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能。但是普通金屬探測(cè)器一般探測(cè)到的天然黃金,多為小顆粒金屬,甚至小到零點(diǎn)幾克。金屬探測(cè)器(metal detector)是一款高性能為安防設(shè)計(jì)的金探測(cè)器。與傳統(tǒng)探測(cè)器相比:探測(cè)區(qū)工作面的特殊設(shè)計(jì),探測(cè)面積大、掃描速度快、靈敏度極高。外殼采用ABS工程塑料一次鑄成,抗擊能力強(qiáng)、工藝精細(xì)、重量輕便于攜帶等特點(diǎn)。可探測(cè)被隱藏在人體身上的所有種類(lèi)的金物體,包括首飾,電器元器件等。
如探測(cè)距離達(dá)不到規(guī)定要求或靈敏度過(guò)高以至引起不穩(wěn)定或?qū)θ梭w無(wú)金探掃也發(fā)出聲音或振動(dòng)時(shí),應(yīng)進(jìn)行靈敏度調(diào)整。把聲音、振動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)(10)放在“釋放”狀態(tài),用一把小的一字螺絲刀從探測(cè)器手柄上的小孔伸進(jìn)去順時(shí)針旋轉(zhuǎn),調(diào)至發(fā)聲,再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)至剛不發(fā)聲后再逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)半圈,至靈敏度滿(mǎn)足要求為止。
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關(guān)鍵詞:綜合物探方法;礦產(chǎn)探測(cè);多金屬礦;地質(zhì)勘查;勘探手段 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
中圖分類(lèi)號(hào):P62 文章編號(hào):1009-2374(2016)16-0144-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.16.070
綜合物探方法在多金屬礦勘探和探測(cè)中,以前應(yīng)用的概率較低,并未對(duì)其物探技術(shù)進(jìn)行深入探究。隨著找礦工作任務(wù)的不斷加劇,尋找隱伏礦床或深部礦產(chǎn)已經(jīng)成為了礦產(chǎn)尋找和探究的重點(diǎn)方向。為更加科學(xué)、有效地進(jìn)行多金屬礦的探測(cè),勘探技術(shù)不斷提升,在我國(guó)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,物探儀器及其探測(cè)技術(shù)越來(lái)越先進(jìn),一種結(jié)合了各種科學(xué)技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)形成的綜合物探儀器逐漸被關(guān)注和重視,進(jìn)而提升了綜合物探方法的應(yīng)用效率,也提高了綜合物探方法在多金屬礦產(chǎn)探測(cè)中的應(yīng)用。
1 綜合物探的含義
綜合物探的全稱(chēng)為綜合地球物理勘探,它是在面對(duì)特殊勘探對(duì)象和勘探任務(wù)時(shí),為了能夠獲得最好的勘探效率,而結(jié)合地球物理方法進(jìn)行探測(cè)的一種技術(shù)。它可以有效地避免只采用地球物理勘探進(jìn)行探測(cè)而出現(xiàn)的多解性問(wèn)題,加強(qiáng)解釋效果,同時(shí)綜合地球物理勘探以地球?yàn)樘骄磕繕?biāo),以物理學(xué)理論為探究基礎(chǔ)。它的應(yīng)用范圍非常廣泛,包括資源的勘測(cè)、探測(cè)和研究等。綜合物探的應(yīng)用方法比較多,根據(jù)不同探測(cè)要求對(duì)應(yīng)的有不同的探測(cè)方法,例如地震法、重力法、電法、磁法、聲波法、核法、測(cè)井法和地溫法等,在探測(cè)中應(yīng)用的主要技術(shù)包括熱導(dǎo)率、磁導(dǎo)率和巖石物理性質(zhì)分密度技術(shù)等。利用這些先進(jìn)技術(shù)和手段,可以有效提高綜合物探的探查效率,加強(qiáng)對(duì)多金屬礦或其他資源的探測(cè)效率,從而為人們的生產(chǎn)、生活帶來(lái)便利,為國(guó)家資源的開(kāi)發(fā)、利用提供可靠的物探技術(shù)。便于國(guó)家對(duì)國(guó)防、文物、社會(huì)環(huán)境、城鄉(xiāng)建設(shè)、水電、核電等各種利于民生問(wèn)題的治理和處理?,F(xiàn)在我們對(duì)多金屬礦產(chǎn)資源的勘測(cè),需要一種具備科學(xué)性、合理性、有效性、快速性、精準(zhǔn)性、可靠性相結(jié)合的綜合技術(shù),才可以確保多金屬礦產(chǎn)地質(zhì)勘探的高效性,加強(qiáng)對(duì)其分別區(qū)域的準(zhǔn)確探測(cè),才能提高多金屬礦的探測(cè)效率,提高其開(kāi)發(fā)利用率。基于上述各種要求,綜合物探方法便是一種具備各種應(yīng)用特點(diǎn)的綜合技術(shù),它具備應(yīng)用的便捷性、探測(cè)的精準(zhǔn)性、操作的快速性,同時(shí)經(jīng)濟(jì)、可靠、高效,完全可以達(dá)到多金屬礦探測(cè)要求,實(shí)現(xiàn)資源開(kāi)發(fā)目標(biāo),為人們生產(chǎn)、生活提供豐富、源源不斷的礦產(chǎn)資源。
2 綜合物探在多金屬礦中的應(yīng)用分析
2.1 磁法勘探技術(shù)在多金屬礦勘探中的應(yīng)用
綜合物探在多金屬礦探測(cè)中,應(yīng)用技術(shù)多樣,其中最為成熟且應(yīng)用效率最高的一種技術(shù)就是磁法勘探技術(shù)。磁法勘探技術(shù)在多金屬礦探測(cè)中不僅可以有效對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探查,而且可以有效進(jìn)行地質(zhì)巖性劃分,還具有快速、便捷、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn),是綜合物探在多金屬礦探測(cè)中應(yīng)用成熟且使用最為廣泛的一種優(yōu)良技術(shù)。多金屬礦的礦產(chǎn)種類(lèi)很多,最為主要的有兩種:一種是金屬礦;另一種是磁鐵礦,而且應(yīng)用率最為普遍。利用磁法勘探技術(shù)對(duì)多金屬礦的鐵礦進(jìn)行探尋時(shí),有兩種不同磁測(cè)方法,分別為高精度直升機(jī)航空磁測(cè)以及地面磁測(cè)。在對(duì)某一區(qū)域多金屬礦隱伏礦產(chǎn)進(jìn)行探測(cè)時(shí),探測(cè)方法的使用需要依據(jù)本地區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地層等特征與地球化學(xué)和區(qū)域地球物理特性等的關(guān)系,結(jié)合對(duì)激電中梯以及可控源音頻大地電磁測(cè)探法,建立適于隱伏礦物探探測(cè)方式,從而對(duì)其分布進(jìn)行探測(cè),圈定范圍,提高多金屬礦的探尋效率。
