井筒安全评价与破裂预测系统

井筒安全评价与破裂预测系统（共5篇）

篇1：井筒安全评价与破裂预测系统

井筒安全评价与破裂预测系统

以兖矿集团井筒破裂防治为例,编制了立井安全评价与破裂预测系统和相应软件,已应用于杨村矿井筒破坏防治.

作 者：许延春 倪兴华 刘瑞新 张刚艳 XU Yan-chun NI Xing-hua LIU Rui-xin ZHANG Gang-yan 作者单位：许延春,张刚艳,XU Yan-chun,ZHANG Gang-yan(天地科技股份有限公司,北京,100013)

倪兴华,刘瑞新,NI Xing-hua,LIU Rui-xin(兖矿集团有限公司,山东,邹城,273000)

刊 名：煤炭科学技术 ISTIC PKU英文刊名：COAL SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：34(7)分类号：X913.4 TD7关键词：井筒 安全评价 破裂预测系统

篇2：井筒安全评价与破裂预测系统

阅卷人

复查人

考试方式

本试卷考试分数占学生总评成绩比例

闭卷

70%

分数

得分

一、选择题(每小题2分)1．a和b为某集合中的两个子集，根据布尔代数的运算定律，布尔代数式(a+ab)的简化式为

A。

A．a

B．ab

C．b

D．b+a 2．根据经验和直观判断能力对生产系统的工艺、设备、设施、环境、人员和管理等方面的状况进行的分析评价是

B。

A．定量安全评价方法

B．定性安全评价方法

C．系统安全评价方法 D．概率风险评价方法

3．系统的安全性评价是运用 A

的方法对系统中存在的危险进行评价和预测。

A．系统工程

B．人机工程

C．运筹学

D．统计学

4．主要用于预测事故发展趋势，调查事故发生、发展过程，找出事故隐患，研究事故预防的最佳对策的安全分析方法是

C。

A．安全检查表法 B．系统危险性分析法

C．事件树分析法 D．作业安全分析法 5．日本劳动省的《化工厂安全评价指南》，是一种

D的安全评价方法。

A．半定量 B．纯定性

C．完全定量

D．定性和定量相结合 分数

得分

二、多项选择题(每小题3分，每题至少两个或两个以上答案)1.安全评价基本原理有

BCD。

A、因果对应原理；

B、相关性原理；

C、类推性原理；

D、惯性原理 2.下列哪些属于定量分析的方法

CD。

A.预先危险性分析法

B.安全检查表法

C.日本六阶段安全评价法

D.美国道化学公司的火灾、爆炸指数法

3．在开展危害辨识、风险评价和风险控制策划时，应考虑的因素有 ABE。

A．常规活动和非常规活动

B．作业场所内所有物料、装置和设备

C．政府部门的支持程度

D．当地经济承受力

E．进入作业场所所有人员的活动 4．下列评价方法中，那些属于可靠性评价法

BC

。A．道化学评价法

B．ETA

C．FTA

D．安全检查表 5．以下各种评价方法中不属于定量评价方法的有

AB

。A．故障类型及影响分析

B．事故树分析

C．作业条件危险性评价法

D．危险指数评价法 分数

得分

二、填空题(每空1分)1．系统是由两个以上相互作用和相互依赖的部分组成的具有特定功能的有机整体。一个系统通常具有的特性有整体性、相关性、目的性、有序性、环境适应性。

2．事件树分析是一种从某一 初始 事件起，顺序分析各环节事件成功或失败的发展变化过程，并预测可能的后果/结果 事件的安全分析方法。

3．安全检查表分析法是系统安全分析法中最基础、最易普及的一种方法。它的编制人员主要有编制人员：专业干部、工程技术人员、操作人员。4．根据《安全评价通则》（AQ8001-2007），安全评价的类别包括：安全预评价、安全验收评价、安全现状评价、分数

