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1 概述
瓦斯是我国煤矿的主要灾害因素之一,瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等灾害严重威胁着我国煤矿的安全生产。由于灾害因素多、治理难度大,矿井瓦斯一直是我国煤矿安全工作的重点和难点。目前,我国所有煤矿均为瓦斯矿井,据统计,在100个国有重点煤炭生产企业的609处矿井中,高瓦斯矿井占26.8%,煤与瓦斯突出矿井占17.6%,低瓦斯矿井 占55.6%。国有地方和乡镇煤矿中,高瓦斯矿井和煤与瓦斯 突出矿井占15%左右。部分局矿的情况更为严重,如淮南矿业集团所属11对矿井均为突出矿井,平顶山煤业集团所属 的13对矿井也全部为高瓦斯或突出矿井。
瓦斯灾害已成为制约煤矿安全生产和煤炭工业发展的重要因素,为此,国家煤矿安全监察局实施了“科技兴安”战略,并提出了“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯治理“十二字方针”,与此同时,我国的各类科技计划也逐步加强了瓦斯灾害治理技术研究开发的支持力度。“十五”以来,科研院所、高等院校及企业以产学研结合方式开展了攻关研究,在瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出预测、保护层开采、顺煤层瓦斯抽放及矿井通风系统监测、评价与决策控制等方面取得了重大进展,并获得了一批重要的科技成果。
2 瓦斯治理技术研究的新成果
2.1 瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价技术
瓦斯煤尘爆炸一直是困扰煤矿安全生产的重大灾害之一。近年来,我国在煤尘着火机理及瓦斯煤尘爆炸机理研究方面,建立了粉尘云着火及燃烧过程简化模型,得出了粉尘空气混合物点火过程中慢速导热燃料模式到快速辐射燃烧模式的转变具有爆炸特征,试验系统中点火诱导期与高温固体颗粒燃料产物的质量分数和燃烧阵面中的热辐射有关,在爆炸极限范围内颗粒相浓度与颗粒点立温度越低火焰加速效果越明显,辐射热损失可能导致燃烧区域的重构,粉尘空气混合物火焰稳态结构发生明显变化等重要结论;通过研究得出了瓦斯煤尘共存条件下煤尘云着火特征参数计算方法,揭示了瓦斯爆炸过程中爆炸波和火焰的变化特征。
在取得上述成果的基础上,建立了矿井瓦斯煤尘爆炸危险性评价模型,用事故树方法分析了掘进、采煤工作面瓦斯煤尘爆炸发生的影响因素扩权重、可能发生事故的模式和避免爆炸事故发生所要采取的途径。确立了矿井采煤工作面、掘进工作面瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价指标体系,并将指标分为爆炸易发性指标和爆炸后果严重性指标。前者包括自然因素、技术因素、管理因素和经济因素四方面指标,后者包括煤尘爆炸指数、沉积煤状况、隔抑爆方式、隔抑爆用水量、井下作业人员、以往事故损失及矿山救护能力等。开发出了瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价技术和专家系统软件,并建立了瓦斯煤尘爆炸的危险性评价和防治专家系统。
2.2 煤与瓦斯突出区域预测技术
采用瓦斯地质理论与物探技术相结合的方法进行突出区域预测,一直是国内外的研究方向。“十五”计划以来,我国煤与瓦斯突出区域预测技术取得重要成果:
(1)我国采用瓦斯地质方法,建立了瓦斯地质理论与物探技术相结合的多技术(数字地震勘探、无线电波透视和构造软煤测井曲线识别)集成的多尺度(矿井突出区和工作面突出带)瓦斯突出区域预测瓦斯地质新方法;提出了以瓦斯地质单元基础的由构造软煤厚度(H)和煤层瓦斯压力(P)相配套的突出区域预测瓦斯地质指标,初步确定构造软煤厚度的突出临界值为0.90m;
(2)开发了具有信息输入、动态管理和空间分析功能的瓦斯突出区域预测WebGIS信息平台,实现了瓦斯突出区域瓦斯地质方法的自动化和可视化;
采用地球物理探测技术,形成了一套矿井瓦斯富集部位地震探测技术与方法,建立了由3D3C地震技术、AVO技术、地震反演技术、地震属性分析技术、地震波形分类技术、瓦斯地质技术等构成的瓦斯富集部位地质—地震预测模式,形成了瓦斯富集部位探测的核心技术;
(3)采用地质动力区划的方法,确定了活动构造和岩体应力状态对突出的影响,并划分出应力升高区、应力降低区和应力梯度。为此开发了突出多因素模式识别概率预测计算机软件,确定了活动断裂、最大主应力、应力梯度等8个主要影响因素,并可方便地划分突出的危险区、威胁区和安全区,开发出了突出区域预测决策分析系统软件,实现了图、文、声和像的可视化;
(4)采用电磁波透视技术,成功研制出了探测煤层瓦斯灾害易发区的技术和装备,建立了电磁波反射和吸收特征数据库和地质异常体的识别系统,得出了瓦斯灾害易发区分布规律,提出了判定瓦斯灾害易发区的敏感指标和临界值,形成一套适于瓦斯灾害易发区的判识方法。
这些技术成果的研究和应用,完善并发展了我国煤矿瓦斯突出区域预测技术体系,提高了突出预测的准确性,非突出危险区预测准确性达到100%,突出危险区预测准确性超过70%,最大限度地降低了掘进和回采过程中的瓦斯影响,显著提高掘进速度和提高回采工作面产量。
2.3 煤与瓦斯突出动态预测技术
煤与瓦斯突出的非接触式预测是通过对瓦斯或煤体本身的信号的实时监测而进行的连续动态预测技术。这种方法具有测试简单、不与生产发生冲突、实时连续监测等优点。因此,非接触式连续预测是目前突出预测的主要研究方向。在“九五”攻关成果的基础上,针对掘进工作面煤与瓦斯突出非接触动态预测预报的需要,分别研究出了基于动态瓦斯涌出规律原理、AE声发射原理和电磁辐射原理的工作面突出危险性连续监测技术与装备。
通过分析瓦斯涌出动态变化规律与突出危险性的关系、实时监测瓦斯动态涌出特征波形、提取与突出危险性相关的特征指标,建立了煤巷掘进炮后30分钟的吨煤瓦斯动态涌出量指标、瓦斯涌出变异系数指标、炮后瓦斯涌出最大速率指标等连续预测指标,研究确定了这几种指标与炮掘工作面突出危险性的关系及指标临界值,以此综合判断工作面所处地点的安全状况以及前方的潜在危险性,实现了炮掘工作面瓦斯动态涌出预测,为我国煤矿提供了一种新的瓦斯涌出量预测方法和煤与瓦斯突出预测工艺技术;
开发出了一套AE声发射监测煤与瓦斯突出的技术装备,提出了AE声发射滤噪综合处理技术和方法,通过阻噪、隔噪、抑噪、滤噪和有效AE信号提取等途径,实现了有效滤噪的目的,取得了历年来滤噪研究中最有突破性进展的研究成果,研究出了包括传感器在内的AE声发射预测工艺技术,分析和总结了煤岩破坏AE声发射规律、AE声发射与瓦斯动力灾害的关系;
通过连续监测含瓦斯煤岩流变破坏过程中产生的电磁辐射信号强度和脉冲数及其变化的研究,实现了对煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害现象的预测预报,研究并揭示了电磁辐射与煤与瓦斯突出影响因素间的关系,提出了临界值法与动态趋势法相结合的煤岩动力灾害预警方法,开发成功了煤岩动力灾害非接触电磁辐射连续监测仪,实现了煤岩动力灾害的非接触、连续动态监测及煤与瓦斯突出预警。
2.4 高产高效矿井瓦斯灾害综合治理技术
加强瓦斯灾害的治理是防止煤矿重特大事故发生的重要保证。高瓦斯煤层群保护层开采、低透气性煤层瓦斯强化抽放、巷道边掘边抽等技术是瓦斯治理的有效措施,也一直都是煤矿瓦斯治理的重点和难点。在煤层群保护层开采方面,通过开展了保护层作用机理的研究,利用三维离散单元法对淮南矿区保护层开采后,采空区顶、底板煤岩体应力重新分布的规律、顶底板变形和破坏特征进行了数值模拟研究,从理论上计算了保护层开采后卸压范围向顶、底板方向发展的深度,为确定被保护层的保护效果和卸压范围提供了可靠的理论依据。
针对首采保护层开采时,上下高瓦斯突出煤层的瓦斯集中向首采工作面涌出的特点,并考虑到确保和提高防突效果的要求,试验成功了多种首采层瓦斯综合治理技术措施:
保护层底板巷道+上向穿层钻孔抽放瓦斯技术、被保护层顶板煤(岩)巷道+下向穿层钻孔抽放技术、首采层(保护层)顶板巷道抽放技术、首采层(保护层)顶板走向钻孔抽放技术、首采层(保护层)工作面采空区埋管抽放技术、首采层(保护层)掘进工作面边掘边抽技术。在试验研究中还在实际层间距70m(相对层间距35倍)近水平煤层群的下保护层开采和80-90~急倾斜近距离煤层群的下保护层开采上取得了重大进展; 转贴于
在顺煤层强化抽放方面上,通过试验和理论研究,形成了一套在顺煤层钻孔中运用高压水射流扩孔和钻扩一体化技术提高瓦斯抽放效果的成套技术和装备,以及对石门揭煤抽、排瓦斯钻孔扩孔的工艺技术和方法。扩孔后钻孔直径达到200-300mm,为扩孔前的4.5倍,最大扩孔直径达619.9mm。扩一个钻孔的时间相当于施工一个钻孔时间的1/6,而一个扩孔钻孔的抽排放瓦斯及防突效果相当于2个以上的钻孔,明显提高了瓦斯抽放的效果;
在瓦斯抽放效果评价方面,研究了根据煤层的最小突出瓦斯压力、瓦斯含量为依据,合理确定评价预抽防突措施有效性的预抽率指标和临界值的方法。下向钻孔及深孔预裂爆破是提高瓦斯抽放效果的另一重要技术途径。通过试验研究,解决了下向钻孔施工中的排渣、排水等技术难题,取得了下向孔钻探长度达到70.1m的良好效果。研究中完善了适合于高瓦斯低透气性、有突出危险煤层深孔控制预裂爆破强化抽放瓦斯技术和石门快速揭煤技术;
对于单一低透气性突出煤层巷道掘进的瓦斯抽放技术难题,通过理论分析和试验研究,发现煤层巷道掘进工作面和巷道两帮的煤体在松动和原始煤体之间存在的随巷道向前掘进而向前移动的蠕变“u”形圈,在“u”形圈内煤层的透气系数成百倍地增加;
分析了煤层赋存参数、瓦斯抽放参数对抽放钻孔抽放瓦斯效果的影响,确定了有效抽放半径与抽放时间的关系、抽放负压和抽放量的关系,并据此合理布置边抽边掘钻孔,其截流抽放瓦斯率可达到30%以上,并且煤体的强度有较大增加。