2.2 多金屬礦深邊部找礦的綜合物探應(yīng)用
綜合物探法在多金屬礦探測(cè)應(yīng)用中具有方便、經(jīng)濟(jì)適用等優(yōu)點(diǎn),又具有定量反演深埋礦體延伸、埋深、長(zhǎng)度和寬度的作用。綜合物探能夠?qū)ΦV床儲(chǔ)量、分布等進(jìn)行提前預(yù)估,避免盲目鉆探造成的不良情況。探測(cè)中可利用電法、地震法對(duì)巖性解釋和地層的劃分進(jìn)行處理,因?yàn)榇嬖诘途惹闆r,因此將方法可改換成測(cè)井法。在巖性解釋中利用測(cè)井,它可形成很多參數(shù),加之鉆孔多,利用每一個(gè)不同鉆孔測(cè)井均能夠?qū)r性結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,對(duì)其底層進(jìn)行探查。要加強(qiáng)探測(cè)效率,需要對(duì)探測(cè)電法、地震法和測(cè)井法互相聯(lián)合。測(cè)井法的應(yīng)用可以對(duì)水層進(jìn)行良好探測(cè),清晰反映其界面,并取得相關(guān)反映參數(shù)。各相關(guān)數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)可以有效對(duì)巖石裂隙、泥質(zhì)和密度等的具體含量和內(nèi)容進(jìn)行掌握,而且可以探測(cè)其氫的指數(shù)、溫度、水流方向和速率。對(duì)多金屬礦采用綜合物探,能夠?qū)ι钸叢克那闆r進(jìn)行了解和研究,對(duì)去流向或砂體的延伸方向進(jìn)行辨別和判定。
2.3 重磁法在多金屬礦勘探中的應(yīng)用
重磁法在多金屬礦中的探測(cè),不僅能夠進(jìn)行斷裂劃分,還可以對(duì)斷裂進(jìn)行定量計(jì)算,可進(jìn)行定量計(jì)算的原因是斷裂后對(duì)側(cè)均具有一定磁性和密度,從而存在重磁異常,所以利用重磁異??蛇M(jìn)行多金屬礦的探測(cè)。探測(cè)中需要先進(jìn)行重磁預(yù)先分析,然后對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)處理,在對(duì)地質(zhì)磁異常的引發(fā)進(jìn)行定性解釋?zhuān)诙ㄐ越忉屩行枰云矫尜Y料為分析主體,對(duì)其斷裂位置、走向、可能出現(xiàn)傾向等情況進(jìn)行確定,再進(jìn)行定量解釋?zhuān)枰云拭鏋榉治鲋黧w,對(duì)斷裂的傾角、延深和斷裂距離等進(jìn)行計(jì)算,通過(guò)重磁異常的分析,對(duì)地質(zhì)解釋做出具體分析,包括對(duì)斷裂的性質(zhì)、年代及類(lèi)型等進(jìn)行解釋?zhuān)〉锰綔y(cè)數(shù)據(jù)。在多金屬礦探測(cè)中應(yīng)用重磁法,可以對(duì)深部礦結(jié)構(gòu)、劃分進(jìn)行有效勘察,對(duì)隱伏礦區(qū)域進(jìn)行圈定,對(duì)金屬礦床進(jìn)行探測(cè)等。
3 綜合物探在多金屬礦勘探時(shí)存在的難點(diǎn)
3.1 多金屬礦深部開(kāi)采中存在綜合物探勘探數(shù)據(jù)重復(fù)的難點(diǎn)
在多金屬礦深部進(jìn)行綜合物探方法探測(cè)中,因?yàn)榇嬖诙嘟饘俚V探測(cè)長(zhǎng)期深部開(kāi)采的情況,所以會(huì)出現(xiàn)一些數(shù)據(jù)重復(fù)的難題,影響探測(cè)效果,增加數(shù)據(jù)分析難度。對(duì)綜合物探數(shù)據(jù)干擾原因的分析,有兩大原因:一是人文干擾;二是干擾地段分布范圍廣泛。首先是人文干擾,由于各個(gè)勘探隊(duì)伍的探測(cè)采用各種探測(cè)儀器或?qū)?yīng)方法進(jìn)行礦區(qū)探測(cè),而且這些儀器的使用都具有抗干擾處理,使得在進(jìn)行探測(cè)時(shí)這些儀器已經(jīng)不能受到其他波的干擾,造成探測(cè)中出現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集都符合相應(yīng)探測(cè)技術(shù)要求,影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確分析;其次是受干擾區(qū)域分布廣泛,由于各個(gè)勘查隊(duì)伍進(jìn)行各種勘測(cè),勘測(cè)范圍包括礦區(qū)和區(qū)域等,導(dǎo)致大面積的礦區(qū)勘測(cè)工作都受到干擾,所以嚴(yán)重影響綜合物探數(shù)據(jù)的接收。為避免這種大范圍干擾的影響,提高綜合物探數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,在綜合物探探測(cè)中,需要加強(qiáng)對(duì)抗干擾的實(shí)施。我們可以利用發(fā)射功率加大、濾波增強(qiáng)或超常規(guī)多次疊加等方式進(jìn)行探測(cè),而對(duì)一些受干擾地段弱的區(qū)域,采取頻段、時(shí)段延長(zhǎng)的方法,要注意在確保低頻段、晚時(shí)道探測(cè)質(zhì)量情況下進(jìn)行,對(duì)受干擾地段嚴(yán)重的區(qū)域在探測(cè)時(shí),不采用延長(zhǎng)頻段、時(shí)段的方法,是因?yàn)檠娱L(zhǎng)后的探測(cè)效率仍不佳,因此需采取上述加大發(fā)射功率等方法。
3.2 多金屬礦在綜合物探中存在探測(cè)深度要求大的難點(diǎn)
在多金屬礦山的探測(cè)工作中,各項(xiàng)勘查工作要求比較高,尤其是在已經(jīng)明確的礦區(qū)內(nèi)對(duì)盲礦體的尋找、已知礦體的延深勘查和對(duì)周?chē)[伏礦體的探查。由于對(duì)各種礦體的存在都存有未知性和探索性,同時(shí)不確定其存在的深度,所以在綜合物探中需要通過(guò)一定深度的探測(cè),通過(guò)磁場(chǎng)信號(hào)的搜索進(jìn)行尋找。一般對(duì)已知礦區(qū)進(jìn)行盲礦探測(cè)或?qū)σ阎V體進(jìn)行延深探查時(shí),深度的要求很高,需要深500~1000米,對(duì)隱伏礦體探查時(shí)的深度要在300米以外,探測(cè)深度越深臨近探測(cè)信號(hào)的接收才可以進(jìn)一步清晰,否則深部礦體會(huì)受到各種因素的影響或地表干擾等,影響探測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)出現(xiàn)較低的情況,這樣會(huì)影響探測(cè)效率和速率,所以一般在進(jìn)行深部探測(cè)前需要進(jìn)行地表干擾的相應(yīng)處理,盡量提高探測(cè)效率。
