煤礦井架及井筒變形檢測方法及實現

周永波(山東正元地球物理信息技術有限公司,山東濟南 250101)

煤礦井架及井筒變形檢測方法及實現

周永波?
(山東正元地球物理信息技術有限公司,山東濟南 250101)

摘 要:結合菜園生建煤礦井筒、井架及提升設備檢測項目,針對菜園生建煤礦的實際情況,進行了檢測方案的設計,并研究了一種井筒檢測的新設備,成功進行了井筒、井架、井架變形檢測；通過對大量觀測數據的綜合分析與研究,得出了井筒、井架以及提升設備的縱向變形、環向變形及徑向變形情況以及井架基礎的沉降情況；為設備維護保養提供了可靠的數據資料,為確保地面建、構筑物和礦井安全高效生產以及礦工、設備的安全提供了有力支持；同時為進行同類條件下井筒、井架的安全檢測提供了參考。

關鍵詞:井筒及井架變形；井架及提升設備檢測；井筒有效橫斷面；地基塑性變形

1　引 言

菜園生建煤礦的井筒及井架已經使用多年,井筒及井架均已出現較大的變形,為滿足井筒及井架改建的需要,急需對井筒及井架進行檢測,求定出井筒的有效橫斷面、井筒的縱剖面、各預安置罐梁處井筒的橫斷面圖及井架的偏斜程度等。

2　使用的儀器設備情況

在菜園生建煤礦井筒、井架及提升設備檢測項目中,基于成本、精度要求及礦井現狀考慮,井架變形檢測采用了常規測量的方法,井筒變形檢測則使用了新研發設計的井筒變形檢測儀器進行檢測。其基本配置:瑞士Leica Axyz/ MTM工業測量系統,包括2臺TM5100A電子經緯儀(測角精度0．5″),1根標準尺(900．045 mm±0．003 mm)和配套的數據處理和分析軟件Axyz V1．40;Leica TCA2003全站儀(測角精度0．5″,測距精度1 mm+1 ppm);日本產TOPCON DL-101C自動安平精密電子水準儀(精度0．4 mm/ km),配以TOPCON S1-3條形碼銦鋼水準尺;激光垂準儀,精度1/100 000、井筒變形檢測儀。

根據國《工程測量規范GB50026-2007》,井架變形觀測的精度要求如表1所示:

變形監測的等級劃分及精度要求 表1

3　井筒變形檢測

3．1井筒變形檢測儀器設計

為了精確測定井筒變形,自行設計了井筒變形檢測儀:

(1)組合式測距系統。如圖1所示,該裝置由4個手持式激光測距儀、2個激光靶和鋁合金框架組合而成。4個手持式激光測距儀、激光靶與框架的幾何位置可以調節,使用后用工業測量系統精確測定相對位置。

圖1　組合式測距裝置

(2)微動裝置。如圖2所示,微動裝置的底座上有2個垂直相交的絲杠和滑軌,滑軌上安裝有滑塊,通過轉動安裝在絲杠上的手輪,可使滑塊前后左右移動。使用時將組合式測距系統固定在微動裝置的滑塊上,通過轉動手輪帶動組合式測距裝置在前后左右4個方向上微動。

圖2　微動裝置

3．2井筒變形測量

如圖3所示,利用井筒變形檢測儀激光垂準儀,罐籠自井筒底部向上,每隔4 m進行一次井壁測量,完成整個井筒不同高度的測量。

圖3　測量裝置立體結構圖

3．3檢測數據可視化

為了獲取井筒有效使用斷面大小和井筒壁傾斜情況,通過對測量數據處理并繪制斷面圖實現井筒可視化。

(1)測量數據處理

在AutoCAD上確定激光靶中心位置,通過激光靶與手持式激光測距儀的位置關系和改正后的測量數據,繪制水平井筒橫斷面綜合平面圖如圖4所示。

(2)井筒檢測結果可視化

①井筒有效使用斷面的可視化。如圖5所示,各層井筒內壁區域繪制完成后,在CAD上將各層水平內壁區域疊合,選取公共區域,在公共區域內做最大圓,即井筒內可以通過罐籠的有效使用斷面區域,最后完成各層的水平斷面圖的繪制,內容包括:井筒內壁區域、有效圓、有效圓心坐標、現有鋼絲繩位置及坐標、鋼梁位置。

②井筒壁傾斜可視化。通過井筒東西、南北縱斷面圖的繪制可實現井筒壁傾斜可視化,可以更加直觀的反應和判斷井筒各高度處的傾斜情況。如圖5所示繪制東西、南北斷面圖,并標注鋼梁及激光束位置,標明各層位置與各層水平斷面一一對應。