分

三、名词解释(每小题4分)1．预测

事故预测，或称安全预测、危险性预测，是对系统未来的安全状况进行预测，预测系统中存在哪些危险及其危险程度，以便对事故进行预报和预防。通过预测，可以掌握—个企业或部门伤亡事故的变化趋势，帮助人们认识事故的客观规律，制订政策、发展规划和技术方案。2．系统安全评价

安全评价就是对系统存在的安全因素进行定性和定量分析，通过与评价标准的比较得出系统的危险程度，提出改进措施。3．事故与隐患

事故是在人们生产、生活活动过程中突然发生的、违反人们意志的、迫使活动暂时或永久停止，可能造成人员伤害、财产损失或环境污染的意外事件。

隐患是指人的活动场所、设备及设施的不安全状态,或者由于人的不安全行为和管理上的缺陷而可能导致人身伤害或者经济损失的一种潜在危险。4．风险与危险

危险就是事物所处的一种不安全状态，在这种状态下，将可能导致某种事故或一系列的损害事件。

风险是指特定危害发生的概率与后果的结合。

危险和风险并非同一概念。一个事件有风险，必须同时具备两个特点:(1)不确定性；(2)有好结果或坏结果，两种结果都可能发生。而危险对于人们只有坏结果，没有好结果；风险对于人们既可能有坏结果，也可能有好结果——这是风险与危险的本质差别 5．安全系统工程

安全系统工程是以安全学和系统科学为理论基础,以安全工程,系统工程,可靠性工程为手段,对系统风险进行分析,评价,控制,以期实现系统及全过程安全目标的科学技术。分数

得分

四、简答及论述题(每小题5分)1．列出在危险因素辩识中得到广泛应用的系统安全分析方法（至少6种）。

答：1)安全检查表法；2)预先危险性分析；3)故障类型和影响分析； 4)危险性和可操作性研究；5)事件树分析；6)事故树分析； 7)因果分析。2．系统安全评价的意义是什么? 答(1)有助于政府安全监察部门对企业实行宏观控制；(2)有助于提高企业的安全管理水平；

(3)变事后处理为事前预防预测；变纵向单科管理为综合管理；变盲目管理为目标管理；(4)为企业领导的安全决策提供必要的科学依据；(5)有助于保险部门对企业灾害实行风险管理。3．安全检查表的作用及优点有那些？ 答：安全检查表是分析和辩识系统危险性的基本方法，也是进行系统安全评价的重要技术手段。安全检查表具有以下特点： 1）通过预先对检查对象进行详细调查研究和全面分析，所制定出来的安全检查表比较系统、完整，能包括控制事故发生的各种因素，可避免检查过程中的走过场和盲目性，从而提高安全检查工作的效果和质量；

2)安全检查表是根据有关法规、安全规程和标准制定的，因此检查目的明确，内容具体，易于实现安全要求；

3)对所拟定的枪查项目进行逐项检查的过程，也是对系统危险因素辨识、评价和制定出措施的过程，既能准确地查出院恩，又能得出确切的结论，从而保证了有关法规的全面落实； 4)检查表是与有关责任人紧密相联系的，所以易于推行安全生产责任制，检查后能够做到事故清、责任明、整改措施落实快；

5)安全检查表是通过问答的形式进行检查的过程，所以使用起来简单易行，易于安全管理人员和广大职工掌握和接受，可经常自我检查。4.事故树分析的步骤有那些?