探測(cè)數(shù)據(jù)重復(fù)或探測(cè)深度大等都是多金屬礦探測(cè)中存在的難點(diǎn),這也說(shuō)明進(jìn)行隱伏礦或深度礦探測(cè)的難度明顯大于對(duì)淺層礦探測(cè)的難度,不僅對(duì)探測(cè)技術(shù)要求高,同時(shí)也對(duì)探測(cè)技術(shù)的先進(jìn)性和可靠性提出了更高的要求和考驗(yàn)。因此,在多金屬礦探測(cè)中,綜合物探方法的應(yīng)用需要根據(jù)實(shí)際金屬礦探測(cè)中遇到的問(wèn)題,進(jìn)行技術(shù)和方法的適當(dāng)調(diào)整,以期能夠符合探測(cè)實(shí)際要求,確保對(duì)多金屬礦探測(cè)的有效性。
4 結(jié)語(yǔ)
我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富、種類(lèi)繁多,它們屬于非可再生能源,其中金屬礦產(chǎn)種類(lèi)齊全,但根據(jù)地質(zhì)差異其分布不均。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展,很多金屬礦產(chǎn)不斷被開(kāi)發(fā)和利用,導(dǎo)致一些金屬礦產(chǎn)資源逐漸短缺,從而使人們加強(qiáng)了對(duì)深部金屬礦和隱伏礦產(chǎn)探測(cè)的重視。為了更好地尋找多金屬礦床,便于開(kāi)發(fā)利用,提高國(guó)家資源應(yīng)用的豐富性,探測(cè)礦產(chǎn)資源的技術(shù)倍受關(guān)注。在多金屬礦探測(cè)中需要先進(jìn)探測(cè)方法和技術(shù),隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和物探技術(shù)水平的不斷提高,綜合物探方法達(dá)到了多金屬礦探測(cè)的要求,它為礦產(chǎn)的尋找、勘探、開(kāi)發(fā)和開(kāi)采等提供了有效、快速、精準(zhǔn)和可靠的探測(cè)理論基礎(chǔ),提高了在多金屬礦探測(cè)中的應(yīng)用效率。
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關(guān)鍵詞:鋼筋 檢測(cè)技術(shù) 力學(xué)性能 銹蝕程度
隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高,對(duì)已有建筑的檢測(cè),已逐漸被提到議事日程上來(lái),已有建筑不論是勘察、設(shè)計(jì)、施工、使用等方面存在缺陷,還是受到氣候作用、化學(xué)侵蝕引起結(jié)構(gòu)老化,均會(huì)帶來(lái)工程隱患,降低結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。為了確定結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性是否滿(mǎn)足要求,需要對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)和鑒定,對(duì)其可靠性作出科學(xué)評(píng)價(jià),然后進(jìn)行維修和加固,以提高工程結(jié)構(gòu)的安全性,延長(zhǎng)其使用壽命。
現(xiàn)今建筑物多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),它存在著一定的自然破損現(xiàn)象,主要有混凝土的碳化、凍融、堿骨料反應(yīng)、氯鹽侵蝕等。對(duì)于混凝土,一般著重檢測(cè)其強(qiáng)度、缺陷、裂縫分布等。對(duì)于鋼筋,一般的檢測(cè)項(xiàng)目包括:
(1)鋼筋位置及保護(hù)層厚度檢測(cè);
(2)鋼筋力學(xué)性能檢測(cè);
(3)鋼筋銹蝕程度檢測(cè)。
1鋼筋位置及保護(hù)層厚度檢測(cè)
檢測(cè)采用電磁感應(yīng)法和雷達(dá)儀檢測(cè)法,它們用于不含有鐵磁性物質(zhì)的混凝土。使用前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)資料確定檢測(cè)區(qū)內(nèi)鋼筋布置狀況,選擇適當(dāng)檢測(cè)面。檢測(cè)面要保持清潔、平整,并避開(kāi)金屬預(yù)埋件(構(gòu)件上有飾面層應(yīng)除去)。
1.1鋼筋探測(cè)儀檢測(cè)技術(shù)
檢測(cè)前對(duì)儀器進(jìn)行預(yù)熱和調(diào)零。探頭在檢測(cè)面上移動(dòng),直到鋼筋探測(cè)儀上保護(hù)層厚度示值最?。ù藭r(shí)探頭中心線與鋼筋軸線重合),讀出該測(cè)值,重復(fù)檢測(cè)1次,如兩次讀數(shù)差大于1mm,數(shù)據(jù)無(wú)效,應(yīng)重新檢測(cè)。如仍不能滿(mǎn)足要求,更換探測(cè)儀或用鉆孔、剔鑿法驗(yàn)證。在檢測(cè)區(qū)范圍內(nèi)同樣可在測(cè)保護(hù)層同時(shí)測(cè)出連續(xù)相鄰兩鋼筋間的間距。如遇相鄰鋼筋對(duì)檢測(cè)結(jié)果有影響;鋼筋直徑未知等情況時(shí),選取不小于30%的已測(cè)鋼筋,且不少于6處作鉆孔、剔鑿法驗(yàn)證。
1.2 雷達(dá)儀檢測(cè)技術(shù)
雷達(dá)儀檢測(cè)用于結(jié)構(gòu)及構(gòu)件中鋼筋間距的大面積掃描檢測(cè)。在儀器精度滿(mǎn)足要求時(shí)也可用于測(cè)定混凝土保護(hù)層的厚度。測(cè)定時(shí)儀器探頭或天線沿垂直于選定的被測(cè)鋼筋軸線方向掃描,根據(jù)鋼筋的反射波位置來(lái)確定鋼筋間距和混凝土保護(hù)層厚度。探測(cè)如遇有異議情況(同鋼筋探測(cè)儀),同樣選取不少于30%已測(cè)鋼筋,且不少于6處作鉆孔、剔鑿等方法驗(yàn)證。
1.3 保護(hù)層厚度和鋼筋間距計(jì)算
計(jì)算保護(hù)層厚度以平均值計(jì)算(見(jiàn)JGJ/T152-2008第3.5.1條),鋼筋間距用繪圖法或同一構(gòu)件檢測(cè)鋼筋不少于6個(gè)間距時(shí)給出最大、最小間距,并計(jì)算鋼筋平均間距值,精確到1mm。
2鋼筋力學(xué)性能檢測(cè)
2.1鋼筋實(shí)際應(yīng)力檢測(cè)
選取需進(jìn)行測(cè)試實(shí)際應(yīng)力構(gòu)件的最大受力部位作為測(cè)試部位,該部位鋼筋的實(shí)際應(yīng)力反映了該構(gòu)件的承載力情況。先鑿去被測(cè)鋼筋的保護(hù)層,然后在鋼筋暴露處的一側(cè)粘貼應(yīng)變片,通過(guò)應(yīng)變儀測(cè)其應(yīng)變,用游標(biāo)卡尺量測(cè)鋼筋直徑的減小量。根據(jù)測(cè)試結(jié)果,即可計(jì)算出鋼筋實(shí)際應(yīng)力。
2.2鋼筋強(qiáng)度檢測(cè)