2.5 矿井通风系统安全可靠性评价与决策技术
矿井通风是保障煤矿安全生产的关键性环节,合理的通风是防止瓦斯积聚、抑制煤炭自燃和火灾蔓延扩大的重要手段,通风系统布置不合理或管理不当,则是导致瓦斯积聚和自然发火及造成瓦斯、火灾事故进一步扩大的主要原因。集约化生产的大型矿井实行一矿一面已成趋势,要求通风系统具有更强的稳定性、可靠性和合理性,具有较强的抗灾能力。
我国开展了矿井通风系统安全可靠性评价和决策技术的研究,建立了基于评价指标体系和网络仿真技术的两种矿井通风系统可靠性评价理论体系、评价方法和数学模型,开发了智能化、可视化通风系统可靠性评价和决策支持系统软件。
在灾变风流动态模拟及虚拟现实技术方面,研究并完善了一维动态模拟技术,开发了矿井灾害风流流动模拟的GIS显示系统,实现矿井灾变动态模拟结果在矿井通风系统图各巷道通风参数的动态显示,提高模拟结果与各巷道的对应性,减少矿井灾害防治及救灾决策中应用灾变状态各参数的失误率,提高决策效率。研究出了矿井火灾区域内烟流流动的三维数值模拟研究和矿井巷道中火灾烟流流动的虚拟现实技术。
在通风系统自动调控方面,研究成功了井下自动控制风门及远程控制技术,研制出了带有卸压窗和撞杆自动开启装置的远程自控风门,实现了井下人、车信号分离,采用控制命令分级管理的方法,彻底贯彻了“生产服从救灾,行人服从行车”的风门管理理念,有效地提高了通风系统的稳定性和安全可靠性。
作为配套技术研究,将矿井通风系统安全可靠性评价和决策技术、矿井灾变风流动态模拟及虚拟现实技术和井下风门远程控制技术等有机整合成一体,开发了软件平台,初步实现了矿井通风系统从监测、分析、决策到控制等各环节的闭环运行。
3 存在的问题和急需开展的研究
煤炭是我国国民经济发展的基础能源,煤矿安全是煤炭工业走新型工业化道路、可持续发展的前提和保证。瓦斯灾害治理是煤矿安全工作的重点。对煤矿瓦斯灾害进行监测监控、预警防治等瓦斯综合治理技术措施,是减少煤矿伤亡事故,提高安全生产水平的重要手段。目前,煤矿安全工作面临两大的挑战:
一是产业结构的调整,生产高效集约化程度的提高,瓦斯涌出量倍增,产尘强度大幅度上升,通风压力增大,瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等灾害事故的预防难度增大;
二是矿井生产水平的逐年延伸,地应力增大,瓦斯涌出量也增大、煤与瓦斯突出和冲击地压危险性增加,恶化了煤矿生产条件,增大了生产中的不安全性。为此,煤矿安全技术也需从两个方面开展攻关研究:
(1)根据矿区煤层条件不同、瓦斯赋特征不同、生产条件的变化,采用新的科技手段进一步完善提高现有瓦斯灾害治理技术体系并进行适应性研究,如采用现代通讯技术、自控技术、计算机技术和传感技术,解决我国现有煤矿安全监测系统相互不兼容、无法互联互通的技术难题;
(2)不断解决瓦斯治理技术研究中出现的新问题,如伴随我国东部深井开采带来了“三高”和深部矿井的延期突出问题,松软低透气性煤层长钻孔瓦斯抽放技术难题。这些问题急需开展科技攻关加以解决。
4 结论
瓦斯灾害治理新技术在淮南矿区进行了试验和应用,取得了经济、社会、安全环境的多重效益。这些研究成果对我国煤矿生产条件和瓦斯灾害特点具有很强的针对性和适应性,具体成果表现为:
(1)瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价技术在淮南潘三矿、张集矿应用表明,评价结果准确可靠,具有很强的操作性和实用性,为预防煤矿瓦斯煤尘爆炸提供了重要技术支撑。
(2)瓦斯地质、动力区划和地球物理探测方法的煤与瓦斯突出预测技术是经实践证明是有效的,是减小防突工程量、提高防突效果的保障技术措施。
Abstract: In this paper the author of a comprehensive gas control in coal mine are introduced the practical experience of comprehensive gas control technology. It is put forward that the technology innovation, the technology popularization and application, to our country coal mine gas prevention and control technology plays a certain role, to fundamentally improve the mine safety status.
Key words: mine gas; comprehensive management; coal mine safety
中图分类号:TD82文献标识码A 文章编号
1,总述
1.1《防治煤与瓦斯突出规定》关于防治煤与瓦斯突出规定:
第一章总则第六条:“防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则。突出矿井采掘工作做到不掘突出头,不采突出面。未按要求采取区域防突措施的,严禁进行采掘活动。”;
第二章一般规定第十五条:“突出矿井做好防突工程的计划和实施,将防突的预抽煤层瓦斯、保护层开采等工程与矿井采掘布置、工程接替等统一安排,使矿井的开拓区、抽采区、保护层开采区和突出煤层(或被保护层)开采区按比例协调配置,确保在突出煤层采掘前实施区域防突措施”
1.2《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》(GB50471—2008)5.2节瓦斯抽采方法选择中规定:“在开采的厚煤层、煤层群瓦斯涌出量较大时,可选用“高抽巷”的抽采方法,也可选择直径为300~500mm的顶板水平长钻孔进行抽采,不易自燃煤层也可选择尾抽巷进行抽采。”
1.3结合公司采掘施工过程制定瓦斯综合治理技术方案。
2、用词解释
底板防突措施巷:布置在工作面内侧,在煤层底板中距煤层底板7-10米的全岩巷道,用于综采工作面掘进、回采前进行区域瓦斯治理和防治水;
穿层钻孔:在岩石巷道或煤层巷道内向相邻煤层施工的钻孔;
顺层钻孔:在煤层巷道内,沿煤层布置的钻孔;
煤层预抽:在煤层未受到采动以前进行的瓦斯抽采
高位钻孔:指在风巷向开采煤层顶板施工的抽采钻孔(进入裂隙带)。
边掘边抽:掘进巷道的同时,抽采巷道周围卸压煤体内的瓦斯。
边采边抽:抽采采煤工作面前方卸压煤(岩)体的瓦斯或厚煤层开采时抽采未采分层卸压煤体的瓦斯。
邻近层卸压抽采:回采工作面采动后因采空区跨落而造成邻近煤(岩)层瓦斯卸压解析,对该类瓦斯进行抽采的方法。
煤层预抽:在煤层未受到采动以前进行的瓦斯抽采
煤层透气性系数:表征煤层对瓦斯流动的阻力、反映瓦斯沿煤层流动难易程度的系数。
高位钻孔:指在回风顺槽高位钻场向开采煤层顶板施工的治理上隅角瓦斯的抽采钻孔。
高抽巷:在开采层顶部处于采动影响形成的裂隙带内掘进的专用抽采瓦斯巷道。
3、底板防突措施巷+穿层钻孔区域治理瓦斯区:
瓦斯是煤矿生产过程中的重大危险源,要治理瓦斯,先掘进岩巷(底板防突措施巷),再在底板防突措施巷内布置钻场,进行瓦斯预抽。在煤层底板施工底板防突措施巷为预抽煤巷条带煤层瓦斯、预抽回采区域煤层瓦斯提供施工空间,又可做为采区泄水巷使用,同时又避免了煤层施工钻孔诱发煤与瓦斯突出的可能性。
3.1技术要求
(1)底板岩巷距煤层底板层间距不小于7米;
(2)穿层钻孔穿过煤层顶板0.5米;
(3)底板岩巷两侧施工钻场,在巷道一侧中对中距离20米,两侧中对中距离10米;
(4)抽采钻孔覆盖预抽采工作面轮廓外不小于15米;
(5)较难抽放穿层钻孔抽放钻孔见煤点间距8m~10m;
(6)较难抽放煤层吨煤钻孔量>0.03m/t;
(7)布置常规钻机钻场的一条底板岩巷服务一个工作面区块的瓦斯治理;
(8)千米定向钻机(简称千米钻)一侧钻场施工钻孔300~400米,钻场间距60米,底板巷两侧钻场服务600~800米区域,即布置千米钻钻场的一条底板岩巷服务三至四个工作面区块的瓦斯治理;
(9)根据煤矿实际设计底板岩巷常规钻钻场和千米钻钻场。
附表十单位钻场工程量
3.2常规钻机钻场底板防突措施巷
根据常规钻机因局限于钻孔长度及定向的因素,底板防突措施巷布置在预回采工作面煤层下7-10的岩石中,为岩巷超前工作面顺槽掘进。工作面顺槽掘进、工作面回采前预抽煤巷条带煤层瓦斯、预抽回采区域煤层瓦斯。
附图一:布置常规钻机钻场的底板岩巷钻场示意图
3.3奥钻钻场的底板防突措施巷
根据奥钻变方位施工钻孔及经济合理成孔质量可靠等因素,底板防突措施巷布置在预回采工作面煤层下7-10的岩石中或在现有巷道中布置钻场。
附图二
3.4方案对比
(1)中澳公司施工钻孔长度达400以上米,说明千米钻在沁水煤田有可操作性;
(2)底板岩巷千米钻场可服务三至四个工作面区块的预抽采范围,底板岩巷常规钻场只能服务一个工作面区块的预抽采范围,即常规钻场底板岩的工程量是千米钻场底板岩巷的工程量的3至4倍;
(3)千米钻单位钻场钻孔工程为3580米),煤层有效钻孔率93.7%常规钻单位钻场钻孔工程量为1142米,煤层有效钻孔率为34.5%;千米钻单位钻场抽采煤量为9.66万吨,常规钻单位钻场抽采煤量为1.28万吨。以上数据说明千米钻单位钻场钻孔工程和煤层有效钻孔率是单位常规钻的3倍,千米钻单位钻场抽采煤量是单位常规钻场的8倍关系;
(4)底板岩巷单位常规钻场的封孔工程量是千米钻场的20倍,同时钻孔漏气源也是千米钻场的20倍;千米钻机可提高钻孔预抽采瓦斯浓度,增加钻孔抽采率。
4 瓦斯局部治理