答：1)准备阶段。确定所要分析的系统；熟悉系统；调查系统发生的事故。

2)事故树的编制。确定事故树的顶事件；调查与顶事件有关的所有原因事件；编制事故树。3)事故树的定性分析。4)事故树的定量分析。

5)事故树分析的结果总结与应用。分数

得分

五、分析计算题

1.美国矿山局Micllael Zabetakis依据能量转移理论建立了新的事故因果连锁模型，如下图，试对该模型做出解释。（15分）答：（1）事故是能量或危险物质的意外释放，是伤害的直接原因。为防止事故的发生，可以通过技术改进来防止能量意外释放，通过教育训练提高职工识别危险的能力，佩戴个体防护用品来避免伤害。

（2）不安全行为和不安全状态人的不安全行为和物的不安全状态是导致能量

意外释放的直接原因，它们是管理欠缺、控制不力、缺乏知识、对存在的危险估计错误或其他个人因素等基本原因的征兆。

（3）基本原因基本原因包括以下3个方面的问题。

①企业领导者的安全政策及决策。它涉及生产及安全目标；职员的配置；信息利用；责任及职权范围、职工的选择、教育训练、安排、指导和监督；信息传递、设备、装置及器材的采购、维修；正常时和异常时的操作规程；设备的维修保养等。

②个人因素能力、知识、训练；动机、行为；身体及精神状态；反应时间；个人兴趣等。③环境因素

为了从根本上预防事故，必须查明事故的基本原因，并针对查明的基本原因采取对策。

能量转移理论观点的事故连锁模型图

2.某家具厂厂房是一座四层钢筋混凝土建筑物。第一层一端是车间，另一端是原材料库房，库房内存放了木材、海绵和油漆等物品。车间与原材料库房用铁栅栏和木板隔离。搭在铁栅栏上的电线没有采用绝缘管穿管绝缘，原材料库房的电闸保险丝用两根铁丝代替。第二层楼房是包装、检验车间及办公室。第三层楼为成品库。第四层楼为职工宿舍。试对该厂这种布局及做法的安全性进行定性分析并提出改进措施。(10分)答：该厂的布局及做法安全性很差。

（1）因原料库房内存在易燃易爆物品，车间有工人在其中工作，车间与原材料库房用铁栅栏和木板隔离，不安全。

（2）电线搭在铁栅栏上而且没有采用绝缘管穿管绝缘，容易导致触电或火灾事故。

（3）原材料库房的电闸保险丝用两根铁丝代替，起不到过载保护作用，容易导致电气火灾事故。

（4）原料库、成品库、车间、办公室、职工宿舍同在一座楼，一旦发生燃爆事故，将危及车间级办公室人员的安全。改进措施：

职工宿舍宜与厂区隔离，单独建筑或与办公室合用一座建筑。车间、包装、检验等与生产相关的环节宜处于单独建筑之内。成品库与原料库可存放于一座建筑之内，建筑符合防火规范要求，两库房需用不燃性墙体隔开。

篇3：井筒安全评价与破裂预测系统

1 试油井筒状况分析

在以往的试油工作中, 井筒受损事故时常发生, 大家对井筒的安全性已经越来越重视, 它能够诱导油流, 是试油工作开展的主要空间。本文主要分析某盆地的试油井筒状况, 该盆地地应力不均, 且井下较为复杂, 多井眼。

1.1 井下套管强度分析

通过观察发现, 套管磨损程度较重, 经长期磨损后, 套管壁变得越来越薄, 致使套管强度大大降低, 以至于在实施测试与井控环节时, 产生非常严重的后果, 例如引发地面窜气或套管受损甚至破裂的风险。除此之外, 由于地层的应力作用比较复杂, 在这种复杂压力下, 会导致井下堵塞, 甚至出现整个石油井口报废的局面, 造成十分严重的损失。

套管磨损程度具有专门的计算方法, 它的计算方法主要依据磨损理论所得, 现在被称为磨损效率模型, 通过此模型, 能够清楚显示套管的磨损消耗程度及其磨损量的变化。通过观察发现磨损所耗能量会随着套管体积的变化而变化, 若套管体积越小, 则其磨损所耗能量也越小, 反之亦然。

以磨损效率模型为依据, 其磨损率计算方式如下:

其中N表示正压力, V表示磨损量, H表示材料硬度, K表示磨损系数, L表示磨损滑动轨迹。

井下套管磨损程度与试油工作的开展存在很大联系, 它主要是指套管受到不同程度磨损之后的壁厚。从本次研究的具体情况来看, 有一半的套管磨损形状呈现为月牙状, 这表明月牙磨损非常严重。

1.2 射孔段套管分析

为了使油井系数得到合理完善, 提高石油出产率, 必须将射孔套管应用于其中, 由于很多工作人员不了解射孔套管强度, 对压差进行测试时, 大多都只单纯考虑到控制储层出砂能力, 而忽略了射孔套管强度, 一旦套管受损, 便会导致管柱事故的发生。可利用强度理论对射孔孔眼进行分析, 或者把射孔孔眼看做圆筒上的缺陷, 研究孔眼的性能。通过观察发现该地区的井壁具有较好的安全性, 射孔孔眼性能非常好, 套管安全度高, 没有发现明显的地层腐蚀。

2 试油安全评价技术

目前, 我国的石油工业开发技术已经取得了进一步发展, 试油工作在石油开发过程中占据着越来越重要的地位, 人们也逐渐意识到试油安全评价技术的重要性。安全评价技术涉及的内容非常广, 石油开发工程现场条件较为复杂, 因此, 试油安全评价难度非常大, 其安全评估主要包括自由段套管屈曲度评价和轴向力计算两个方面。

2.1 自由段套管屈曲度评价

自由段套管屈曲度是井下与地面的主要联系渠道, 它是一种比较特殊的机械构建, 工作负荷量较大。当其超负荷工作时, 由于受到过大压力的影响, 便会发生变形, 甚至导致套管破裂, 套管头发生位移现象, 给试油造成带来很多问题。地层具备不确定性的特点, 在试油工作进行过程中, 很多参数都存在较大的变化范围, 主要参数值有温度、压力、油气产量等, 在有些情况下, 这些值会超出极限范围, 使井下套管更容易遭到破坏。在试油作业开始之前, 必须对套管组合进行合理设计, 并争取选择试油工作所需使用的工具。

根据相关理论得知, 如果自由段套管下方受到了较大的轴向压力, 则会产生屈曲现象。将轴向压力与正弦临界值进行对比, 如果轴向压力较大, 则表现为正弦屈曲。将轴向压力与螺旋临界值进行对比, 若轴向压力较大, 则表现为螺旋屈曲。要想分析其安全性, 首先要计算套管的变形程度和负荷量, 了解自由段套管的具体构形状态。首先建立一个套管屈曲微分方程, 这个方程中包含的内容非常多, 其中主要有内外压力、活塞力、扭矩、横截面积、内径、方位角等。通过方程了解套管的屈曲行为。其方程为:

2.2 自由段套管轴向力计算

自由段套管会承载来自多方面的力, 其中主要有流体作用力、轴向力、自重等, 在这些力中, 轴向力占据着最重要的地位, 对它的计算必须精准。需要注意的是, 在计算过程中, 需将其边界条件纳入考虑范围之内。除此之外, 套管轴向还存在变形的可能。其变形现象产生的主要原因在于套管受到来自轴向力、内压、外压等方面的影响, 在这些压力的共同作用下, 套管便会出现轴向变形现象, 试油作业的开展会受到轴向变形的影响, 一旦变形过于夸张, 便会导致套管下部产生螺旋屈曲, 套管间摩擦力会因此大增, 对管柱的测试也会造成影响。目前, 国内外都有很多关于轴向屈曲变形的研究, 轴向变形主要有温度变形、轴力变形等。套管的长度会随着温度的变化而变化, 若自由段套管属于静定结构, 则其可以实现自由变形, 温度变化对其不会造成明显影响, 若自由段套管属于静不定结构, 温度变化对其会造成明显影响。通过研究发现, 如果井底温度尚未发生任何变化, 井口温度便会上升, 此时, 自由段套管会发生严重变形, 且变形幅度非常大。在进行石油开发时, 必须要对井底温度进行合理控制, 避免套管出现螺旋屈曲现象。通过本次探讨发现, 在研究自由段套管之前, 首先应对其屈曲状态进行分析, 将其屈曲状态了解透彻后, 便可实现其安全性的分析。