鋼筋實(shí)際強(qiáng)度的檢測(cè)常采用取樣試驗(yàn)法。從現(xiàn)場(chǎng)截取鋼筋試樣送實(shí)驗(yàn)室做拉伸試驗(yàn),測(cè)定其鋼筋的極限抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及延伸率等。由于現(xiàn)場(chǎng)鋼筋取樣對(duì)結(jié)構(gòu)承載力有影響,因此,應(yīng)盡量在非重要構(gòu)件或構(gòu)件的非重要部位取樣。
現(xiàn)場(chǎng)取樣應(yīng)考慮到所取的試樣必須具有代表性。同時(shí)又得盡可能使取樣對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷達(dá)到最小,所以取樣部位應(yīng)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中受力較小處,取樣后應(yīng)采取補(bǔ)強(qiáng)措施。每類(lèi)型鋼筋取3根,以3根鋼筋試樣的試驗(yàn)質(zhì)量平均值作為該類(lèi)鋼筋的強(qiáng)度評(píng)定值。
2.3常見(jiàn)事故及處理
鋼筋工程事故包括:鋼筋屈服點(diǎn)和極限強(qiáng)度低,鋼筋裂縫,鋼筋脆斷,焊接性能差等。其主要原因有:
(1)鋼筋流通領(lǐng)域復(fù)雜,供需直流者少,大量鋼筋經(jīng)過(guò)多次轉(zhuǎn)手,出廠證明與貨源不一致;
(2)進(jìn)場(chǎng)后的鋼筋管理混亂,不同品種鋼筋混雜;
(3)鋼筋在使用前未按施工規(guī)范來(lái)驗(yàn)收與抽查等。
鋼筋工程事故處理的方法:
(1)增密加固法。鑿除混凝土構(gòu)件保護(hù)層,按設(shè)計(jì)要求補(bǔ)加所需的鋼筋,再用噴射等方法修復(fù)保護(hù)層;
(2)補(bǔ)強(qiáng)加固。常用的方法是外包鋼筋、外包鋼粘貼鋼板、增設(shè)預(yù)應(yīng)力卸荷體系等;
(3)焊接熱處理法。例如電弧點(diǎn)焊可能造成脆斷,可用高溫或中溫回火或正火處理方法,改善焊點(diǎn)及附近區(qū)域的鋼材性能;
(4)更換鋼筋。在混凝土澆筑前,發(fā)現(xiàn)鋼筋材質(zhì)有問(wèn)題,必須對(duì)鋼筋進(jìn)行更換,同時(shí)更換使用的鋼筋必須符合設(shè)計(jì)要求;
(5)降級(jí)使用。對(duì)銹蝕嚴(yán)重的鋼筋,或性能不良但可使用的鋼筋,可采用降級(jí)使用。同時(shí)因鋼筋事故,導(dǎo)致構(gòu)件和承載能力等性能降低的強(qiáng)制構(gòu)件,也可降低等級(jí)使用。
3鋼筋銹蝕程度檢測(cè)
通常情況下,鋼筋在混凝土中呈鈍態(tài),然而由于各種原因,改變了混凝土的堿性狀態(tài),從而破壞了鋼筋表面的鈍化膜,導(dǎo)致鋼筋的局部銹蝕,而鋼筋的銹蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞和早期失效的主要原因之一。目前,混凝土中鋼筋銹蝕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物破壞或失穩(wěn),已成為當(dāng)今世界關(guān)注的重大課題之一。為研究混凝土中鋼筋的腐蝕行為,必須采用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)技術(shù)。
3.1檢測(cè)常見(jiàn)方法
鋼筋的銹蝕程度可以用陽(yáng)極電流密度、失重速率或截面損失速率、銹蝕深度等指標(biāo)表示,這些指標(biāo)之間可以按照一定的規(guī)則進(jìn)行相互換算。失重速率一般反映整體銹蝕程度狀態(tài)的性能,截面損失率或銹蝕深度一般用于反映局部銹蝕狀態(tài)。目前鋼筋混凝土中鋼筋銹蝕的非破損檢測(cè)方法(NDT)可以分為物理方法和電化學(xué)方法兩大類(lèi)。
(1)物理方法主要是通過(guò)測(cè)定與鋼筋銹蝕一起的電阻、電磁、熱傳導(dǎo)、聲波傳播等物理特性的變化來(lái)反映鋼筋的銹蝕狀況。常用的方法有電阻棒法、渦流探測(cè)法、射線法、聲發(fā)射探測(cè)法等,還有一些學(xué)者使用紅外線熱成像法、基于磁場(chǎng)檢測(cè)和分析的方法、超聲波檢測(cè)法、沖擊回波法來(lái)測(cè)定鋼筋銹蝕量。
物理方法的優(yōu)點(diǎn)是操作方便,易于現(xiàn)場(chǎng)的原位測(cè)試,受環(huán)境的影響較小。該方法的缺點(diǎn)是在測(cè)定鋼筋銹蝕狀況時(shí)容易受到混凝土中其他損傷因素的干擾,且建立物理測(cè)定指標(biāo)和鋼筋銹蝕量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系比較困難,所以物理檢測(cè)的方法對(duì)鋼筋的銹蝕程度一般只能提供定性的結(jié)論,而難以提供定量的分析。
(2)電化學(xué)檢測(cè)方法是通過(guò)測(cè)定鋼筋混凝土腐蝕體系的電化學(xué)特性來(lái)確定混凝土中鋼筋的銹蝕程度或速度。目前發(fā)展的電化學(xué)方法有自然電位法、交流阻抗法、線性極化法、恒電量法、電化學(xué)噪聲法、混凝土電阻法等。其中,自然電位法是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的鋼筋銹蝕檢測(cè)方法,即通過(guò)測(cè)定鋼筋電極對(duì)參比電極的相對(duì)電位差來(lái)判斷鋼筋的銹蝕狀況。
電化學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試速度快、靈敏度高、可連續(xù)跟蹤和原位測(cè)試,是目前比較成熟的測(cè)試方法。在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成功的用于混凝土試樣的鋼筋銹蝕狀況和瞬時(shí)銹蝕速度的檢測(cè),并開(kāi)始用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),也推出了許多工程使用的測(cè)試儀器。該方法的主要缺點(diǎn)是容易受到天氣條件干擾,測(cè)得的指標(biāo)單一,只能單點(diǎn)測(cè)量。
3.2阻銹方法
處理鋼筋銹蝕的基本原則是在恢復(fù)其結(jié)構(gòu)使用功能和確保結(jié)構(gòu)完整性的基礎(chǔ)上終止鋼筋繼續(xù)銹蝕。目前,鋼筋銹蝕處理的方法已有許多種,大致可歸納為以下幾種:
(1)用加入鋼筋阻銹劑的水泥砂漿或混凝土進(jìn)行修復(fù);
(2)用鈍化砂漿或混凝土修補(bǔ);
(3)全樹(shù)脂材料修補(bǔ);
(4)電化學(xué)防護(hù)法。以上各種處理方法,各有其特點(diǎn)和局限性,可以根據(jù)工程的實(shí)際情況,選擇適合的除銹、防銹方法。
關(guān)鍵詞:請(qǐng)登電磁探測(cè);閉環(huán)控制系統(tǒng);數(shù)字補(bǔ)償;數(shù)字調(diào)制
中圖分類(lèi)號(hào):TH762 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
