶山市卫东区东高皇乡管辖。原广达煤矿为立井单水平下山开拓,开采水平标高-36m,开采煤层为五2煤(丁5-6),主井、风井井筒落底五2煤层底板5m处,技改后主采四1(戊11)煤层。
3 含水层破坏现状分析
含水层破坏现状分析主要基于现阶段矿区井巷开拓数据、本次地下水现状调查、矿方提供的地下水观测资料及基础水文地质数据进行。分析内容主要有含水层结构破坏、水位下降等方面。
3.1 垮落带和导水裂隙带高度计算
覆岩移动变形对含水层的影响主要受垮落带、导水裂隙带控制,根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中推荐的公式,垮落带、导水裂隙带及防水煤岩柱高度以下式计算:
垮落带高度公式:
式中:Hm-垮落带高度(m);M-煤层的开采厚度(m)
导水裂隙带高度计算公式:
式中:HLi-导水裂隙带高度(m)
广达公司五2、四2煤回采已经基本结束,现主采四1煤。五2煤平均厚度2.19m,计算其垮落带高度和导水裂隙带高度分别为9.68m和36.43m;四2煤平均厚度4.78m,计算其垮落带高度和导水裂隙带高度分别为13.73m和44.39m;四1煤平均厚度1.40m,计算其垮落带高度和导水裂隙带高度分别为7.67m和29.57m。
3.2 含水层结构破坏分析
由地层和煤层资料可知,五2煤位于二叠系上统下石盒子组上部,直接顶为砂岩裂隙含水层,因此五2煤开采会造成顶板含水层结构破坏;四2煤位于二叠系上统下石盒子组中部,距离顶板最近的砂岩裂隙含水层平均17m,因此四2煤开采不会造成顶板含水层结构破坏;四1煤位于二叠系上统下石盒子组中部,直接顶为砂岩裂隙含水层,因此四1煤开采会造成顶板含水层结构破坏。
3.3 水位动态分析
广达公司批准开采五2、四1和四2煤层,现阶段主采四1煤层,通过本次调查,矿区及周围地表水体未见漏失,主要供水含水层(浅层地下水)水位下降幅度不明显前述计算表明,五2、四2和四1煤层开采后,形成导水裂隙带高度分别为36.43m、44.39m和29.57m,远大于煤层至最近含水层段的距离(0m、17m和0m)。由于五2、四2和四1煤层顶板砂岩含水层富水性较弱,加之广达公司和相邻的十矿、十二矿、一矿、二矿开采排水,煤层顶板砂岩含水岩组目前已经干枯无水。
3.4 矿山开采对含水层影响综述
现状条件下,矿山开采造成五2和四1煤层顶板砂岩含水层结构破坏,并在四1、四2煤和五2煤顶板砂岩含水层中形成导水裂隙带,但由于广达公司及附近相邻的十矿、十二矿、一矿和二矿的开采排水活动,致使煤层顶板砂岩含水层呈疏干状态,范围波及整个广达公司矿区,面积为1.3478km2。因五2、四2和四1煤顶板砂岩含水层富水性差,致使其不具有供水意义,不是当地主要供水层,生矿区村庄居民主要活饮用水取自矿区附近水井,由管道送入,供水距800m,矿山开采对区内居民生活用水影响不明显。广达公司矿井正常涌水量为120m3/d,预测最大涌水量为240m3/d,均小于3000m3/d。矿区东部有一条季节性河流月台河,经调查确认开采活动并未造成地表水体流失。
综合认为,对照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设及压煤开采规范》附录E,现状评估矿山开采活动对地下含水层影响程度较严重。
摘要：在环境保护与资源开发都日益紧急的情况下,对矿山地质环境保护与治理分区设计有利于在保护环境的基础上进行资源开发。而矿山地质环境这块,含水层破坏程度的评价,对矿山地质环境保护与治理分区起到至关重要的作用。文章在各种资料及现场调研的基础上,同时对广达矿矿山对周边地质环境的含水层破坏进行了现状评估。对广达矿矿山地质环境的治理分区具有重要的参考价值。
关键词：广达矿,含水层,现状评估
参考文献
[1]武强,刘伏昌,李铎.矿山环境研究理论与实践[M].北京:地质出版社,2005.
[2]United Nations Environment Program(UNEP)[M].Earth scan.UK,1999.
[3]张凯,王少龙,郭鑫,等.某煤矿开采中含水层的破坏及其防治措施[J].地质灾害与环境保护,2012,1:64-67.