3 结束语

随着社会经济的迅速发展, 石油行业发展得越来越快, 不过在试油工作中, 很多问题日益凸显, 目前, 人们越来越重视试油井筒的安全性问题, 井筒的安全性决定试油工作能否顺利进行。试油工作在石油开发中占据着重要地位, 其中任何一个环节都不能出现问题, 一旦出现差错, 就可能导致套管破裂, 给施工带来很多问题。本文主要首先对试油井筒状况进行了详细分析, 然后研究了试油的安全性评价方法, 有利于今后试油工作的顺利开展, 促进我国石油行业的迅速发展。

摘要：随着社会经济的迅速发展, 石油工业已经取得了更大进步, 尤其是我国西部地区的石油发展最为迅速, 不过在发展的同时, 试油工作中的各种问题也日益凸显出来。本文主要研究试油井筒状况和试油安全评价技术, 为以后的试油作业提供依据。

关键词：试油井筒,石油安全评价,套管

参考文献

[1]张增顺, 王治东, 张增田.作业过程中油管螺纹粘扣因素分析与措施[J].中国石油和化工标准与质量, 2013 (2)

[2]仇祝芳, 王洪亮, 武晓春.海上移动平台溢油风险解析[J].化工管理, 2013 (16)

篇4：浅谈公路边坡安全评价与安全预测

【摘 要】边坡工程的安全不仅取决于合理的设计与施工，而且取决于贯穿在工程设计、施工和运行始终的原型试验与监测。根据监测资料，及时进行设计与施工的变更优化，确保边坡的长期稳定。

【关键词】公路边坡；安全评价；安全预测

0.前言

针对边坡工程的监测，许多岩土工作者在这方面做了大量的工作，并普遍认识到，监测工作越来越成为边坡工程承前启后的关键环节。根据边坡监测的目的是分析监测资料所反映的边坡安全状态，根据监测资料，及时修改和调整边坡岩土体物理力学参数和岩土介质物理力学模型，使之更加符合岩土工程实际，从而有效克服岩土工程中物理力学参数取值意义不清、理论分析成果与工程实际不符的技术困难，并及时将监测分析结果反馈，以便及时进行设计与施工的变更优化，确保边坡的长期稳定。

边坡工程的安全不仅取决于合理的设计与施工，而且取决于贯穿在工程设计、施工和运行始终的原型试验与监测。边坡岩土体由于其岩土体材料及力学特性的不均匀性，在各种力的作用和自然因素的影响下，其工作性态和安全状况随时都在发生变化。如果出现异常而我们又不及时掌握这种变化的情况和性质，任其险情发展，后果不堪设想。但如果事先运用必要且有效的监测手段对边坡工程进行监测，及时发现问题，采取有效的措施，则可避免灾难的发生。

1.公路边坡安全评价

进行边坡工程的监测，主要目的是为了随时了解目标边坡的安全状况，这也是边坡监测工程的关键环节，有了监测结果，就有了边坡安全评价的基础。那么，如何应用监测结果对边坡的安全状态进行评价，却是一项较为系统而复杂的工作。

首先，应根据所监测边坡的具体情况建立不同监测项目（如坡面及深部位移变化、锚索应力变化等）的预警标准。有了预警标准，才能根据监测结果并结合所建立的预警标准对边坡安全现状进行评价。