Near-surface Electromagnetic Detection Transmitting System Control Technology
ZHOU Fengdao,LIAN Shibo,XU Fei,HUANG Weining,SUN Caitang
(College of Instrumentation & Electrical Engineering, National Geophysical Exploration Equipment
Engineering Research Center, Jilin University, Changchun 130061,China)
Abstract:Combined with the feature of near-surface electromagnetic emission signals in the frequency domain, an average current and a voltage feedback control were introduced. A digital dual-loop feedback control system was built based on DSP (Digital Signal Processor). A feedback model was also established in z domain to make the system stability. The steady voltage in low frequency and steady current in high frequency was also realized. Meanwhile, the amplitude of the load-current range of transmitting antennas was reduced, while the requirements of antenna design were decreased. The problems that the broadband detection transmitter was not enough due to the large attenuation of the current in the high frequency and the broadband detection transmitting was not stable due to the large current in low frequency were also avoided. Further, this control technology provided a protection of circuit. Through comparing the simulation after the introduction of dual-loop feedback and open-loop, the parallel dual-loop feedback output current variation was 8.5% of open-loop one from low to high frequencies. The measured results achieved the purpose of design, and provided references for the improvements of near-surface electromagnetic launch system.
Key words:Electromagnetic detection; closed loop control systems; digital compensation; Digital modulation
目前,l率域電磁探測(cè)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于淺層地質(zhì)調(diào)查[1],工程地質(zhì)調(diào)查[2],土壤調(diào)查[3],地下設(shè)施勘查及地下埋藏金屬物、未爆炸物探測(cè)等[4].其探測(cè)原理是通過(guò)發(fā)射線圈向地下發(fā)射不同頻率的電磁波,檢測(cè)異常體被激發(fā)產(chǎn)生的二次場(chǎng),來(lái)對(duì)埋藏的物體進(jìn)行定位及成像.
不同頻率反映不同深度的地層信息,在近地表探測(cè)中采用的頻帶范圍通常為300 Hz~96 kHz.對(duì)于呈感性的發(fā)射天線負(fù)載,由I=U/R2+(ωL)2可知,隨著頻率的增加負(fù)載阻抗不斷增加,高頻時(shí)負(fù)載電流下降,無(wú)法保證發(fā)射矩.而低頻時(shí)又由于負(fù)載較小,系統(tǒng)難以穩(wěn)定運(yùn)行,不必要的大電流對(duì)天線的設(shè)計(jì)也會(huì)帶來(lái)一定的難度.同時(shí),多頻發(fā)射時(shí),不同頻率間的快速切換,引起負(fù)載劇烈變化[5],需要有較快的響應(yīng)速度才能保證系統(tǒng)快速達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài).為克服負(fù)載不穩(wěn)定的問(wèn)題,本文引入雙環(huán)反饋控制,在z域構(gòu)建電路反饋模型,采用bode圖法設(shè)計(jì)反饋補(bǔ)償.利用SIMULINK平臺(tái)進(jìn)行計(jì)算及仿真.通過(guò)DSP搭建硬件平臺(tái)[6],實(shí)現(xiàn)發(fā)射系統(tǒng)的雙環(huán)控制.保證低頻穩(wěn)流,高頻穩(wěn)壓,縮小了發(fā)射天線負(fù)載電流幅值的變化范圍,避免寬頻發(fā)射帶來(lái)的問(wèn)題,提高設(shè)備的響應(yīng)速度并提供短路保護(hù)功能.
1 雙環(huán)反饋結(jié)構(gòu)的建立
基于近地表電磁探測(cè)發(fā)射系統(tǒng)需求,系統(tǒng)選用buck+全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).總體框圖如圖1所示,直流電源通過(guò)斬波穩(wěn)流電路和逆變橋路輸送到發(fā)射天線(其中:IL為buck回路中電感電流,i0為流過(guò)負(fù)載天線的電流).針對(duì)發(fā)射矩波動(dòng)大的問(wèn)題,在電路中引入雙環(huán)反饋[7],其中內(nèi)環(huán)電流環(huán)檢測(cè)點(diǎn)選取buck電感電流IL ,根據(jù)基爾霍夫電流定律,IL可以時(shí)時(shí)反應(yīng)負(fù)載電流值I0的變化,克服了直接測(cè)量天線電流時(shí),由于非線性負(fù)載引起的不規(guī)則電流波形,平均值計(jì)算困難的問(wèn)題[8],同時(shí),IL為標(biāo)準(zhǔn)的鋸齒波,便于均值的計(jì)算.外環(huán)電壓環(huán)通過(guò)時(shí)時(shí)檢測(cè)輸出電壓vo構(gòu)成電壓反饋,防止電路出現(xiàn)過(guò)壓,并提供短路保護(hù).