圖4　各水平井筒橫斷面綜合平面圖

圖5　井筒縱斷面圖

由圖4和圖5可以看出,在井筒測量的第8層上下,井筒變形較為嚴重,隨著時間的推移其變形還會繼續,甚至有可能影響井筒的安全運營,造成較大的損失。

4　井架豎直程度、天輪及提升中心偏斜檢測

4．1井架豎直程度的檢測

菜園煤礦副井井架為豎直井架,為檢查井架是否傾斜,在副井井架各選相互垂直的兩個側立面,從井架頂部可觀測部分開始到下部可觀測部分為止,對豎梁的外側邊緣利用TCA2003全站儀采用測小角法進行精確測量,根據測定的小角差值和測站點到被測豎梁的距離L,按△s=L·δ/ρ″計算被測豎梁上下觀測點的水平偏差值,根據水平偏差值和高度確定井架的豎直程度。

根據實地情況,選取的觀測點情況分別如圖6和圖7所示。

圖6　副井井架西側觀測點示意圖 圖7 副井井架北側觀測點示意圖

4．2井架檢測結果可視化

以圖6和圖7為底圖,參照上表中的水平偏移值,根據觀測成果在AutoCAD中繪制的繪制井架傾斜變形的示意圖(如圖8所示,圖中豎直(井架高度)比例尺為1∶100,水平(水平偏離值)比例尺為1∶10,圖中實線為垂準線,虛線為根據實測值繪制的井架豎梁豎直程度線)。

圖8　副井井架傾斜變形情況示意圖

由檢測結果可知:副井井架由北側面看,井架向東傾斜。由西側面看,井架向北傾斜。

4．3井架基礎變形測量

為檢測井架基礎是否變形或者沉降,在副井井架四根豎梁底腳處分別選擇了4個相同的鋼梁,利用TOPCON DL-101C電子水準儀,由井口高程基點S1出發,組成水準路線進行精密水準測量,聯測井架基礎變形觀測點。并以S1=34．854 m為起算數據,求得各點的高程如表2所示:

井架基礎各點的高程 表2

由以上數據可知:西北角點、西南角點高程相同,東南角點相差較大,差值達到0．018 m。東北角點差值為0．004 m。由此可以推斷:由于井架基礎受力不均勻、地表不均勻沉降等原因,從而引起井架基礎的變形井架基礎東南角已發生沉降,應盡早加以維護。

4．4天輪及提升中心偏斜檢測

(1)井筒十字中線的精確轉設

在對天輪平臺檢查測量前,首先在井筒十字中線點上,借助于TCA2003全站儀,將井筒十字中線精確地轉設到天輪平臺上。

(2)天輪大軸的水平度檢查

采用DL-101C電子水準儀,直接測定天輪大軸頂面的兩端間的高差。由實測高差直接判定天輪大軸的水平程度。

圖9　副井天輪大軸水準測量

如圖9所示,測定副井天輪大軸頂面兩端間的高差,得到天輪大軸的水平度檢測結果如下:

①副井北天輪大軸頂面兩端間的高差:

h12=H2-H1=4．3 mm

北天輪大軸北低南高,則副井北天輪大軸的傾斜率:

②副井南天輪大軸頂面兩端間的高差:

h34=H4-H3=–3．0 mm

南天輪大軸北高南低,則副井南天輪大軸的傾斜率:

(3)天輪中線平面位置及與提升中線的平行度檢查

①天輪軸線位置的檢測

在天輪平臺上用細鋼絲拉出十字中線,用小鋼尺量取井天輪大軸上4個點到十字中線的平距,以檢測天輪軸線位置的正確性,實測數據如圖10所示。由圖上實測數據可得出如下結論:副井天輪大軸軸線與十字中線的平行度非常好。

圖10　副井天輪大軸軸線位置正確性示意圖(單位/ m)

②提升中心與井筒中心偏斜及天輪與提升中線平行度的檢測

如圖11所示,經檢測提升中心與井筒中心的偏斜量為0．406 m,方向沿南北十字中線,位于井筒中心以南。

圖11　提升中心與井筒中心偏斜及天輪與提升中線平行度的檢測

由圖上實測數據可得出如下結論:副井天輪中線與主十字中線的平行度均較好,體現了副井天輪中線與提升中線的平行度較好,較小的差值可能主要由十字中線的轉投誤差和天輪內側邊緣的不十分規則引起的。

5　結 語

通過對井筒、井架及提升設備的檢測,提供了翔實的井筒及井架變形數據,及時了解、預測井筒、井架的變形趨勢,為設備維護保養提供了可靠的數據,為確保地面建、構筑物和礦井安全高效生產以及礦工、設備的安全提供了有力支持。

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Zhou Yongbo
(Shandong Zhengyuan Geophysical Information Technology Co．,Ltd,Ji′nan 250101,China)

Abstract:Based on the analysis and research of the large amount of observation data, this paper provided a reference for equipment maintenance and maintenance,and provided reliable data for equipment maintenance and maintenance,and provided a reference for equipment maintenance and maintenance．It provided reliable data for equipment maintenance and maintenance,and provided a reference for the safe and efficient production．

Key words:wellbore and derrick deformation;derrick and lifting equipment detection;shaft effective cross section; plastic deformation of foundation

文章編號:1672-8262(2015)05-124-04中圖分類號:P258

文獻標識碼:B

收稿日期:?2015—06—08

作者簡介:周永波(1975—),男,工程師,主要從事測量技術工作。