值得重视的是，这种边坡预警标准并非是统一的，针对每个边坡个体，由于其内部岩土结构千差万别，各不相同，因而其边坡破坏的变形机制和规律也不同。下图所示的是最为常见的几中边坡破坏过程的“位移─时间”曲线，根据该曲线可知，如果对不同边坡使用同一预警标准，则会出现根据同一监测物理量（如位移）而得到不同判断结果的情况。如下表2为国内外一些著名边坡在最终失稳前的变形速率，很明显，不同边坡在其最终失稳破坏前变形速率存在很大差别，显然，要确定统一的滑坡变形速率是不太现实的。

因此，在建立边坡预警标准时，应根据目标边坡的具体岩土体结构特征建立。至少应对各种边坡进行详细的类型划分，并且应划分得足够细，同时，在类型划分时还应参照岩土体的具体强度参数及水文地质、可能破坏方式等情况进行综合考虑。只有这样，才有可能对每类边坡建立相对统一的预警标准。

对于一个具体边坡，包含多个监测项目（物理量），每个监测项目均会反映目标边坡安全状况的一个方面。因此，在进行边坡安全评价时，应首先针对每一监测物理量进行分别评价，然后再将各监测物理量综合，进行总体评价。在根据所建立的边坡预警标准进行安全评价的实际工作过程中，常常会遇到根据不同监测物理量得到不同判断结果的情况。对这种情况，目前主要下列两种处理方法：

其一是根据经验，赋于各监测物理量不同的权重，再依据模糊综合评判的方法综合计算而获得边坡相应的安全级别。

其二，是在建立目标边坡的预警标准时，就针对每一监测物理量分别建立其相应的预警标准。在边坡的实际监测过程中，当任一监测物理量达到某一危险级别时，即使其他监测物理量依然处于安全级，也应引起足够注意，对该达到危险级别的监测物理量进行仔细甄别，以判断该监测物理量的近期监测数据是否准确可靠，当确认该监测物理量准确无误时，则可根据该监测物理量判定边坡处于该物理量所预示的安全级别。

对各类边坡建立相应的预警标准的方法，首先应是在总结归纳前人经验的基础上进行，但仅仅根据经验是不够的，还应针对每类边坡建立相应的分析模型，通过理论计算和数值模拟的方法来进行综合确定。

预警标准的建立是评价分析边坡安全性的前提和依据。该预警标准是否合理、准确，将直接关系边坡安全的评价效果。因此，边坡安全预警标准的建立就成为一项系统、复杂而精确的庞大工程，这就对预警标准的建立提出了较高的要求，首先，相关人员必须具备丰富的地质知识，同时还应具备扎实的力学知识等理论功底。对此，一些部门或学者正在进行这方面的研究工作，相信这将对我国工程界产生较大的影响。

决定边坡安全评价的另一个重要因素即是具体的现场监测工作，主要包括：

1.1监测范围及监测项目的确定

首先根据目标边坡的具体情况，依据地质条件分析、理论模拟分析及专家经验判断等方法来综合确定合理的监测范围，并且应对所确定的监测范围进行二次细化，确定出变形敏感区、应力集中区及可能破坏区等，在此基础上确定相应的监测项目（如坡面位移、坡体深部位移、锚索预应力变化等等），设计监测系统。另外，为了进行对比分析，某些地质条件或工程上十分典型的有代表性的地段虽然不属于变形敏感区、应力集中区和可能破坏区，但也应埋设必要的测点。在现场监测中应合理确定监测范围及监测点的布置，埋设必要的量测仪器，获得数据以了解地层和地下结构中的应力场、位移场的实际变化规律，作为采取工程措施的依据。