系統(tǒng)采用電壓電流并聯(lián)反饋結(jié)構(gòu),其參數(shù)整定更容易,響應(yīng)速度更快.如圖2所示為反饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,內(nèi)環(huán)電流環(huán)穩(wěn)流,外環(huán)電壓環(huán)穩(wěn)壓,并對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)[9].當(dāng)逆變橋路工作在低頻時(shí),由于負(fù)載阻抗小,負(fù)載電流大,系統(tǒng)工作在穩(wěn)流模式下,穩(wěn)流環(huán)工作保證系統(tǒng)輸出電流不至過(guò)大,燒毀天線;高頻時(shí),系統(tǒng)工作在穩(wěn)壓模式.由于天線阻抗增加,若保持原有的輸入電流必須提高輸入電壓,但對(duì)于高頻探測(cè),其響應(yīng)多為地表物體,一味提高發(fā)射電壓不僅會(huì)帶來(lái)元器件選型問(wèn)題,還會(huì)造成高壓引起的波動(dòng)較大,故高頻穩(wěn)壓、低頻穩(wěn)流是十分必要的.
2 雙環(huán)反饋電路建模
2.1 電流環(huán)模型建立
對(duì)于內(nèi)環(huán)電流環(huán)在考慮電容ESR時(shí),由小信號(hào)模型分析法可得到其輸出電流與輸入電壓的傳遞函數(shù)為式(1)[10-12].隨著頻率的變化,負(fù)載阻抗不斷變化,傳遞函數(shù)模型也隨之變化.圖3所示為Gid在線圈L0=54 μH, R0=0.5Ω時(shí)的傳遞函數(shù)bode圖,負(fù)載只對(duì)低頻增益有一定影響,當(dāng)f大于1000rad/sec時(shí),負(fù)載對(duì)于傳遞函數(shù)基本沒(méi)有影響.
式中:iL0為輸出電流,vd為輸入電壓,C為輸出濾波電容,Rc為電容C的等效電阻,L為電感,R=(ωL0)2+R20為等效負(fù)載阻抗,其中,L0為線圈等效電感,R0為線圈內(nèi)阻.
在圖3所示的開(kāi)環(huán)bode圖中,f在1 000rad/sec時(shí),系統(tǒng)bode圖幅值有明顯的過(guò)零尖峰,可見(jiàn)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)并不穩(wěn)定,需要進(jìn)行頻率補(bǔ)償才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,對(duì)于電流環(huán)反饋其斬波穩(wěn)流系統(tǒng)框圖如圖4所示.Fm為調(diào)制比較器;GVin為buck拓?fù)淠P?;Vn為外部噪聲;Vd為buck輸出電壓;通過(guò)逆變系統(tǒng)G(z),得到輸出電流io,經(jīng)補(bǔ)償電路Fc,對(duì)電流進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算,補(bǔ)償方法如下.
對(duì)于數(shù)字控制的離散系統(tǒng),將系統(tǒng)Gvin(s)進(jìn)行零極點(diǎn)匹配等效法進(jìn)行離散化,得到圖4中Gvin(z),零極點(diǎn)匹配法能夠保證系統(tǒng)的零極點(diǎn)在轉(zhuǎn)化過(guò)程中一一對(duì)應(yīng),故對(duì)經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后,系統(tǒng)穩(wěn)定性能夠得到保證,利用雙線性變換z-1=(2-ωT)/(2+ωT)將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到w’平面,對(duì)其進(jìn)行bode圖補(bǔ)償法設(shè)計(jì).
為保證系統(tǒng)穩(wěn)定,進(jìn)行補(bǔ)償時(shí),需滿(mǎn)足以下條件:,采樣頻率選擇閉環(huán)系統(tǒng)帶寬的10倍,穿越頻率選取為開(kāi)關(guān)頻率的1/4~1/5;確保開(kāi)環(huán)增益在穿越頻率處的斜率為-1;要保證穿越頻率小于右半平面的零點(diǎn)(RHP零點(diǎn)).引入調(diào)節(jié)器Fc(z),F(xiàn)c(z)為具有兩個(gè)極點(diǎn),一個(gè)零點(diǎn)的PI控制[13],其傳遞函數(shù)如式(2)所示
式中:ωz1和ωp1、ωp2為理想補(bǔ)償系統(tǒng)的零、極點(diǎn);Kc為常數(shù);
利用bode圖法進(jìn)行數(shù)字反饋控制的直接設(shè)計(jì)在f=96KHz時(shí).使低頻段高增益,以減少靜態(tài)誤差;中頻段保證響應(yīng)速度;高頻段滿(mǎn)足抑制高頻噪聲的要求.得到加入控制函數(shù)D(z)后的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)bode圖,如圖5所示,補(bǔ)償后其相位域度約為50°.
2.2 電壓環(huán)模型建立
對(duì)于電壓環(huán)路,其開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式如下:
其中,R=(ωL0)2+R20,在線圈L0=54 μH, R0=0.5Ω時(shí)的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)bode圖如圖6所示,該傳遞函數(shù)不穩(wěn)定,需進(jìn)行補(bǔ)償,對(duì)于電壓環(huán)路其穩(wěn)定的補(bǔ)償原則與電流環(huán)路類(lèi)似,利用雙線性離散化將系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到w’域,在w’域進(jìn)行補(bǔ)償,當(dāng)f=300 Hz時(shí),得到的系統(tǒng)傳遞函數(shù)bode圖,如圖7所示,可見(jiàn)系統(tǒng)魯棒性明顯提高.
2.3 仿真模型的搭建
根據(jù)電壓電流反饋參數(shù),利用SIMULINK搭建了如圖8所示的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析,通過(guò)控制電流環(huán)和電壓環(huán),實(shí)現(xiàn)低頻穩(wěn)流高頻穩(wěn)壓控制.
其中,電源電壓為24 V,負(fù)載為0.5Ω/54 μH,電感.開(kāi)關(guān)管Q5的開(kāi)關(guān)頻率為50 kHz,開(kāi)關(guān)管Q1~Q4通過(guò)改變脈沖觸發(fā)器調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率300 Hz~96 kHz中固定l點(diǎn).
對(duì)于低頻段,如圖9所示為f=300 Hz時(shí)無(wú)buck斬波穩(wěn)流和有雙環(huán)反饋時(shí)穩(wěn)態(tài)發(fā)射電流波形圖,開(kāi)環(huán)和閉環(huán)發(fā)射電流峰峰值分別為66 A和7 A.由仿真結(jié)果能夠得到,改進(jìn)后的輸出電流變化范圍僅為改變前的10.6%,達(dá)到預(yù)期效果.
仿真結(jié)果對(duì)于高頻段,如圖10所示為96 kHz時(shí)線圈兩端電壓波形,由圖可知,高頻段系統(tǒng)工作在穩(wěn)壓模式,輸出電壓峰峰值穩(wěn)定在22 V.