一招测出蜂蜜含水量 篇11
【实验背景】
人们都期望买到货真价实的纯正蜂蜜。尽管蜂蜜造假层出不穷，极难辨别，但我们至少可以检测出蜂蜜中含水量的多寡。民间说好蜜千年不坏，虽不至于真的如此，但优质蜂蜜的保质期的确很长。蜂蜜在酿造过程中逐渐脱水，成熟蜜含水量极低，高糖的环境造就了极高的渗透压，细菌进入时会因渗透压而脱水死亡。此外，蜂蜜本身还含有多种抑菌酶，也是长时间保证不变质的原因之一。可见，水分含量高的蜂蜜可能存在混入未成熟蜜或掺假的可能性，以次充好，更易变质。
【实验原理】
利用厨房纸巾极易吸收水分的特性，来鉴别蜂蜜的含水量多少。
【实验过程】
1.将两种市售蜂蜜（A、B）分别滴于厨房纸巾上，观察其色泽、形态。
2.分别在1分钟和5分钟后，观察A、B两款纸巾正、反面的吸水、浸湿情况。
含水层系统 篇12
1 煤层顶板水疏放与工作面涌水量预测
1.1 煤层顶板水疏放
煤层顶板水疏放主要分为地表疏放、井下疏放和联合疏放3种基本方式[9]。由于地表疏放需要在地面构筑疏放水工程和设施, 消耗大量电力和使用流量大、扬程高的水泵[10], 因此, 在宁东煤田各矿井煤层顶板砂岩含水层超前预疏放主要采用井下疏放的方式。
井下疏放是通过在井下的巷道中向煤层顶板含水层中施工专门的钻孔, 利用地下水的自然重力或压力水头, 将含水层中的地下水疏放到井巷, 再通过矿井排水系统将疏放的水排至地表。
当顶板水疏放钻孔施工完毕时, 钻孔中的水量通常最大, 随着疏放时间的延长, 水量会呈现出逐渐减小的趋势, 最终会保持在一个稳定的水量不再减小或者会减小为0 (见图1) 。这主要是由于直罗组砂岩含水层渗透性较差, 疏放水初始主要是消耗含水层中的静储量, 随着含水层中静储量不断被疏放, 钻孔水量不断减小, 当疏放总水量达到一定值时, 钻孔水量趋于稳定, 这个稳定水量 (也称残余水量) 也就是疏放水钻孔影响半径外地下水的动态补给量, 这部分水量是不会随着疏放时间增加而减少的。从整个工作面疏放水钻孔总水量来看, 通常水量会随着钻孔数量增加而增大, 当钻孔全部施工完毕时, 水量又会随着砂岩含水层中静储量的不断消耗而减少, 最终维持在一个稳定水量 (见图2) 。
1.2 工作面涌水量预测
宁东煤田浅部煤层主要受到其顶板侏罗系直罗组砂岩含水层的威胁, 这一含水层主要特征为渗透系数小。当煤层回采产生的导水断裂带波及至此含水层时, 往往瞬间水量较大, 衰减速度快, 残余水量小, 主要原因是直罗组砂岩含水层以静储量为主, 动态补给量有限。以往对于以煤层顶板砂岩含水层为主要充水水源的工作面涌水量预测只考虑动态补给量, 而忽略了静储量, 通常会导致预测值与工作面实际涌水量差异较大。基于以上分析, 在预测受到直罗组砂岩含水层威胁的工作面涌水量时, 应该采取静储量与动态补给量联合预测的方法, 使预测结果更加符合实际情况。
1.2.1 静储量预测
静储量主要是指当煤层回采产生的导水断裂带范围内的含水层由于重力作用而释放出来的水量, 计算公式如下:
式中:Q静为含水层的静储量, m3/h;L为工作面走向长度, m;B为垮落区宽度, m;M为含水层厚度, m;μ为含水层的给水度。
1.2.2 动态补给量预测
动态补给量主要是指当煤层回采产生的导水断裂带周边含水层对采空区进行的补给量[11], 计算公式如下:
式中:Q动为含水层的动态补给量, m3/h;K为含水层的渗透系数, m/d;H为水头高度, m;R0为引用影响半径, m;r0为引用半径, m。
矿坑所在含水层假设为均质无限分布, 天然水位近似水平, 引用影响半径R0和引用半径r0可采用式 (3) 计算[12]:
式中:R为影响半径, m;S为含水层水位降深, m;F为待预测开采区面积, m2。
2 疏放水效果评价
由于宁东煤田浅部煤层顶板直罗组砂岩含水层为工作面的主要充水水源, 其涌水量主要以含水层静储量为主, 动态补给量较小, 当工作面回采前采取超前预疏放措施后, 如果钻孔疏放水总量小于含水层静储量, 同时钻孔残余水量大于含水层的动态补给量, 说明静储量还没有得到有效疏放, 需要延长疏放水时间或者局部增加疏放水钻孔;如果钻孔疏放水总量等于或大于含水层静储量, 并且钻孔残余水量等于或小于动态补给量, 说明含水层中的静储量已经得到了有效疏放, 钻孔的残余水量为含水层中的动态补给量, 即可认为工作面的疏放水效果良好, 达到了疏放水的目的。
3 实例分析