1.2监测资料的可靠性

对此，通常应从以下几个方面进行评价：① 仪器设备工作正常，精度符合要求；② 仪器设备安装埋设方法及位置合理；③ 监测记录符合要求，计（换）算准确。

1.3监测工作按规范、规定要求执行

如，仪器设施安装埋设情况，监测方法及要求和监测频率等。

2.边坡安全预测

在边坡工程监测的过程中，除应对目标边坡的安全状况进行实时评价之外，还应对目标边坡在未来一定时期的安全趋势进行预测预报。由于边坡失稳破坏的成因机理、形成条件、诱发因素等复杂性、多样性以及变化的随机性、非线性，从而导致边坡失稳破坏灾害所表现的动态信息极难捕捉，因而完全从定量的角度或完全从定性的角度准确地预测预报边坡失稳破坏发生的时间都是非常困难的。边坡安全状况预测预报必须是建立在深入研究边坡类型、边坡特征、变形特点和形成机制的基础上，以监测资料为依据，遵循科学性、综合性、易操作的原则，运用综合信息预报方法对边坡失稳破坏进行预测预报。

边坡安全趋势的预测预报，是建立在对各监测物理量监测数据预测的基础之上的，即是通过一定的预测方法，对各物理量现场监测数据进行预测，再结合所建立的边坡预警标准，来对目标边坡的安全状况进行预测和预报。

对监测结果进行预测的最早方法是统计回归分析法，但统计回归分析方法与边坡的变形、应力变化等现象产生和发展的机理相脱离，因而，并不能依此来对边坡的监测结果进行预测。后来，随着科学技术的发展与进步，多种方法被综合应用。如将理论计算与实际监测数据结合分析、不同内容的反演分析和反馈分析、将不同监测项目的监测结果综合考虑等，并将监测结果加以成因解释。

3.结束语

通过对边坡的现场监测信息和宏观信息等各单项信息的研究，建立边坡的长期、中短期、临滑和宏观预报模型及相应的预报判据，将理论预报与现象预报、定量预报与定性预报、单项预报与综合预报结果有机结合起来，形成边坡的综合信息预报。运用综合信息预报方法不仅可以正确判定边坡所处的危险状态或变形阶段，避免只用数学模型或只用预报判据预报可能出现的失误，还可直接用于临滑预报。

【参考文献】

[1]南京水利科学研究院土工研究所.土工试验技术手册.北京：人民交通出版社，2003.

篇5：井筒安全评价与破裂预测系统

随着深部煤炭资源的开采, 井筒深度随之增大。淮南矿区近年建成了多对千米深井, 这些超深井筒的安全高效运行成为煤矿安全的重点。由于新建井筒安全信息封闭和分散, 使得在矿井建设生产过程中难以得到完整详细的实时信息来进行更加有效的监测和提前干预, 所以有必要建立煤矿新建井筒的安全自动监测系统, 将各个独立的井筒安全系统连接到一个统一的信息化监测系统平台上。为此, 笔者设计了一种新建井筒安全监测系统, 通过该系统可监视各井筒的安全状态, 收集有关的安全参数, 并能够联接信息管理网, 实现矿井各部门之间以及与集团公司之间的信息交换。

1 系统结构组成

煤矿新建井筒安全监测系统采用C/S (客户机/服务器) 、B/S混合架构。与实时井筒数据紧密相关的部分采用C/S结构, 服务器采集的数据在客户机中处理后通过页面形式显示, 并将处理结果返回服务器中。而与管理相关的部分采用B/S结构, 服务器中井筒安全监测信息直接通过网页形式供管理人员在浏览器端读取, 这个过程又称为井筒安全监测信息Web发布。混合架构充分发挥了2种架构的优点, 满足了系统应用的要求。

煤矿新建井筒安全监测系统分为数据采集层、数据传输与存储层、图形显示与信息发布层3层, 如图1所示。数据采集层中传感器的模拟信号通过井下电缆传输到数据存储层——PLC数据采集箱中, PLC数据采集箱将模拟信号转换后加以存储并定时传输到数据库服务器中, 最后系统实时数据通过煤矿局域网到达图形显示与数据发布层, 即井筒安全监测数据的Web发布。