工作面回采期间随着工作面的推进,煤体片落,吸附在煤体的不可解晰的瓦斯瞬间释放,涌入工作面并集聚于工作台面上隅角,致使工作面瓦斯超限。根据上覆岩移动规律和瓦斯流动规律,裂隙带是邻近层瓦斯和冒落区瓦斯的主要聚集区,有大量、高浓度瓦斯,同时裂隙发育充分;是抽放瓦斯的最佳层位。冒落带上部、裂隙带中下部是布置顶板水平长钻孔的最佳区域。治理工作面上隅角瓦斯采用高抽巷+回风顺槽高位水平钻孔或顶板水平钻孔+回风顺槽高位水平钻孔。借此扇形抽采钻孔,改变瓦斯场流,达到瓦斯治理的目的。
4.1技术要求
1 结垢原因分析
1.1 水中杂质沉积结垢
水中杂质主要集中在注水井、回注水输水管网等温度相对低的地方,注水井自上而下,结垢现象逐渐增强,而腐蚀产物的结垢因素相对递减。
1.2 水中矿化度高
以大港油田为例。油田典型污水的矿化度高,矿化度基本处于两万到三万mg/L之间,且硫化物浓度高,在5mg/L以上,是注水水质标准的2.5倍。污水温度达到68摄氏度,PH值在7.2以上,属于偏碱性水,,不仅如此,污水中的SRB细菌含量严重超标。
1.3 碳酸盐析出结垢
油田生产时,液体由高压底层向相对低压的井筒流动时,由于温度压力等变化,导致二氧化碳被释放,从而与钙离子反应生成碳酸钙垢。像岭69井、中12井等油井,碳酸氢根离子浓度高,极易形成碳酸钙垢。如加热炉、换热器等温度高的结垢,会促进碳酸钙垢的形成,碳酸钙垢多出现在抽油泵、尾管、筛管、油管内外壁和套管内壁等部位。1.4 硫酸盐析出结垢
部分油田水型为硫酸钠型和氯化钠型,主要产生硫酸钙结垢,原因是钙离子与硫酸根离子结合产生硫酸钙,造成硫酸钙垢,油井产生硫酸钙垢的主要部位井筒底部的套管内壁和油管外,地面站则收球筒和总机关出为主要结垢地点。
1.5 压力、PH、温度的影响
碳酸钙的溶解度与温度、PH值和二氧化碳的分压有关,温度越高、升高PH、二氧化碳分压越小,碳酸钙的溶解度就越低,二氧化碳的分压影响更为重要,如果其降低,碳酸钙沉淀可以产生在系统的任意部位。降低PH则可以使碳酸钙溶解度增大,大大减弱了成垢趋势。
2 结垢危害
注水结垢使采油系统堵塞严重,产量逐年递减,成为油田稳定持续发展的大问题,采油厂结垢油井数量的增多直接造成综合含水上升速度加快,导致集输系统堵塞加重,严重影响油田的正常生产和运营,同时又加重了结垢治理产生的高额费用,使石油开采成本上升。
3 油田结垢的防治3.1 控制物理条件
成垢离子浓度、PH、水中含盐量、压力、温度以及管线形状、水的流动状态等条件都会影响油田结垢,控制和改善其中的一些条件就可能减小盐垢的析出程度,减少垢的形成,同时应该增加水的流速,输油管道内壁应该增加光滑程度并施以涂层。
3.2 除去成垢物质
一般的工业循环水,经过软化水的方法可以大幅度减少成垢离子,对于碳酸根离子及碳酸氢根离子,采用换热器、降低水的PH则可以使其变为二氧化碳气体,再采用真空法或气提法除去二氧化碳,可以有效的抑制碳酸钙垢的形成。
3.3 避免不相容的水的混合
不相容水指水混合后会产生不溶性的物质,所以声场过程中尽量避免不相容水混合可以有效减少垢的生成,对于可能引起结垢的套管损坏井的不同层位井水互窜的情况,应该使用隔水采油工艺。对于注入水与地层水不相容的情况,则应该选择优质的水。同时应将清水和污水分别注入,避免发生腐蚀与结垢问题。
3.4 使用防垢剂
目前油田控制结垢措施最常用的是防垢剂,这种方法方便快捷,容易实现,但是使用时需要合理的选择,目前主要的防垢剂有有机膦酸盐(脂)类、高分子聚合物及其衍生物、有机膦酸盐与聚羧酸盐复合类、有机膦羧酸等。兼具防垢、防蜡功能的固体防蜡块,使用时,将防垢块填装到一种自制的防垢工作筒中,下入井中,工作筒连接在筛管的上部、抽油泵的下部,当有液体流过的时候,防垢剂以及防蜡剂溶于水和油当中,有缓慢溶解、有效期时间长等特点。这项技术的实施,大大延长了兼泵周期、减缓了油井的结垢,实验表明,油井放入防垢块二十到三十块,使检泵周期由以前的16-23天增加到了现在的97-377天。也可以使用环形空间使用防垢剂的方法。效果十分理想。
4 工艺流程
根据油井情况和结垢情况,经常采取以下两种方法
4.1 一步发
施工具体步骤依次为:活性水洗井、挤前置液、挤防垢剂、挤清垢剂(浓度先低后高)、顶替液、关井48小时后充分洗井,瞎蹦生产。此种方法适合结垢比较轻的油井。
4.2 二步发
施工具体步骤一次为:活性水洗井、挤高浓度清垢剂、关井反应24小时,二次洗井,挤前置液、挤防垢剂、挤低浓度清垢剂、顶替液、关井24小时。此方法适合结垢块,井筒垢较重的油井。
5 防垢技术应用效果
通过各种防垢措施,对于减缓垢的形成有显著效果,大大提高了炉管的更新周期,大大降低了油田的开采成本。
5.1 马岭油田中区集中处理站
此地区油井结垢严重,为硫酸钙垢,加药前不出六个月,炉管和炉出口弯头就因为结垢堵死或穿孔报废,不得不将炉管更新,然而,在结垢部位上端加入乙二胺四甲叉磷酸(3ml/L)和马来酸酐(2ml/L)的方式,阻止输油管线和加热炉管的结垢。一年后,打开加热炉检查,炉管内依然光亮无垢,防垢效果显著。
5.2 马岭油田南107计量站
此地区油井的主要结垢产物为硫酸钡,含量达到75.19%,收球包和输油管线弯头处结垢尤为严重,基本两三个月就会导致管线堵塞,原来四英寸的管线直径居然到了不到1cm的小眼,严重影响石油的运输,后来此站采用美国的V-953防垢剂(10mg/L)和管产聚马来酸酐(40mg/L)进行防垢,原来以硫酸钡沉淀形式存在,从而钡离子和硫酸离子经常很低甚至测不出,变成现在的钡离子浓度192-349mg/L,硫酸根离子浓度229mg/ L,从而结垢量大大降低,除垢周期由以前的二到三个月增加到现在的半年至一年,而且垢质松散,极易除去,从而说明化学防垢降低或消除了流程中的结垢。
6 结束语
结垢问题一直是困扰各油田的重要问题,结合油田成垢原因,采用防垢剂等方法有效解决了大部分油田的成垢问题,从而解决了油田成垢造成输油管道堵塞,从而造成巨额的修补费用等带来的问题,同时也控制了油井由于成垢而导致的石油产量连年下降以及综合含水上升的趋势,给老油田稳定的产量开辟了新的道路,实际表明,这项技术拥有广阔的开发前景,提高油井的增产稳产、为未来石油的开发做出了不可估量的贡献。
参考文献
中图分类号:TD712 文献标识码:B 文章编号:1009-9166(2011)0020(C)-0212-02
前言:我国是世界上最大的产煤国,也是煤矿瓦斯灾害最严重的国家,全国煤矿年瓦斯涌出量在100亿m3以上。在统计的635处原国有重点煤矿中,高瓦斯和突出矿井有280处,约占44.1%。瓦斯是我国煤矿的主要灾害因素之一,它是由赋存在井下煤层中的有害气体受采动的影响释放到开采空间的有害气体的组成,其主要成分为甲烷。瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等灾害严重威胁着我国煤矿的安全生产,从每年的事故统计中来看,煤矿发生一次死亡10人以上的特大事故中,绝大多数是由于瓦斯爆炸,占特大事故总数的70%左右,为此,瓦斯爆炸被称为是我国煤矿安全的“第一杀手”。如何治理和防治瓦斯事故的发生,应引起煤矿各级领导及煤矿管理人员的高度重视,并对其进行认真分析研究,从理论和实际工作中找出解决办法,防止和避免重大事故的发生。
一、矿井概况
大黄山豫新煤业有限责任公司是农六师国有控股企业,其前身是大黄山煤矿。煤矿建于1958年,分一号井、七号井两对矿井开采。两井原设计生产能力分别为15万吨和9万吨,现核定生产能力分别为16万吨和10万吨。
七号井:所采煤层属急倾斜近距离厚煤层群,侏罗系下八道湾组,共含煤6层,煤层总厚度约41.2m。煤层的透气性系数在0.68―1.01m2/MPa2.d之间。瓦斯储量为31702.47万m3,现水平煤层瓦斯最大压力0.72MPa。煤层瓦斯含量为3.47―5.66m3/t。矿井相对瓦斯涌出量76.9m3/t,绝对瓦斯涌出量13.29m3/min,矿井瓦斯等级属高瓦斯矿井。
一号井:所采煤层属缓倾斜近距离厚煤层群,侏罗系下八道湾组,共含煤6层,煤层总厚度约37.08m。煤层的透气性系数在0.319―2.823m2/MPa2.d之间,瓦斯储量为34888.194万m3。矿井煤层瓦斯现水平最大压力1.06MPa,深度每100m下降瓦斯压力增加0.41―0.67MPa。现水平煤层瓦斯含量为5.06m3/t,深度每100m下降瓦斯含量增加2.36m3―3.3m3。矿井相对瓦斯涌出量29.66m3/t,绝对瓦斯涌出量37.08m3/min,矿井瓦斯等级属高瓦斯矿井。
二、瓦斯治理技术
(一)大黄山豫新煤业有限责任公司瓦斯治理现状
大黄山豫新煤业有限责任公司所属矿井的瓦斯灾害异常严重,历史上的多次瓦斯事故曾给企业带来了极大的危害和惨重的损失。从58年建矿以来曾发生5起瓦斯爆炸事故。从1983年开始建立瓦斯抽放系统,84年形成了抽放能力为64m3/min的瓦斯抽放系统。随着矿井的改扩建项目实施,对矿井的瓦斯抽放系统进行改造,2005年形成了抽放能力为180m3/min瓦斯抽放系统。经过50年的不懈努力和探索,逐步形成了较为完善的瓦斯抽放技术和瓦斯监测、监控系统,监测监控系统选用重庆煤科院的生产的KJ90系统,全套系统配置管理64个分站,可扩展为128个,1024个输入量,512个控制量。目前,两矿井已经连续19年没有发生煤与瓦斯爆炸事故,今年我们将抽出的矿井瓦斯进行充分利用,建立16×500KW瓦斯发电厂,为企业提供电能,保护环境,创造效益。
(二)大黄山豫新煤业有限责任公司瓦斯治理技术经验
1、对临近煤层进行瓦斯抽放
采区巷道施工前,在已有巷道中施工瓦斯钻场、钻孔,穿透各煤层的瓦斯抽采钻孔,然后并网进行瓦斯抽放,预抽时间至少半年以后才安排巷道的掘进工作。今年七号井799水平东翼走向长度2000m,每隔30m施工一个钻场,每个钻场施工12个穿透中大煤层的钻孔,钻孔孔径Φ75mm,钻孔最大深度约120m,共施工钻场67个,钻孔长度16804m;一号井780水平东翼走向长度1800m,每隔30m施工一个钻场,每个钻场施工16个穿透中大煤层的钻孔,钻孔孔径Φ75mm,钻孔最大深度约180m,共施工钻场60个,钻孔长度97921m,钻孔平面上呈扇形重叠布置。邻近煤层通过这些钻孔进行抽采,矿井瓦斯抽采钻孔的终孔间距为6―8m。