3.1 矿井及工作面概况
石槽村煤矿是宁东煤田鸳鸯湖矿区5对主力矿井之一, 其主采的2-2煤层主要受到其顶板侏罗系直罗组砂岩含水层的威胁, 含水层厚度为21.07~149.67 m, 平均厚度93.89 m, 渗透系数K=0.004~0.034 8 m/d。岩性主要为灰绿、蓝灰、灰褐色夹紫斑的中、细粒砂岩和粉砂岩, 夹少量的粗粒砂岩和泥岩, 局部含砾;砂岩的成熟度较低, 分选性差, 接触式胶结为主, 底部为一厚层灰白、黄褐或红色含砾石英长石粗砂岩, 俗称“七里镇”砂岩。
112202工作面为石槽村煤矿11采区南翼第一个回采工作面, 可采储量预计146.6万t, 工作面走向长1 355 m, 倾斜长285 m, 开采侏罗系中统延安组2-2煤层, 平均采高3.5 m, 采用走向长壁综采一次采全高, 全部垮落法控制顶板。为了避免工作面回采产生的导水断裂带将大量直罗组砂岩含水层中的水导入工作面, 实施了超前预疏放工程, 共施工9个钻场43个钻孔。
3.2 工作面涌水量预测
针对112202工作面的涌水量预测, 采用静储量和动态补给量联合预测的方法, 利用公式 (1) 预测工作面顶板直罗组砂岩含水层的静储量约为79.86万m3;利用公式 (2) 预测工作面顶板直罗组砂岩含水层的动态补给量约为196 m3/h。
3.3 钻孔疏放水总量与残余水量
石槽村煤矿自2012年2月17日至5月21日在112202工作面的切眼、机巷、辅运巷和风巷施工了顶板水疏放钻孔, 随着疏放水钻孔数目的不断增加, 疏放水总量逐渐增大, 4月16日达到了最大值490 m3/h, 此时所有钻孔已经施工完毕, 5月21日钻孔疏放水总量呈现出逐渐稳定的趋势 (见图2) , 钻孔残余水量约为183 m3/h, 所有钻孔疏放水总量约为82万m3。
3.4 疏放水效果评价
根据112202工作面涌水量预测结果, 工作面顶板直罗组砂岩含水层静储量约为79.86万m3, 含水层动态补给量约为196 m3/h。当所有疏放水钻孔水量趋于稳定时, 钻孔残余水量约为183 m3/h, 疏放总水量约为82万m3。从工作面涌水量预测数据及钻孔疏放水量观测数据来看, 钻孔疏放总水量已经接近含水层静储量, 基本上可以认为含水层静储量已经得到了有效疏放, 而钻孔残余水量也与动态补给量预测值相差无几, 说明当钻孔残余水量趋于稳定时, 这部分水量即为疏放水钻孔所影响的含水层范围外的地下水动态补给量, 这部分水量短时间是不会消耗完毕的。
基于以上分析, 可以认为112202工作面顶板直罗组砂岩含水层静储量已经基本疏放完毕, 钻孔残余水量即为含水层的动态补给量, 说明在112202工作面开展的顶板水疏放工程合理有效, 达到了对工作面涌水量“消峰平谷”的目的, 为工作面的安全回采提供了理论依据与数据支撑。
4 结语
1) 对于以煤层顶板砂岩含水层为主要充水水源的工作面, 涌水量预测可以采用静储量和动态补给量联合预测的方法, 预测结果符合客观实际情况。
2) 当疏放水钻孔总水量大于静储量预测值, 并且钻孔残余水量等于或者小于动态补给量时, 即可认为顶板水疏放效果良好, 达到了疏放水的目的;否则, 需要延长疏放水时间或适当加密疏放水钻孔。
3) 由于缺少钻孔水压观测数据, 未能结合水压来分析疏放水的效果, 建议未来工作面开展疏放水工程的同时, 在对钻孔水量进行观测时, 要重视观测钻孔水压数据, 以便更好地对疏放水效果作出科学合理的评价。
摘要：为了科学合理地评价煤层顶板砂岩含水层疏放水效果, 在工作面涌水量预测方面, 采用含水层静储量和动态补给量联合预测的方法, 结合钻孔疏放水总量和残余水量进行分析:当钻孔疏放水总量等于或大于含水层静储量, 且钻孔残余水量等于或小于含水层动态补给量时, 即可判断煤层顶板砂岩含水层疏放水效果良好。实例分析表明, 含水层静储量和动态补给量联合预测的结果与实际情况较为吻合, 并且当钻孔疏放水总量大于含水层静储量、钻孔残余水量小于含水层动态补给量时, 实现了工作面的安全回采。利用工作面涌水量预测结合钻孔疏放水观测资料的方法评价煤层顶板砂岩含水层疏放水效果科学合理, 可以应用到类似工作面采前的水文地质条件安全评价中。
关键词：砂岩含水层,疏放水总量,残余水量,静储量,动态补给量,效果评价
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