2 系统基本功能设计

煤矿新建井筒安全监测系统的主要功能有数据采集、数据传输和数据统计、计算与查询。通过埋设在井筒内壁的一次敏感元件将井筒混凝土和钢筋的内力和变形的电信号存储到PLC数据采集箱中。在PLC数据采集箱中的实时数据通过接口分时上传到系统服务器中并备份, 最后通过数据库操作达到井筒安全信息实时查询和报警的目的。

2.1 数据采集功能设计

冻结工程的实时监测内容: (1) 井壁混凝土受力; (2) 井壁钢筋应力; (3) 井壁混凝土变形; (4) 井壁温度等。测点通过埋入井壁的信号电缆连接到采集终端。采集终端具有以太网接口, 通过预设IP地址可实现网络环境下的实时数据采集。PLC数据采集终端放置在专用的机柜中, 包含开关电源等。

2.2 数据传输功能设计

VC.NET提供了MSComm控件, 通过串行口进行PLC数据传输和数据库服务器接收, 为系统提供串行通信功能。MSComm控件通信功能的实现实际上是调用了API函数来解释并传递设备驱动程序, 即MSComm控件的属性提供了通信接口的参数设置, 能实现串行通信。

2.3 数据统计、计算与查询功能设计

煤矿新建井筒安全监测系统的数据库服务器长期保存监测历史数据, 并对大量历史数据进行备份和在线查询。用户可通过定义计算公式来完成所需的计算, 同时包括年、月、日的最大、最小、平均值查询等。

3 工程应用

3.1 工程概述

淮南矿业集团朱集矿是淮南矿区开采水平为千米的深井, 工业广场内有主、副、风、矸石井4个井筒, 其中风井井筒净直径为7.5 m, 穿过表土层厚330.9 m。为了保证井筒在建设生产期间的安全, 将煤矿井筒安全监测技术应用于风井井壁结构。

3.2 传感元件的布置

在风井井筒中设置具有代表性的被监测水平:垂深为262.35～277.75 m, 厚度为15.4 m, 土性为粘土的第一监测水平;垂深为314.85～324.00 m, 厚度为9.15 m, 土性为钙质粘土的第二监测水平。传感元件的水平布置如图2所示。

在井壁各水平共布置6个压力盒, 在井壁机构的钢筋上和混凝土中沿东、南、西、北4个方向各布置1个测试断面, 每个测试断面沿环向、竖向和径向各布置1个钢筋计和应变计。每个水平布置钢筋计和应变计各12个。

3.3 井筒安全监测数据的Web发布

登陆朱集矿网址首页, 然后进入朱集矿信息化施工监管平台, 点击图标进入朱集矿井筒受力与变形监测系统。

通过监测系统可以实时查询井筒安全数据报表, 及时调整建设期间的工程进度和生产期间的安全措施预案。表1为朱集矿风井井筒第二监测水平安全数据生产报表。图3为系统主界面。

4 结语

煤矿新建井筒安全监测系统应用计算机、网络和自动监测技术实现了对井筒工程的自动安全监测, 提高了新井建设的信息化施工水平。它通过PLC采集与存储数据, 保证了数据采集的连续性和完整性;通过混合架构的自动监测系统的实施, 加强了数据的监管, 扩大了井筒安全信息的共享范围, 实现了井筒安全参数与人的简单交互, 提高了煤矿新井建设的管理水平。

本系统已应用在淮南矿业集团和肥城矿业集团的部分井筒中, 获得了大量的实时数据, 得到了400～500 m层位深厚粘土层井壁受力的力学特性。在梁山某矿的主井通过监测系统的及时报警, 对外层破裂井壁及时制定了防护安全措施, 确保了井筒的后续掘井。在淮南潘集某矿风井通过监测系统的实时报警, 对井壁实施了提前套壁施工, 保证了井筒外壁的质量安全, 并为冻结施工赢得了时间, 强化了井筒下部开挖的安全。

参考文献

[1]梁化强.矿井井壁变形监测及治理研究[J].矿业安全与环保, 2008 (10) :54-55.

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