2、工作面上偶角及空区瓦斯采用埋管和布置走向高低位钻孔进行抽放
为解决工作面瓦斯超限问题,大黄山豫新煤业有限责任公司对工作面上偶角及采空区的瓦斯进行了抽采。上隅角埋管抽放:在工作面回风顺槽铺设一趟直径为Φ108mm支管,外接4―5根Φ100钢丝弹簧胶管作为吸管对上隅角进行抽放。采空区瓦斯抽放采用高低位钻孔抽放法,钻场间隔30m,每个钻场布置6个钻孔;相邻两个高位钻场之间的钻孔必须有部分在平面上重叠,其长度不小于20m。
3、本煤层瓦斯抽放
工作面机巷沿工作面倾斜方向,每隔30m布置顺层钻孔,其孔深为工作面斜长的2/3。孔间距8―10m,孔径为Φ75mm,同时,在两孔之间增加一交叉钻孔,孔深适当处长1至2m,孔径Φ75mm。风巷每隔30m亦布置顺工作面方向的下向钻孔,孔长为工作面斜长的1/3。顺层钻孔前期预抽瓦斯,瓦斯衰减后采用高压进行煤体注水。
4、掘进工作面边抽边掘
由于矿井预抽时间、抽放效率等因素存在,巷道掘进工作面平均配风量200m3/min,风排瓦斯在炮后经常瞬间超限,造成安全隐患,影响施工进度,采取边抽边掘方法后,消除了风排瓦斯在炮后经常瞬间超限就问题,掘进速度由原80―100m提高到150―200m。
5、封孔技术
原瓦斯钻孔封孔采用水泥砂浆进行封孔,钻孔施工期长,影响瓦斯抽放时间,后引进聚氨脂封孔,套管固定时间由原来的几小时缩短到几分钟,加快了钻孔施工速度。
(三)瓦斯治理管理经验
结合多年的抽放实际,总结出了适合大黄山煤矿特点的瓦斯抽放措施:“多钻孔钻密孔,严封孔勤排水,多方法长期抽形成固定抽放和移动泵站相结合分区域抽放模式”。从根本上为矿井瓦斯灾害的治理奠定了基础。
1、矿井实行通风瓦斯调度值班制度。严格瓦斯巡回检查制度,及时反馈井下瓦斯等有害气体涌出信息,加强对瓦斯涌出异常现象的分析和治理;
2、认真落实瓦检员的岗位责任制。严格放炮管理制度和瓦斯检查制度,杜绝空班漏检;杜绝瓦斯超限区、点,一旦出现瓦斯超限区、点,按《煤矿安全规程》的有关规定,及时妥善处理;
3、实行干部跟班下井制度。严格干部跟班下井制度,保证各采掘面每班有副队长、队长以上干部跟班、严格调度和监控中心值班制度,发现井下瓦斯超限及时向值班领导汇报,值班领导必须及时做出处理措施并跟踪落实制、实行安全追究制;
4、实行动态管理。加强安全监控系统的使用维护、管理工作及系统功能的不断完善,及时掌握井下各种安全动态信息,实行安全工作动态管理;建立瓦斯抽放规律性和数据统计分析,使瓦斯抽放管理工作趋于规范。
结束语:煤矿瓦斯治理与管理是煤矿安全管理的重要环节,除了完善可靠的安全装备和采取有效的措施外,还应加强安全管理和安全监督。瓦斯事故工作是一项系统工程,只有煤矿企业要加大瓦斯管理投入,推出有效的对策和措施,健全各项规章制度,瓦斯爆炸事故才能大幅度地减少,煤矿的安全状况才能得到根本好转。
作者单位:新疆百花村股份有限公司
作者简介:温成新,1992年毕业于新疆煤炭专科学校,任新疆大黄山豫新煤业有限责任公司副总工程师兼项目部主任。
1、有机废气的来源及危害
随着石油化工行业的兴起和发展,人类所生存的环境就逐渐发生恶化,大气污染越发严重。这就足以说明,石油化工行业在生产过程中排放的废气是大气环境污染的真凶。这种废气排放量巨大,其中包含的有机物含量波动性大,是有毒气体,还可以燃烧,有些废气甚至有恶臭,废气的成分氯氟烃也是破坏臭氧层的罪魁。除此以外,石化行业中的储存设备,印刷厂以及其它石化相关行业都是产生有机废气的源头。面对大气质量的下降,环境的恶化,必须减少大气中的有机气体排放,这里面最有效的手段就是从源头入手,这也是最为经济的手段。
废气污染会导致环境恶化加重,而最终受害的是我们人类。有机废气对人体的危害是多方面的,来自不同行业的有机废气所具备的毒性也是有所区别的,最常见的几种主要有机废气对人体的危害表现如下:苯类的有机气体会造成人体中枢神经系统的损害,高浓度的苯蒸气(含量达空气的2%)可导致急性中毒身亡。多环芳烃具有强烈的致癌特性,属于严重污染物。苯酸类有机气体会是蛋白质变性凝固,造成全身中毒。腈类有机气体可导致呼吸问题,甚至窒息死亡。硝基苯破坏神经系统,影响脏器功能。有机磷化物会导致血液中胆碱脂酶的活性降低,发生功能性神经系统障碍。在各种硫化有机物中,高浓度的硫醇是可能致命。高浓度的含氧有机物环氧乙烷可致人死亡。
2、有机废气治理技术现状
目前而言,治理有机废气比较普遍的方法有吸附法、吸收法、氧化法等。这些方法虽然目前使用广泛,不可回避一个问题是效率不高,经济性低,因此在有限的环境治理投入下,带来的环境改善效果也很有限。
2.1活性炭吸附法。吸附是指液体或气体附着集中于固体表面的作用,一般的活性碳都能发生这种作用。根据选取的吸附材料以及吸附机理的不同,吸附法又可分成化学吸附和物理吸附。化学吸附利用的是疏水键去除有机污染物的,例如用酚醛树脂吸附剂去除邻苯二甲酸二甲酯类物质。但是化学吸附剂,更多的是运用在去除水相污染物当中,用来去除有机废气的情况比较少见,究其原因是吸附剂与气体接触时间不够长,无法进行有效的反应,导致吸附效果达不到预期。这就使得人们在实际生产中选择物理吸附材料处理有机废气,比如活性炭、沸石等。选择这种孔状结构,比表面积大,物理吸附能力强的吸附剂符合去除有机气体的要求。实验数据表明,纤维吸附材料与蜂窝状、颗粒状吸附材料相比,具备更快的传质速率,因此,常常选择纤维吸附材料,以提高去污效率。
2.2吸收法。吸收法一般情况是指的是液体吸收法,其基本的原理是废气和吸收剂接触很充分,吸收剂对于有害物质进行吸收,再经过接吸收过程,从吸收剂中除去废气并提取吸收剂,这样就使得吸收剂能够被循环利用。目前废气处理设备中喷淋装置是使用吸收的原理进行制作的。物理吸收剂是利用的物质具备相似相容的物质特性,比如常见的吸收剂水,可以用于去除那些易溶于水的气体,像丙酮、甲醇、醚,但是对于水溶性差的物质水无法起到作用。这就需要使用化学吸附的方法,其主要的原理是吸附剂上面的基团与有机废气发生,就当前国内外对吸收法的应用,可以获得以下经验总结。一是国内外研究者研究了不同溶剂吸收法对各种有机废气污染成分的处理效果,吸收剂主要包括有机溶剂、表面活性剂和水,还包括新型环保型吸收剂环糊精;因此废气种类不同,采用的吸附剂的种类也就不同。
2.3催化氧化燃烧法。对于处理那些有毒、有害、没有回收价值的气体,如VOCs,氧化法是最佳的处理手段。该方法的基本原理是VOCs同氧气发生氧化反应生成水和二氧化碳,氧化反应就好比燃烧过程一样,最后得到的成分是对空气无害的水和二氧化碳。通常采用以下两种方法促使氧化反应的顺利进行:一种是加热升温,即热氧化法,使得废气达到氧化反应必需的最低温度;另一种是催化氧化,催化氧化是指不改变反应的温度和压强,向反应环境中添加金属催化剂,例如Pt、Pd、Ni等,废气中的有机污染物同氧化剂发生的氧化反应,催化剂的存在可以大大降低催化燃烧所需要的温度。如何获得高效的催化剂是催化氧化法的关键。近些年来,人们一直致力与整体催化剂的研究,同颗粒状催化剂比较,其在传质、传热、压降性能等诸多方面表现出优点。
3、有机废气治理技术展望
相比传统的有机废气处理技术,因其存在诸多不足,随着近些年生物技术的发展,人们试图在新领域利用先进的生物技术治理有机废气,包括生物膜法和等离子分解法等。
3.1生物膜法。人们利用自然界中的有机生物,特别是微生物降解过程来处理废物是一种优异的处理手段,我们知道采用生物膜法对有机污水进行处理已有超过一百年的历史,但是将其应用于工业废气处理,特别是净化有机废气却刚刚起步。国内外对生物膜法处理有机废气的研究都处理理论实验阶段,尚未获得可以用于生产实践的技术,不过其广阔的前景已经被业界所看好,生物膜法是也是机废气治理研究的前沿性课题。生物膜法治理有机废气是指将微生物培养在多孔性介质的表面,并让污染气体在填料床层中进行生物处理,可出去其中的大部分有机污染物,并使之在空隙中发生降解反应;孔隙中的微生物消耗掉空隙中的有机污染物,并降解成水、二氧化碳和中性的盐类。
3.2等离子体分解法。利用等离子体分解法对氯氟烃进行分解的技术已经被用于工业生产了,该分解过程可以在短较短的时间内完成,而且对装置的规模没有要求,在小型装置内也可以处理大量的氯氟烃等气体。等离子体分解法运行设备包含两个子系统,一个子系统是利用高频等离子体急速加热等离子体,使其温度在短时间内升高到约10000摄氏度,这就是超高温加水分解系统,这是利用等离子体的化学作用与水蒸气接触进行分解的原理。另一个子系统是为了防止二恶英类的再度合成的排气急冷系统,其可以把高温分解的排气急速冷却到80°C以下。组成一个完整的这种系统需要氯氟烃和水蒸气的供给装置和等离子体发生装置,还需要反应炉、冷却罐和排水处理装置等。
4、结语
有机废气的处理一直以来都是影响大气环境的关键因素,工业高速发展以来,人们排放到大气中的有机气体不论是量还是类,都发生了质的变化,环境治理刻不容缓。减少环境污染最有效的途径就是从源头入手,降低有机气体的排放,这就需要高效、节能、经济的有机废气处理手段,因此在传统的处理技术上,研发新的处理技术就显得格外重要了。相信随着科学技术的不断发展,创新性的有机废气处理技术也会被应用到工业生产中去,降低甚至消除大气中有机气体的排放指日可待。
参考文献
[1]郝吉明,马广大.大气污染控制工程[M].北京:高等教育出版社,1996
Abstract: this paper mainly describes the commonly used method in prevention and control technology in the process of the highway slope application, and puts forward the comprehensive management measures.