3 數(shù)字控制器設(shè)計(jì)
利用TMS320F2812控制器進(jìn)行穩(wěn)壓穩(wěn)流控制,系統(tǒng)時(shí)鐘150MHz,12位AD轉(zhuǎn)換.數(shù)字控制器部分主要實(shí)現(xiàn):數(shù)據(jù)采集控制、數(shù)字補(bǔ)償、數(shù)字脈寬調(diào)制,為減輕DSP控制器的計(jì)算壓力,利用FPGA產(chǎn)生逆變橋路的驅(qū)動(dòng)信號(hào).
3.1 電流均值檢測(cè)
對(duì)于電流均值的計(jì)算,若采用傳統(tǒng)的均值計(jì)算均值計(jì)算方法,對(duì)每個(gè)周期進(jìn)行取平均,則需要大量的存儲(chǔ)空間及計(jì)算時(shí)間,對(duì)于系統(tǒng)調(diào)節(jié)會(huì)帶來(lái)一定的延遲,本設(shè)計(jì)將四點(diǎn)采樣法用于均值計(jì)算[14],即判斷每個(gè)周期的起始點(diǎn)、峰值點(diǎn)、谷值點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn),進(jìn)行均值計(jì)算,實(shí)現(xiàn)降采樣,保證運(yùn)算速度,又能控制平均值的精度.其表達(dá)式(4)如下:
iavg(n)=Vs(n-1)+Vp(n-1)+Vl(n-1)+Vs(n)4(4)
其中:iavg(n)為第n個(gè)周期平均值,is為第n個(gè)周期的起始點(diǎn)值,ip為第n個(gè)周期峰值,il為第n個(gè)周期谷值.每次采樣得到一個(gè)新的有效點(diǎn)后重新計(jì)算平均值,控制算法最多只有半個(gè)周期的延遲時(shí)間,能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)的需要.
3.2 控制器補(bǔ)償算法實(shí)現(xiàn)
根據(jù)閉環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式(5),將其轉(zhuǎn)換為差分序列(6),即可得到控制器的控制算法.
利用DSP內(nèi)部的存儲(chǔ)器和乘法器,實(shí)現(xiàn)上式(6)的離散表達(dá)式,對(duì)于2812型DSP由于其為定點(diǎn)DSP,在計(jì)算中需要進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)的轉(zhuǎn)換,實(shí)際計(jì)算進(jìn)行一次乘法運(yùn)算的時(shí)間為一個(gè)指令周期,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于系統(tǒng)的控制工作頻率.
3.3 數(shù)字調(diào)制器設(shè)計(jì)
對(duì)于調(diào)制波的產(chǎn)生,相對(duì)于電流峰值/谷值檢測(cè),電流的均值檢測(cè)無(wú)需斜坡補(bǔ)償,但引入了大幅值的三角波調(diào)制信號(hào),滿(mǎn)足誤差信號(hào)的下降斜率,小于三角波電壓的上升斜率,兩者比較后產(chǎn)生開(kāi)關(guān)控制信號(hào),由于誤差信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于三角波信號(hào)的斜率,所以,平均值電流控制法具有良好的抗干擾能力.
鋸齒波的產(chǎn)生利用自增、自減計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn),將每個(gè)周期的鋸齒波均勻分成若干個(gè)點(diǎn),通過(guò)一個(gè)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器,在上升時(shí)間段執(zhí)行加計(jì)算.其數(shù)學(xué)表達(dá)式(7).
式中:B為三角波幅值,f為系統(tǒng)時(shí)鐘,fc為三角載波頻率,n=0,1,2,3….
4 測(cè)試結(jié)果與分析
在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下,利用DSP作為控制器,供電電源為24 V,負(fù)載為20匝,邊長(zhǎng)為30 cm的圓形印制PCB線圈,參數(shù)為0.5Ω/54 μH,同時(shí),引入RC匹配電路,其中R=12.8Ω,C=0.1 μF.線圈處串入R=0.1Ω采樣電阻,經(jīng)放大10倍后測(cè)得穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出波形如圖11所示.
圖11(a)為f=300 Hz時(shí)流過(guò)負(fù)載線圈的電流波形輸出電流峰峰值為7.2 A,圖11(b)為f=96 kHz時(shí)流過(guò)負(fù)載線圈的電流波形,由于匹配電路諧振的影響,輸出電流峰峰值為2.2 A.同時(shí),測(cè)試電阻寄生電感的影響,輸出電流波形中引入部分干擾,實(shí)測(cè)結(jié)果與仿真結(jié)果相仿,單頻發(fā)射時(shí)滿(mǎn)足電流要求,高頻保證發(fā)射矩,低頻保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作.
(a)300 Hz時(shí)波形
(b)96 kHz時(shí)波形
5 結(jié) 語(yǔ)
采用雙環(huán)反饋控制原理,實(shí)現(xiàn)了低頻穩(wěn)流,高頻穩(wěn)壓控制,通過(guò)仿真對(duì)比引入雙環(huán)反饋后輸出電流變化量為開(kāi)環(huán)時(shí)輸出電流變化量的8.5%,實(shí)測(cè)結(jié)果與仿真結(jié)果相符,低頻時(shí)保持輸出電流恒定在峰峰值7.2 A.高頻時(shí)保持橋路母線電壓穩(wěn)定電流峰峰值為2.2 A.
基于DSP平臺(tái),將四點(diǎn)采樣法應(yīng)用于均值計(jì)算,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了淺地表電磁探測(cè)系統(tǒng),在滿(mǎn)足系統(tǒng)工作要求的同時(shí),提供電路保護(hù),避免了現(xiàn)有系統(tǒng)由于頻帶變寬后負(fù)載電流變化大而引起的一系列問(wèn)題.通過(guò)軟件仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性.