Keywords: highway slope; Prevention and control methods; Management measures; explore
中图分类号:UU213.1+1416.1+4文献标识码:A 文章编号:
一、引言
在公路的修建过程中,边坡沿公路分布的范围广,对自然环境的破坏范围大,其防护问题非常突出。为了满足安全可靠和经济合理双重目标,在使用过程或施工过程中,路基出现失稳或显示失稳征兆时,应该详细调查地形、地质、水文条件,了解设计和施工等方面的问题,对坡体变化和滑动面情况进行及时的观察,并进行必要的试验,以便分析路基失稳的原因,从而制定出合理有效的防治措施。
二、公路边坡防治
1.排水工程
在边坡的治理中需要特别重视对水的处理,其主要目的为:降低渗透水压力;减轻水对岩土体的软化和对岩土体架构的分解作用;消减水的冲刷和浪蚀作用。排水工程一般包括地表排水和地下排水。它是指设置良好的地表排水和地下排水系统,做好拦截、疏干和排除滑动区域内外的地表水和地下水的工作,并采取防护措施以防止地表水渗入坡体或冲刷坡脚。排除地表水目的在于拦截、引离边坡范围外的地表水,使其不致进入边坡区或不致渗入边坡体内。地表排水以拦截和旁引为原则,常采用的排水工程措施有:边沟、截水沟、排水沟、垂直排水井和急流槽等形式。排除地下水的目的在于降低孔隙水压力,增加有效正应力从而提高抗滑力。常采用排水工程措施有:暗沟、渗井、排水孔、灌浆阻水及渗沟等。排水工程简单易行且加固效果好、工程造价低,应用广泛,但往往需要与其它的治理工程结合在一起,配套使用。
2.边坡形态
边坡失稳破坏通常是由于边坡过高、坡度太陡所致。通过改变坡体形态,削掉边坡一部分不稳定岩体,或增加阻止滑坡产生区的物质,使边坡坡度放缓,提高其稳定性。常用的工程措施是减重反压。这种措施主要是将边坡顶部的土石挖除从而减小下滑力和在原堤脚处加设反压护道以增大抗滑力,以提高边坡稳定性。该方法是一种经济有效的防治边坡失稳的措施,技术上简单易行,效果明显,并积累了丰富的经验,但该方法整治效果的好坏主要取决于削减和堆填的位置是否得当,且该法对边坡改造较大,扰动严重,不利于环保。
3.支挡与锚固
该防护措施主要包括挡土墙、抗滑桩、锚杆、预应力锚索、SNS 柔性防护系统。
常见的挡土墙形式有:重力式、悬臂式、扶壁式等。在公路工程中,挡土墙可用以支撑路堤或路堑边坡,防止水流冲刷路基,同时也常被用于处理路基边坡滑坡崩坍等路基病害。挡土墙设计简单,适用范围很广泛,但容易出现“越顶”现象,且设置位置具有局限性。抗滑桩是一种大界面侧向受荷桩,是承受侧向荷载、整治滑坡的支撑建筑物。该方法是将一定规格的桩体埋入稳定的地层中,依靠桩及其周围岩土体的相互嵌制作用,以承受由上部桩身传来的推力。抗滑桩按其埋入情况可以分为以下几种形式:全埋式桩、悬臂桩、埋入式桩、椅式桩、排架桩、刚架桩等。
锚杆、预应力锚索是常用的锚固工程,它是一种把受力拉杆埋入地层的技术。它可以充分提高岩土自身强度和自稳能力,增强滑动面上的抗滑力,从而获得良好的稳固效果。其工作方法是:在拟固定的岩体中钻孔直到下部稳定基岩一定深度,在孔内插入锚杆,将其末端固定住,空口用锚头栓死,并在锚体上涂一些防腐化的化学物质,钻孔内的多余空间可以浇注水泥砂浆,以进一步固定锚杆。该防治方法布置灵活、能够大大减轻结构自重,节约工程材料,但锚固段应置于稳定地层且该地层须适合灌浆。SNS 柔性防护是一种以钢丝绳网为主要构件并以覆盖和拦截来防治崩塌落石、风化剥落等边坡坡面地质灾害的柔性防护系统技术。该防护系统包括主动系统和被动系统两大类型。主动系统是通过固定在锚杆和支撑绳上并施以一定预张拉的钢丝网覆盖在有潜在地质灾害的坡面上,阻止崩塌落石的发生和活动范围;被动系统是一种能拦截和堆存落石的柔性拦石网,由钢绳网、固定系统、减压环和钢柱四部分组成,通过拦截的手段控制灾害体的运动范围。
4.生态护坡
生态护坡技术是在边坡上种植植物,利用植物根系固着边坡表层土壤以减轻水流冲刷,从而达到保护边坡的目的。该技术是将岩土工程、生态学、土植物学等多学科结合成一体的综合工程技术。生态护坡在首次成功应用之后便得到迅速发展,是今后公路建设发展的一种趋势,它使公路具有安全、舒适、美观、与环境相协调等特点。目前,生态护坡技术主要有铺草皮护坡、植生带护坡、三维植被网护坡、喷混植生护坡,以及与其它工程手段相结合的骨架植被护坡等方式。但同时也应注意到,由于该防护方法本身的强度较低,其改变或保护的只是坡面及其浅层,所以只有在边坡本身稳定的前提下,植被护坡技术才可用于边坡浅层的防护。
三、公路边坡综合治理
通过介绍以上几种防治方法中不难发现,虽然这些技术能达到治理边坡失稳的效果,但是每种方法都有其自身的特点和适用条件,而边坡的失稳往往是受多个因素控制的,单单采用一种技术手段是难以有效地根治边坡的失稳问题。因此在治理边坡时,应详细查明边坡的各种工程条件,应用若干种工程手段,将其有机地结合,采用综合治理方法对边坡进行治理。
四、结论和建议
公路边坡治理是一个系统工程,实施何种治理方案应该综合考虑。在治理前应全面理解、详细进行现场调查、分析工程地质勘察资料和周边环境实施资料;在治理过程中应严格控制施工质量,合理地借鉴工程经验,对不同的边坡治理应具体问题具体分析;同时,在进行治理防治时都应注意环境的保护,尽量减小施工对环境的不良影响。
参考文献
中图分类号:X734 文献标识码:A 文章编号:
一.前言
随着公路等级的不断提高,公路边坡防护日益受到重视。为了在公路交通建设中应用可持续发展战略,在保障公路畅通的同时,应灵活采用不同的边坡防护形式,延长公路的使用寿命,恢复因修建公路破坏的生态平衡,对公路边坡的作用应正确认识、正确治理,把边坡失稳造成的危害降低到最低限度。
二.公路边坡治理原则分析
1.在公路边坡治理过程中 ,要坚持从工程地段的地质地貌条件出发,加强对滑坡做出科学合理的定性评价,在此过程中,再辅之以定量评价。
2.要坚持技术原则和经济原则的统一性。在进行边坡治理过程中,要从本地的地形地貌地质条件作以科学的分析,并对各种地质地貌做出合理的利用,因地制宜,采取有效的控制措施,如此,可以让工程治理更为稳定,且一定程度上减低了工程的成本。
3.在进行边坡治理过程中,要确保工程的安全性,实施安全作业管理。要在综合考虑地震条件,地下水位等多方面的条件下,做出科学合理的设计,并严格计算整个工程的安全系数。
4.不同地质条件下的设计原则分析
在进行边坡防治过程中,如果遇到一些性质十分复杂的很大规模的滑坡,一般情况下,要尽力的避开,或者是绕道。如果无法避开时候,要在综合考虑滑坡规模,治理费用等多方面的因素的基础上,做出科学合理的设计,优化设计方案。
如果是一些滑坡速度相对而言比较缓慢的滑坡,要坚持从全局出发,做出全面的防治规划,要对每期工程的治理效果都做出观测,针对其中存在的不足和缺陷采取有效的治理改进措施。针对一些滑动速度迅猛的滑坡,要启动紧急治理方案,进行迅速有效的治理。如果是一些中小型的滑坡,在治理过程中,无需避开或者是绕道,一般而言,要结合滑坡的具体情况和工程施工的方案设计,对路线位置稍微的做出合理的调整,如此,可以达到施工治理简单,经济方便的目的。
整治滑坡之前,一般应先做好临时排水系统,以减缓滑坡的发展,然后针对引起滑坡滑动的主要因素,采取相应的治理措施,但通常单一的防治措施很难达到预期效果。公路深路堑边坡的理治一般通过加强锚固、设置支挡、加强坡面排水等方面进行治理设计,可以得到显著的效果。
一般来说重点做坡脚加固,强化腰部即边坡中部的岩体变化处,明显地质构造面等加固措施; 同时,防止坡面地表水冲刷路基边坡,渗入边坡土体,使边坡体 C、Φ 值降低,加大土体自重,增加下滑力; 再者,若地坡体有地下水、裂隙水渗出也将对边坡稳定产生一定影响。
三.公路边坡治理技术分析
1.植物防护措施
植物防护以成活的植物作为路基防护的材料,通过植物的叶、茎和根系与被保护土体的共同作用,在拟保护的路基部位,形成有生命的保护层;是一种积极、有生命的防护措施。采用铺草皮、种草形式,利用植被对边坡的覆盖作用、植物根系对边坡的加固作用,保护路基边坡免受降水和地表径流的冲刷。植物防护应根据当地土质、含水量等因素,选用易于成活、便于养护、经济的植物类种。植物覆盖对地表径流和水土冲刷有极大减缓作用。植被根系能与土层密切结合,盘根错节,使地表层土壤形成不同深度牢固的稳定层,从而有效地稳定土层,阻挡冲刷和坍塌。
2.挡土墙与抗滑桩
挡土墙是一种能够抵抗侧向土压力,防止墙后土体坍塌和增加其稳定性的建筑物。在公路工程中,可用以支撑路堤或路堑边坡、隧道洞口、防止水流冲刷路基,同时也常被用于处理路基边坡滑坡崩坍等路基病害。
抗滑桩是整个边坡治理过程中最为常见,也是最为有效,最为经济的边坡治理工程构筑方法之一。在笔者多年的公路施工和养护经验过程中发现,抗滑桩多是依靠锚固在边坡滑床上的桩型构筑物,在特定的情况下,当受到外力的时候,桩前土会对滑坡下滑力产生抗力,如此,可以很大程度的阻止整个滑坡的下滑。由于其操作简单,施工方便,经济合理,因而在边坡治理过程中得到了广泛的应用。
3.地表排水
(一)边沟: 设置在挖方路基的路肩外测,用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。
(二)排水沟: 用以引出路基附近低洼处积水的人工沟渠。
(三)跌水与急流槽: 设置于需要排水、高差较大而距离较短或坡度陡峻的地段。跌水的作用主要是降低流速和消减水的能量。急流槽多用于涵洞的进出水口,或在特殊情况下,截水沟流向边沟的地段。