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【關(guān)鍵字】煤炭開(kāi)采;采煤;污水處理;技術(shù)
煤炭工業(yè)在我省國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位和作用,隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,煤炭工業(yè)也以日新月異的態(tài)勢(shì)迅猛發(fā)展,原煤的產(chǎn)出量逐日增多。原煤生產(chǎn)極大地推動(dòng)了能源重化工基地的建設(shè),但不合理采掘同時(shí)也帶來(lái)了一些負(fù)面影響,集中表現(xiàn)為部分產(chǎn)煤地區(qū)地表塌陷,引起地下水位下降,破壞水資源循環(huán)系統(tǒng);生產(chǎn)大量的煤矸石;產(chǎn)出大量的瓦斯和粉塵;排放污水和污染物,嚴(yán)重地污染了環(huán)境,破壞了生態(tài)平衡。這些負(fù)作用的出現(xiàn)引起了各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和社會(huì)的高度重視。為此,解決好采煤中的幾個(gè)突出技術(shù)問(wèn)題,控制和降低破壞程度,是我們義不容辭的責(zé)任。
1、減少井下瓦斯和粉塵
煤礦生產(chǎn)過(guò)程中預(yù)先抽放煤層中的瓦斯,可以有效地減少生產(chǎn)中瓦斯的涌出量,不僅是確保安全生產(chǎn)的重要技術(shù)措施,也是減輕礦井排放瓦斯污染環(huán)境的重要途徑。具體措施:
①建立預(yù)測(cè)煤層自燃危險(xiǎn)程度的科學(xué)方法。
②采用先進(jìn)的綜合配套防火技術(shù),大力發(fā)展綜采和綜放開(kāi)采的高產(chǎn)高效采煤工藝。
③建立實(shí)時(shí)火災(zāi)預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)裝置,可以克服束管式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)時(shí)間滯后的弱點(diǎn),能適應(yīng)外因火災(zāi)緊急與自動(dòng)撲滅的需要,有利于環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),從而能夠明顯擴(kuò)大檢測(cè)的覆蓋面,提高礦井抗災(zāi)能力。
④使用防滅火黃泥灌漿代用材料新技術(shù),避免與農(nóng)民發(fā)生爭(zhēng)地取黃泥的問(wèn)題。
采煤工作面的粉塵都是先后采用了高壓噴霧或高壓水輔助切割降塵技術(shù),有效地控制了采煤機(jī)切割時(shí)產(chǎn)生的粉塵,同時(shí)減少了截齒產(chǎn)生火花引燃瓦斯、煤塵爆炸的危險(xiǎn)性;掘進(jìn)工作面主要采用內(nèi)外噴霧相結(jié)合的方法,降低掘進(jìn)機(jī)切割部的產(chǎn)塵量和蔓延到巷道的懸浮粉塵,同時(shí)通過(guò)粉塵凈化、通風(fēng)除塵、泡抹除塵、聲波霧化除塵等綜合措施,可以取得顯著的降塵效果。
2、減少排矸量
采煤過(guò)程中排放的矸石,主要來(lái)源于煤礦井下巖石巷道掘進(jìn)量,半煤巖石巷道掘進(jìn)量,煤倉(cāng)和溜煤眼的掘進(jìn)以及工作面上的矸石(摻入煤炭中的頂?shù)装鍘r石或煤層夾矸中的巖石),它與礦井開(kāi)拓系統(tǒng)和采區(qū)巷道布置緊密相關(guān)。對(duì)于煤礦井下開(kāi)采而言,要從改革礦井、開(kāi)拓礦井和采區(qū)巷道布置方式入手,本著“多做煤巷,少做巖巷”的原則,從總體上消除和減少礦井矸石排放量。使用全煤巷開(kāi)拓方式,除個(gè)別井底車(chē)場(chǎng)硐室開(kāi)挖在穩(wěn)定的巖層中外,所有的開(kāi)拓巷道全部布置在煤層中。這種開(kāi)拓方式,已成為國(guó)內(nèi)外礦井建設(shè)的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案,它不僅有利于煤炭的生產(chǎn),而且建設(shè)投資少,礦井投資快,建井期間就可以生產(chǎn)出商品煤。我國(guó)一些新設(shè)計(jì)的大型礦井基本上按全煤巷開(kāi)拓設(shè)計(jì),隨著現(xiàn)代煤炭科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和煤巷支護(hù)技術(shù)的提高,使全煤巷開(kāi)拓方式的實(shí)現(xiàn)成為可能。
3、合理處理污水
礦井排水中的巖溶水,多為未被污染的地下水,若與其他礦井水分開(kāi)排放,則不會(huì)造成對(duì)環(huán)境的污染,并可再利用,基本上符合生活用水標(biāo)準(zhǔn);有的巖溶水中還含有多種有益微量元素,可開(kāi)發(fā)加工制作礦泉水。水采煤泥和煤泥水是水采礦井環(huán)境污染的主要因素,水采礦井的主要任務(wù)是防止水采煤泥和煤泥水污染環(huán)境。
乳化油使用時(shí)和水配成2%—3%的乳化液,主要用在綜采液壓支架和外注式單體液壓支柱中,外注式單體液壓支柱卸載時(shí)乳化液排到采空區(qū),綜合液壓支架乳化液也因泄漏或換液排放井下;在有淋水或排水的工作面,乳化液溶入水中,可能會(huì)進(jìn)入水倉(cāng),水倉(cāng)的水被抽放地面,這樣會(huì)造成井下或井上污染。由于乳化油中含有50%左右的機(jī)油和一些難于被生物降解的添加劑,因此,一旦造成污染會(huì)有累積效應(yīng),可造成累積污染。
處理辦法:①通過(guò)開(kāi)發(fā)新液壓傳動(dòng)介質(zhì)代替乳化液,降低乳化液的使用量,同時(shí)降低或去除原乳化油中的礦物油,并選擇易于被生物降解的添加劑,減少乳化油對(duì)環(huán)境的污染。②研究開(kāi)發(fā)水介質(zhì)單體液壓支柱,完全不用油。③完善各類(lèi)用油設(shè)備的密封性能,防止石油產(chǎn)品泄漏。同時(shí),發(fā)展油品再生技術(shù),延長(zhǎng)油品使用期,降低油品使用總量。
4、減輕地表沉陷
減輕由于煤層開(kāi)采而產(chǎn)生的地表沉陷,從開(kāi)采技術(shù)上通過(guò)減少采出煤炭對(duì)采空區(qū)加以充填,都是可以做到的,關(guān)鍵在于經(jīng)濟(jì)上的合理性。根據(jù)理論和實(shí)踐的論證,建議采用以下方法開(kāi)采:
(1)房柱式采煤方法。房柱式開(kāi)采是保護(hù)地面建筑的一種有效的開(kāi)采技術(shù),它所引起的地表移動(dòng)與變形值大體上相當(dāng)于長(zhǎng)壁工作面采煤的1/6—1/4,地表移動(dòng)持續(xù)的時(shí)間也縮短了一半左右。
(2)充填法管理頂板。向采空區(qū)內(nèi)充填廢石或河沙,抵制煤層頂板和上覆巖層的冒落和下沉,是大幅度減輕地表沉陷的最有效方法。采用充填法在建筑物下采煤的國(guó)家很多,其中,波蘭的充填法采煤技術(shù)在世界上處于領(lǐng)先地位。
(3)分層間歇開(kāi)采。厚煤層傾斜分層或水平分層開(kāi)采時(shí),分層之間開(kāi)采的間隔時(shí)間長(zhǎng),能使上覆巖層的破壞高度比較小,破壞狀態(tài)均衡,可以防止或減少不均衡破壞對(duì)地表建筑物、水體的影響。對(duì)于厚松散層下淺部煤層或基巖厚度較小的開(kāi)采條件,分層間歇開(kāi)采的效益更為明顯。