(四)截水沟设计
①截水沟设置的目的
当路基挖方上侧山坡汇水面积较大时,应设置截水沟; 截水沟应能保证迅速排除地面水,沟底纵坡一般不应小于 0.5%,以免水流停滞。对土质地段的截水沟,必要时应采取加固措施,以免水流冲刷或渗漏; 截水沟应结合地形合理布置,直接舒顺。
②截水沟断面形式
截水沟断面一般为梯形,底宽不小于 0. 5m; 深度按设计流量确定,一般不应小于 0.5m; 边坡坡度视土质而定。
(五)排水沟加固
具体措施有: 土沟表面夯实、干砌片石加固、浆砌片石加固。
4. 地下排水
(一)渗沟: 渗沟对排水路基边坡下渗水、裂隙水具有显著效果,也可降低路基两侧的地下水位。
(二)支撑式渗沟: 支撑式渗沟主要设计在路基边坡体裂隙水发育明显,且出现多个渗出点,往往以带状、面状发育的坡面,由于其水丰富、分布分散,通过设置“Y”型支撑式渗沟,可有效收集边坡一定范围的渗水,并及时排出,对保证边坡稳定、保持边坡体强度具有一定作用,从而保证边坡稳定。
(三)倾斜式排水管: 在多雨地区,往往边坡水在一定的深度内大范围分布,若不及时排水,长期储存在路基边坡体内,影响边坡体的岩、土强度,不利于边坡稳定,该情况下,可通过设置深层的带孔排水管,必要式可采用上下交错布设,可有克服支撑渗沟深度不足的缺点,将深层水排水。
(四)大孔径排水管( 沟) : 该种情况多用于泉眼式渗水,在多雨地区,部分泉眼雨季水量较大,采用倾斜式排水孔很难及时排除水流,往往造成边坡明显的冲刷。这种情况下采用加大孔径的混凝土排水管( 沟) 具有较为明显效果。
四.结束语
伴随着我国交通的迅速发展,覆盖全国的交通运输网络正逐渐形成,公路工程施工规模逐渐扩大,所面临的工程施工地质地貌等自然条件也更为复杂,在公路工程施工过程中,各种类型的公路边坡都逐渐出现,加强对边坡稳定性的定量定性分析,加强边坡的预防治理工作,已经是整个公路建设施工、养护中的重要环节,在整个交通网络建设中得到了更多的关注。因而,在进行公路工程施工管理过程中,要不断完善边坡稳定性分析方式,探究边坡防治的有效措施,通过分析各种类型的边坡产生的原因,采取有效的处理措施,不断采用先进技术和机械设备,预防不稳定边坡的出现,提高边坡的治理水平,保证整个公路建设的质量,促进我国公路建设的健康快速发展。
参考文献:
[1]王庆昌 刘莲馥 李相文 魏观亭 不同边坡加固与生态综合防护技术探讨 [期刊论文] 《中国科技博览》 -2009年34期-2003年12期
Abstract:The formation of coal mining goaf in pose a threat to the safety of people's lives and property at the same time, also restricts the development of the regional economy to a certain extent. This paper briefly expounds the governance process of goaf, provide reference for the future treatment engineering of the goaf.
Key Words:Coal mining area; Survey; Design; Construction; Testing
一、引言
对我国的一些煤炭资源大省,大量的煤炭开采后造成地表大面积发生不同程度的沉降,更有一些非法小煤窑长期乱采滥挖,不按规定留设村庄保护煤柱,致使房屋主体开裂影响使用,道路路面下陷影响交通安全,给人民生命财产和社会的和谐安定带来相当严重的后果。特别是山区,山多地少,土地资源非常有限,采空区内的土地长期达不到有效利用,使得建设用地更加紧张,已不同程度地制约着地区经济的发展,采空区的治理迫在眉睫 。
二、采空区简介
2.1 采空区定义
地下固体矿床开采后的空间及其围岩失稳而产生位移、开裂、破碎垮落,直到上覆岩层整体下沉、弯曲所引起的地表变形和破坏的地区或范围,统称采空区。
2.2 采空区分类
1.按采煤方法和顶板管理(处理)方法分:
①长壁陷落法采空区,长壁大冒顶采煤法形成的采空区。
②短壁陷落法采空区,短壁自由冒顶采煤法形成的采空区。
③巷柱或房柱式采空区,巷柱或房柱式采煤法形成的采空区。
④条带法或充填法采空区,条带法或充填法采煤形成的采空区。
2.按采煤深厚比分:
①浅层采空区:开采深厚比h/m
②中深层采空区:开采深厚比40
③深层采空区:开采深厚比h/m>200的采空区
3.按采空区形成和停采的时间分
①新(准)采空区:现采区的采空区(采煤后未放顶或刚放顶),或者说正在开采或停采时间少于1年的采空区。
②老采空区:已停采闭矿的矿区或已停采的采空区,或者说已停止开采且停采时间超过1年的采空区。
三、采空区勘察
3.1物探
目前,用于采空区探测的工程物探方法主要有电法勘探、电磁勘探、地震勘探、重力勘探和氡射气勘探。
1.电法勘探:地下采空区与其周围围岩存在着明显的电性差异。若为充气采空区,则其视电阻率与围岩相比呈高阻异常,若为充水采空区,其视电阻率与围岩相比呈低阻异常。电法勘探就是通过视电阻率的异常去寻找地下采空区 。
2.地震勘探:它是研究岩土弹性力学性质的一种勘探方法,浅层地震勘察技术在探测地下采空区方面已成功地应用于工程实践中,常采用的方法有折射波法、地震层析法和面波法。
3.重力勘探:一种研究地质体引力场特征的勘探方法。由于采空区的存在,则必然与围岩存在密度差及剩余质量,从而在地面上产生重力异常。
3.2钻探
钻探是获取地表下准确的地质资料的重要方法,也是辨别采空区的最直接的方法。
四、采空区治理设计
4.1 注浆法
1.原理
指用人工的方法向地基土颗粒、土层界面或岩层的空隙(溶洞、裂隙、空隙)或采空区的垮落带和裂隙带里注入具有充填、胶结性能的浆液材料,以便硬化后增加其强度或降低渗透性的注浆施工过程。
2.适用条件
矿层开采后覆岩发生了较严重的垮塌、滑落或经稳定性评价处于欠稳定或不稳定的采空塌陷区。
3.注浆法施工工艺
首先进行钻孔的测量放样,钻机就位后,开始钻孔作业;同时,浆液的制备应同步进行,且在注浆前应对浆液进行检测,确保达到设计要求。然后进行注浆作业,达到要求的停止注浆条件后方可停止注浆,最后应对注浆完成的钻孔进行封闭。
4.2 干(浆)砌法
1.原理
采用人工对现有的采空区进行干(浆)砌来支撑顶板,以防止采空区顶板产生塌落引起地表沉降变形。
2.适用条件
采空区未完全塌落、空间较大、埋深浅、通风良好,并具备人工作业和材料运输条件,能够保障施工人员井下安全的采空区治理。
五、采空区治理质量检测
采空区治理工程具有隐蔽性和复杂性,必须对治理工程质量的最终效果进行检测。检测的目的是:检验采空区经治理后地基稳定性是否满足设计的要求。单一的检测方法很难验证注浆效果的优劣,只有在经济合理的前提下,采用多方法综合检测技术才能取得满意的结果。
5.1孔内注浆后压(注)水试验
当注浆施工结束,在检查孔中,应进行简易的压(注) 水试验,其目的主要是计算岩层的单位吸水量或渗透系数值,了解岩层的渗透性,通过与注浆前压(注)水试验结果相比较,评价注浆质量。此方法比较简单,但准确性不高。
5.2 钻探方法
钻探取芯是采空区治理工程质量检测工作中的主要技术和方法,并能为孔内物探检测和压水试验提供工作平台。
5.3 物探方法
采用地面地震波,钻孔内弹性波测井和电测探法,通过对注浆前后的检测孔内的各种信息进行分析、计算,结合钻探成果资料,根据注浆前后物理场的变化,确定注浆后浆液的充填率,结实率,量化浆液效果及质量。
5.4 地表变形观测
采空区治理后的地基稳定性能否满足要求,主要通过地表变形观测来评价。
地表变形观测直观、精度高,但工作持续时间长,且测点的位置选择及保护较难。
六、结语
各种采空区的处治方法都已在工程实践中被证明是可行的,只要根据当地的地质情况因地制宜地选择适宜的处治方法,就能达到经济合理、安全可靠地治理采空区的目的。
参考文献:
中图分类号:TB535 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2013)09-0117-02
噪声作为环境四大公害之一,越来越引起人们的重视。球磨机是矿山、化工、建材等领域广泛使用的设备,它由电机、减速机和回转筒体组成。球磨机在工作时筒内物料下落冲击衬板导致筒体振动,引起噪声且球磨机噪声可达到115dB以上,严重超过国家允许的90dB要求。同时,振动还会影响球磨机寿命和工作状态,所以对球磨机噪声治理至关重要。
1 国内外球磨机噪声治理技术
1.1 加隔声罩
该技术是将球磨机辊筒罩起来,罩的壳体采用金属材料。为了达到降噪效果里面衬有吸声材料,降噪效果可以达到15~20dB。但是该方法使用时占地面积大,而且在设备维护检修时会相对比较麻烦,需要拆装隔声罩,增加了设备维护检修的工作量。
1.2 简单包扎
该方法就是利用毛毡等吸声材料(软质)做成弧形隔板,用螺栓紧固,但是螺栓并不包扎,有助于检修方便。由于毛毡等材料对于低中频噪声吸收能力不强,所以该方法降噪量只能达到10dB左右,隔噪效果不是很理想而且费用高于隔声罩法。不过这种方法能够方便设备维护检修,也不影响对于钢球装卸等的工作。
1.3 衬板底部设置弹性层
该方法就是为了消除衬板和辊筒间的刚性连接,安装成功以后降噪效果可达到15dB以上。但是该方法不容易操作,因为弹性层本身是一个振动系统,砸在衬板的钢球冲击力会随着衬板固有频率变化,导致振幅更大,只有振动噪声频率大于衬板固有频率才会有较好的效果。所以如果安装不好会适得其反,而且造价非常高。
1.4 锰钢衬板换成橡胶衬板
橡胶衬板安装方便又有较好的减振作用,在钢球撞击衬板时可增加冲击的持续时间,降噪效果可以达到20dB。但是橡胶衬板价格较高,而且寿命较短。
2 球磨机降噪探究
2.1 降噪方法选择
球磨机噪声主要是钢球冲击造成的,属于冲击噪声。辊筒外部声场的场能是大量钢球撞击衬板引起壳体振动向外辐射声能和壳体内部激励壳体引起壳体振动向外透射的声能之和。而辊筒内部声能是大量钢球撞击衬板导致壳体振动向内辐射声能和大量钢球相互撞击声能以及为了排矿产生空气动力噪声等声能的总和。球磨机声压最大值在钢球激励点处发生,球磨机筒体声场是宽频,而且频率不同,声场分布不一样。在频率增加时噪声声源压级分布没有规律可循。只是在近场声压值较高,不同方向声压变化大,随着声源距离增加,趋势减弱,随着频率增加,声压表现无规律。球磨机筒体噪声是钢球、衬板和物料相互撞击在筒内连续反射形成。所以在目前利用传统隔声罩等降噪技术效果不是很好,必须通过吸声和隔声等手段综合对球磨机进行噪声治理。一种新的筒体隔声套降噪效果很好,保证里面的吸声材料对球磨机噪声频率特性有较好的吸声效果,而且隔声套法安装简单,维护方便,运行比较平稳。
2.2 减振垫层材料以及设计安装
2.2.1 减振材料性能和研制。筒内减振缓冲垫层材料要求能够耐受高温,而且在承受了一定压力和较大的冲击力以后能够继续保持较好的弹性,依然能够保证足够的使用寿命。不会因为环境和工作强度过早的老化,失去弹性。为了满足较恶劣环境下减振垫层的工作状态,可以选用GT-I型材料。该材料是由甲基乙烯基硅橡胶作为复合材料,加入一定比例耐热剂、硫化剂、填充剂以及其他成分,然后经过混炼、硫化,在高温高压下压膜成型。
2.2.2 减振垫层设计安装。一般球磨机衬板都是彼此嵌合连接,在辊筒圆周形成衬板环,每圈环对称分布楔铁,通过对楔铁的紧固而固定衬板。如图1所示,为了与减振垫层8缓冲适配,在螺母2与筒壁6加弹性垫圈1,从而降低联接螺栓刚度;同时为防止减振垫层8被压坏,在楔块9处垫限位块11;所用到的垫圈和限位块由一定弹性的材料制成。考虑到提高降噪减振的效果,在螺栓和筒壁之间安装隔振套4,在弹性垫圈和螺母之间设置保护层。减振垫层8在衬板7外层凸出条上,采用粘贴固定,垫层的厚度要与衬板凸出条尺寸相适应。
图1
在球磨机衬板内腔可以填充沙粒,在填充时可以和衬板下铺设垫层时一并完成。沙粒选择时要选择直径在1~2mm之间的沙粒,填充时应该填充到85%左右。对球磨机衬板内部填充沙粒可以有效地提高降噪效果,而且可以帮助垫层和筒壁以及衬板连接,更好地防止垫层的移位。
2.3 隔声套
为了能够将多层隔热的吸声和隔声材料以及结构组成一套整体结构,使得它们能够紧固在球磨机筒体上,采用球磨机隔声套来实现这一要求,保证球磨机工作时可以将产生的噪声在隔声材料和吸声材料作用下有效地降低。
图2
如图2所示,隔声套主体结构按照块状形式直接安装完成。连接方式采用焊接工艺,然后密封,让隔声套成为整体。考虑到球磨机筒体的尺寸比较大,为了能够缩减安装各个模块的重量,将沿筒体轴向对隔声套分为六个段。然后每个环沿着筒体又分成了四块,所以整个隔声套就被分成了24个单元。即在筒体顶罐处各分一段,顶罐到各筒体段各又被分为一段,顶罐处之间分为两段,一共是六段。在安装过程中,把各隔声单元弹性安装在支撑环上。为了保证顶罐处有较好的受力环境,在顶罐筒体焊接两个或者以上的支撑环,并在环侧面采用较厚的钢板,同时为能够使筒体顶罐满足足够的承重能力,在环顶要用钢板封住。同时,在支撑连接顶罐间的隔声装置时可以在筒体中间安装支撑环。因为在球磨机筒体轴向有在外层的用来固定衬板的多排螺栓,这些螺栓是筒体噪声向外传送的最强地方;而且在球磨机大修时,要松开这些螺栓,所以对螺栓要做一些特殊的处理:可以在每一个衬板螺栓套相适应的圆筒;为了增加隔声效果,可以在圆筒内填充吸声材料,使得螺栓可以和隔声单元分开,并凸出外层的钢板。这样不会妨碍对螺栓的拆卸,还可以有效提高隔声减振效果。
隔声套由八层材料组合而成,厚度可以达到120mm,各层架构作用都不同,从内到外分别是:
(1)在原筒体的外壳缠两层玻璃丝布,可以达到包扎和一定的隔热效果。
(2)有一层开有斜槽的橡胶板,橡胶板可以耐热吸收振动,起到隔振阻尼效果。
(3)内层有钢板,钢板穿孔,穿孔率为23%,可以起到透声效果。
(4)再加一层玻璃丝布,可以在防纤维材料散落的同时达到一定的防水效果。
(5)吸声材料可以非常明显地起到吸声效果,是隔声套效果的决定性部件。
(6)再用玻璃丝布对吸声材料包扎。
(7)一层钢板外壳:对隔声效果明显。
(8)外壳涂抹油漆,在美观和防锈上作用明显,有一定吸振能力。
3 结语
球磨机噪声和振动的处理措施是营造舒适工作环境、降低噪声污染、创造良好企业形象和经济效益的主要措施之一。采用筒内安装减振垫层的措施可以有效降低噪声达到14dB的效果,而且没有显著的副作用。不过在选择吸声材料时要求根据球磨机的声场宽频特性选择,才能达到较好的效果。同时,根据实际情况对吸声材料的厚度合理设计,可以有效地增大吸声的系数,保证吸声效果(例如离心玻璃棉对中高频的噪声吸声效果好,而在低频噪声较多的情况下可以增加离心玻璃棉厚度增加对低频的吸收效果)。所以对球磨机降噪处理时,对吸声材料选择要合理科学,本文针对Ф5.5×8.5溢流型球磨机降噪处理时,选择的GT-I型材料,对于降噪效果比较明显。在设计降噪装置时,不能单纯考虑降噪效果,还要考虑维护和检修的便利性以及成本等多方面的因素。
参考文献
[1]付艳丽.球磨机噪声分析及综合治理[J].能源环境保
护,2004.
[2]李彦林,等.钢球磨煤机的噪声治理[J].噪声与振动控
中图分类号:TU757.2文献标识码: A 文章编号:
1、工程概述
某边坡顶面标高约为187m,坡底面标高约为154m,坡高为33m。项目整体上为构造剥蚀丘陵地貌,地层岩性自上而下为第四系的粉质粘土含碎石。当施工至一级坡时,出现了一、二级边坡滑塌和三、四级边坡沿平行坡面方向的裂缝,同时开口线上方山体(距开口线)3m及5m左右分别出现两条裂缝,方向平行于边坡开口线,其中距离开口线3m左右的裂缝有5cm宽。
2、水文、气候情况
项目区域属中纬度大陆性季风气候,降水量自东向西逐渐减少。场区内无大型河流通过。根据场区的地形地貌、含水介质、地下水成因及赋存条件,结合区域附近水文地质调查资料及现况已开挖边坡情况判断:场区内无第四系孔隙潜水及基岩裂隙水。
3、稳定坡面处理措施和治理措施
3.1回填土反压和裂缝封堵
3.1.1回填土反压坡面
为了迅速控制边坡的继续位移和滑塌,首先在滑体被动区回填土进行反压。回填土从一级坡坡底开始往上,直至二级坡顶。回填土坡面按照开挖前的坡面线分层回填,运载车辆自然碾压。
3.1.2裂缝封堵
坡顶的裂缝,采用黏土填缝,并用木夯人工夯实,填土距离坡顶面30cm处铺设一层防水土工布,在土工布上继续填充粘土至两侧山体坡面接顺;坡面裂缝采用喷射10cm 厚C20混凝土进行封闭,喷射混凝土内掺入速凝剂,保证混凝土迅速凝固。
3.1.3设置挡水埝
为防止裂缝以上山体汇水进入裂缝,降低土体的抗剪强度,在裂缝外侧设置一道L型挡水埝,顺裂缝汇往裂缝西侧的现况山沟,挡水埝采用浆砌片石结构,外露高0.3米。
上述工作完成后,巡视监测未发现裂缝显著扩张,地面未出现沉降;位移监测,坡体水平位移及沉降值<5‰H(H为监测点处坡高)。证明坡体基本稳定,即可进行下步工序的施工。
3.2预应力锚索的施工
预应力锚索加固是通过锚固在坡体深部稳定岩体上的锚索将力传给钢筋混凝土格构梁框架,由框架对不稳定坡体施加一个预应力,将不稳定岩体挤压,使岩体之间的正压力和摩阻力大大提高,增大抗滑力,从而起到了加固边坡,稳定坡体的作用。
3.2.1本工程施工顺序:四级坡-三级坡-二级坡-一级坡+抗滑桩。对第四级边坡削坡前,首先填筑施工平台:外借土方,用四台挖掘机甩方堆土。堆土坡面为1:1.2,工作平台宽6米,长度以满足第四级坡面切坡需要为宜。
测量放线:准确放出坡顶开口线,根据设计图纸,边坡整体上呈现平缓弧形,开口线要实现平缓过渡,根据剖面图反推,保证每级坡比及相对位置。使用挖掘机按照设计坡比1:0.75进行削坡,然后人工自上而下进行坡面清理,防止个别松动岩石滑落出现安全事故。
钻孔:
①操作平台的搭设。采用Φ48×3.5mm钢管进行搭设,间距1.2×0.9×0.9m,上铺厚度为5cm的松木板,钻机所在位置适当减小钢管搭设步距。脚手架基础平整夯实,无软土和杂物,离地20cm处设置横向扫地杆。平台临空面设置不低于120cm的安全栏杆,外挂安全网。
②钻孔。各孔位准确放样,误差不超过±2cm,就位钻机。钻机采用非自行式中型潜孔钻,钻机底座前端和后端分别用钢管穿过,并用扣件固定在脚手架上,以保证钻进过程中钻机不发生移位。调整钻机后腿高度,保证钻进角度满足设计要求。
钻机技术参数
工作时,推进调压机构使钻具连续推进,并使钻头始终与孔底岩石接触。回转机构使钻具连续回转。同时,装在钻杆前端的冲击器在压气的作用下,不断冲击钻头,钻头获得冲击后获得能量,潜入孔底,产生使岩石受挤压的冲击力。钻具回转避免了钻头重复打击在相同的凿痕上,并产生了对孔底岩石起刮削作用的剪切力,在冲击力和回转机构的剪切力作用下,岩石不断被压碎和剪碎。压气由气接头进入,经由中空钻杆直达孔底,把剪碎后的岩渣,从钻杆与孔壁之间的环形空间吹出孔外,从而形成炮孔。实际钻孔深度比设计孔深大30cm。
潜孔作业主要由推进调压机构、回转供气机构、冲击机构、提升机够、操纵机构和排粉机构等来完成。
③清孔。达到设计孔深后,钻机空转,并通过钻杆往孔底压气,气流从孔口喷出,再一次将残留在孔内的渣岩吹出孔外。
④锚索制作和安装。注浆型预应力锚索由杆体、锚固段、自由段、外露段和锚头组成。
首先在平整场地按设计长度准确截取钢绞线,误差不应超过50mm,每根钢绞线不得使用连接器连接。然后在锚索自由段涂抹防腐油脂,并套上专用PVC套管包裹,套管两端用胶带扎紧封闭,绑扎牢固。锚索前端设置Φ60×2.8mm的导向帽,在锚固段每隔1米间隔设置紧箍环和架线环,自由段每两米设一道架线环。检查锚索中每根钢绞线,确保顺直,不扭不叉,排列均匀,无死弯等,合格后将锚索安装至已成型的炮孔中。
3.2.2注浆
采用P.O42.5的水泥拌制水泥浆液,浆液搅拌均匀,随拌随用,并在浆液初凝前用完。注浆管的出浆口距孔底300~500mm,浆液自下而上连续压注,注浆泵压力不低于0.5MPa,浆液通过安装在锚索中间的注浆管压至孔底,直至从孔口溢出浆液为止。
3.3格构梁施工
准确放样格构梁位置,并在边坡上刻格构槽。
①钢筋安装和模板支设
在坡面上安装定位筋,定位筋采用Φ32的螺纹筋制作,在格构槽下方插入岩体1米,外露5~8cm,下面以一个格构单元格为单元来确定定位筋的数量。
由设计图纸可知,一个3m*3m格构单元格,混凝土数量1.36m3(取混凝土比重2500kg/m3,则自重为3400kg),钢筋自重245kg,则一个单元格自重合计3.65t。横梁底模和侧模采用厚度3cm的松木板,内贴竹胶板的形式,一个格构单元模板总重约0.12t。
横梁底模支架示意图
在定位筋上穿上钢管,钢管另一端紧固在支架上。假定一个格构单元共三个支撑,如下图布置所示
支撑示意图
假定荷载均布在三个支撑上,则每个支撑承受荷载为13.3kN。
钢筋的容许剪应力[τ]=0.6[σ]=0.6*335=201 MPa
定位筋的剪应力τ=Q/A=13.3/π(32/2)2=1.2 MPa
定位筋的挠度W=-QL3/3EI=-13.3*0.13/3*210*109*I=2.1*10-5 mm
I=πD4/32
所以采用Φ32的定位筋可满足要求。
A点处采用直角卡扣相连,假定AB杆水平,则A点承受13.3/2kN=6.65<扣件的允许抗滑力8.5kN,满足要求。
C点埋入Φ32的地锚,地锚外露3~5cm,由图计算易得钢管在C点的滑动力为4.0kN。远小于钢筋的容许剪应力,所以,地锚能抵抗钢管滑动。
钢筋绑扎满足图纸和规范要求,可以适当调整钢筋位置,从而保证锚索的位置准确。将坡面外露的锚索穿入一根波纹管中,固定好波纹管。
竖梁两侧打入Φ25的钢筋,背上木楔,用于竖梁侧模的固定;竖梁顶模用铁钉钉在侧模上,然后用一根Φ25的钢筋,紧贴顶模,将两侧预埋的Φ25钢筋点焊连接。竖梁顶模每隔1.5设置工作孔,混凝土从孔中注入,并振捣。
②混凝土浇筑
混凝土采用商品混凝土,拌制混凝土的各种原材,检验合格。采用罐车运输至施工现场,泵车浇筑。混凝土施工严格遵守规范规定。
3.4预应力锚索的张拉
在框架混凝土强度达到设计强度的80%后,可以进行锚索的张拉。张拉分级进行,按照设计张拉力15%-30%-110%的次序进行张拉,持荷10min后锁定锚索,用C25混凝土封闭锚头。
3.5监控量测
主要进行锚索拉力和锚固结构的变形两项监测。
锚索拉力的监测,采用液压式测力计,测力计安装后最初10天内,每天测定一次;第11~30天,每3天测定一次,以后每月测定一次。锚索拉力监测为12个月。监测过程中未发现锚头变形明显增大,锚索预应力值的变化未超过设计值的10%。经连续一年监测,坡面变形小于5‰H=165mm,满足要求。
4、结束语
中国经济的高速发展使得化工产品的需求量不断增加,但化工产品的生产会带来各种各样的污染,在我国节能减排的战略下,这些污染都得到了一定程度的治理,但不足之处仍有很多。异味污染作为化工污染的一种,具有面积大、扩散快等特点,对居民日常生活的影响很大,因此其治理工作和治理技术要予以足够的重视。
一、异味污染的定义和特点
(一)异味污染的定义
异味污染是由异味气体造成的,异味气体又称恶臭气体,这种气体会对人体嗅觉器官起刺激作用,不只会引起人们精神上的不快,更对人体健康有害。异味气体的异味分子经由空气传播,对人类的嗅觉思维产生有害作用而形成的感知污染就是异味污染。这种污染是一种环境公害,其危害性仅次于噪声,不只危害人体健康和环境,对相关产品质量也会带来很大的不利影响。化工行业作为产生异味污染的主要来源之一,在异味治理的技术上理应进行积极的投入与创新。
(二)化工异味的特点
化工行业的工艺手段与产品性质使其产生的异味污染不仅具有广泛的来源、繁杂的种类、复杂的构成,而且其毒性和危害都相当之广大,这为它的治理带来了很大的困难,既难以测定其污染程度,又难以以有效手段进行处理。
异味物质之所以会产生恶臭是因为其微观构成中包括了特征发臭基团,这类物质在全球大约有10000种,依照化学组成分为含硫化合物、含氮化合物、含氧有机物、烃类、卤素及其衍生物5类。
(三)化工异味的危害
在众多恶臭物质中,对人体危害较为严重的有50多种,其中比较常见的有硫醇类、氨、硫化氢、甲基硫、三甲胺、甲醛、苯乙烯、酪酸、酚类等。接触者不仅会产生烦躁、忧郁、失眠等症状,还可能出现记忆力减退的现象,对人们的工作学习都有很大影响。异味物质具体会危害到如下几种人体系统:
1.呼吸系统
由于异味物质的特殊味道往往使人厌恶,所以人们在嗅到时会反射性地抑制呼吸,对人体的正常呼吸机能产生妨碍。
2.消化系统
异味物质的恶臭会令人恶心,进而引发食欲不振,长期发展则会造成消化功能的减退。
3.循环系统
有些异味物质具有刺激性,比如氨、硫化氢等。刺激性气体会影响到血压的升降和脉搏的快慢,甚至对体内氧的输送造成阻碍,引发缺氧症状。
4.神经系统
异味物质中有些是有毒的,其毒性会危害神经系统。即使是无毒的异味物质,如果长期刺激也会引起嗅觉丧失,进而破坏大脑皮层的调节功能。
5.其他系统和器官
异味气体还会危害到内分泌系统与人体的正常新陈代谢,例如使人体的分泌机能紊乱、刺激眼睛导致各种眼科疾病等。
二、化工异味的治理
(一)源头控制
任何污染的治理如果不从污染源开始抓起都是徒劳的,因此在最初规划选址时就应考虑到异味治理的因素,将生产设施设置在远离生活区的地方,以降低对周边的影响;在产品的生产技术和生产工艺上,尽量选择污染程度低,符合绿色环保要求的技术工艺;提前配备用于环保的配套设施,建立先进的环境监测系统和环保治理系统等。多种手段和技术相结合,力争从源头将异味污染的影响压至最低。
(二)过程管理控制
化工产品的生产过程是产生异味的主要阶段,因此一定要加强管控,以先进的管理体系对生产过程中可能产生异味的步骤进行审核和改进,并鼓励全体员工参与进来,提出建议、查找隐患,杜绝泄漏等不必要因素引起的异味污染。在现阶段,原有的产品质量与设备无泄漏两种传统管理体系已经不能满足如今化工异味治理的新需求,因此引进全新的管理体系是相当有必要的。目前HSE、清洁生产审核、LDAR等新型管理体系已经在部分化工企业得到应用并获得了很好的成效,这些新技术、新体系都是值得推广的。
(三)最终处置
最终处置是化工异味治理的最后环节,在技术含量和技术运用上也是要求最高的,可以说是异味治理的最终保障。其常用的方法有很多,各个化工企业应根据自己产品与生产工艺的不同特点,选择最适合自己使用的一类或几类方法。
1.洗涤法治理异味
这种治理方法的一大前提就是将污染物集中排放而非单独排放,集中后的污染气体输入洗涤塔,以洗涤液对其进行处理,污染气体中的异味物质被水洗去或者跟药液反应而消去,而使用过的洗涤废液可以通过再处理实现循环利用。这种异味治理方法对氨气、硫化氢等易于跟水或其它物质反应生成液体的异味物质有很好的处理效果,是一种经济环保的治理技术。
2.吸附法治理异味
这种治理方法是利用各类吸附能力强的物质来对易被吸附的异味物质进行吸附,常用的吸附物有活性炭、硅胶、活性白土、沸石等,这些物质对苯等芳香烃物质具有极强的吸附效果,并能适应大幅度的排气负荷变化,而且在日常管理上只需要定期更换吸附剂,非常方便。但从经济效益角度来说,这项技术并不是十分理想,因为用于吸附异味物质的吸附剂基本无法重复利用而且价格偏高,用于处理吸附剂的相关技术工艺目前还不成熟,因此只适用于有足够经济条件的化工企业。
3.焚烧法治理异味
这种治理技术较为传统,且只能针对一些具有可燃性或高温下可分解的异味气体。处理时用燃烧炉中的喷嘴将异味气体加热到燃点以上,令其氧化分解,生成水与二氧化碳,从而实现脱臭的目的。但许多化工企业的易燃易爆物都很多,这种方法会影响其安全性,而且会造成二次污染,兼之局限性很大,所以不推荐过多应用。
4.天然植物提取液法治理异味
这种方法是一种全新的异味治理技术,其技术核心是某种天然植物的提取液,这种特殊提取液在空气中雾化后,其有效分子会均匀散布,对异味分子进行吸附,进而和异味分子发生各种化学反应改变其分子结构,令其最终生成不具异味的无害物质。这种异味治理方法效果好、过程简便、技术含量高,具有很强的实用性。
三、结语
化工行业的异味治理工作任重而道远,环保观念的提升和化工产品需求量的增大使得旧有的异味治理观念和异味治理技术难以适应最新的要求。因此,各个化工企业要放开理念,创新技术,以更高的标准要求自己,最终实现化工异味的有效治理,还人们一个干净清新的工作生活环境。
参考文献
[1]王晶.异味化合物的阈值与结构关系研究[D].北京:北京科技大学,2009.
[2]乔树峰,胡园桃,刘长青.炼焦生产过程恶臭污染与治理措施[J].能源环境保护,2005(6).