第一篇：B090406 讓壓支護技術在大采深、高地應力巷道的應用

讓壓支護技術在大采深、高地應力巷道的應用

李偉民1 李德元1 高維宇1 許鳳國2

[1-阜新礦業(yè)集團公司清河門煤礦,遼寧 阜新 123006；2-阜新礦業(yè)集團公司，遼寧 阜新 123000]

摘 要 針對礦井大斷面、大采深、高地應力、服務年限長的巷道掘進支護現(xiàn)狀及圍巖特點，提出采用高強讓壓錨桿、金屬網、W型鋼帶+錨索聯(lián)合支護技術控制大斷面、大采深、高地應力巷道圍巖持續(xù)變形的方法，并在我礦巷道掘進實際施工中進行支護實踐應用，取得較好效果。

關鍵詞 大采深 高地應力巷道 高強讓壓錨桿 聯(lián)合支護

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前 言

阜新礦業(yè)（集團）公司清河門煤礦是一座開采40多年的老礦井，現(xiàn)在礦井的生產格局是“兩區(qū)兩面”，由于礦井的多年開采，現(xiàn)已開采三水平-800m高左右。343采區(qū)是清河門煤礦的現(xiàn)生產采區(qū)，開采三水平四煤組的煤炭，開采深度在-520～-820m之間，本組內多煤層可采，層間距較薄。在這種大采深、高地應力的情況下進行大斷面掘進施工，巷道的支護極其困難。343采區(qū)北翼集中材料道是運輸、行人兼通風的主要巷道，設計全長920m，施工標

2高在-789m左右，巷道凈斷面14.4m，服務年限為5年。巷道原采用錨、網、梯+錨索聯(lián)合支護，掘進施工一段時間后，巷道變形嚴重，巷道的維護與翻修工程量較大，整個巷道范圍內錨桿、錨索受力比較明顯，部分錨桿的螺母崩脫，金屬網形成許多網兜，容易造成冒頂事故。鑒于此種現(xiàn)狀，為了提高巷道的掘進速度，降低支護成本，保證生產使用的安全，進行了高強讓壓錨桿支護技術實驗。存在的問題

煤礦錨桿支護技術已經得到了廣泛的應用，但目前的錨桿、錨索種類單一，難以適應不同地質采礦條件變化的需要。隨著煤礦開采深度的不斷加大，巷道圍巖變形量大，自穩(wěn)能力差，巷道變形現(xiàn)象會越來越嚴重，這對錨桿、錨索支護設計的要求也越來越嚴格，巷道支護問題在煤礦的安全生產中就顯得更加突出。合理的支護形式及參數設計既能有效控制圍巖的變形，又可以降低支護成本。巷道地質條件各不相同，同樣的材料支護效果也各不一樣。在深部開采掘進過程中，要面臨很多影響巷道支護的問題，如：隨著采深的增加，壓力增大多少、巷道變形范圍如何及變形量多少、巷道周邊的主應力方向如何、應力隨采深增大的梯度是多少，這些問題直接影響煤礦的綜合效益及安全生產。也有的礦井仍沿用淺部的支護方法和管理經驗，從而造成支護失效，常出現(xiàn)大量的折梁斷腿、錨桿失效、反復維修、冒頂塌方等現(xiàn)象，耗費了大量的人力、物力、財力，仍不能保證安全生產。

造成這些不安全因素的原因主要是對大采深、高地應力的巷道支護沒有采取有針對性的支護方式和手段，難以提出合理有效的深部地壓控制措施和配套的巷道支護方法。因此，深部開采首先應解決的是巷道施工中的“安全、高效、經濟、快速”支護問題。支護原則

要解決上述支護現(xiàn)狀存在的問題，就要有一個相對于大斷面、大采深、高地應力巷道支護的支護原則。采用預應力高強讓壓錨桿提高支護結構共同承載載荷是一個很好的解決方法。在支護與圍巖的相互關系上，高強讓壓錨桿支護有3個突出特點：

① 符合圍巖與支護結構共同承載的基本支護思想；

② 及時主動支護，即在巖體開掘早期進行讓壓錨桿安裝，安裝后即對圍巖提供顯著的軸向和橫向的支護阻力，避免巖體松動和塑性松動圈的增大；

③ 屬于柔性支護，選擇合理的支護剛度，使支護完成后，仍能與巖體一起產生少量的位移，釋放部分能量，既保持巖體受力平衡，又保持支護結構不失穩(wěn)。

新型高強讓壓錨桿是在此基礎上采用了一種合理有效的讓壓方式，在錨桿承受載荷接近過載時象安全閥一樣起到讓壓作用，從而保護錨桿桿體不被破壞。采用高強度預應力讓壓錨桿可以加大錨桿的間排距，減少錨桿的用量，提高掘進速度，降低掘進成本，同時可以保證良好的支護性能。

343區(qū)北翼集中材料道屬于大斷面、大采深、高地應力易變形巷道，并且使用年限較長。對于這種類型的巷道，錨桿支護系統(tǒng)設計必須滿足: ① 合理的錨桿安裝應力。錨桿的安裝應力是控制圍巖早期變形的重要參數，安裝應力過小會使圍巖發(fā)生過大的早期變形，松散破碎圈增大，引起頂板破碎，錨桿受力增加。一個合理的錨桿安裝應力如同液壓支架的初撐力一樣重要。

② 高支護強度。在大采深、高地應力、中厚煤層大斷面掘進的條件下，支護強度必須提高。

③ 錨桿須具有讓壓性能。為了防止錨桿承受過度載荷而破斷，錨桿必須有一定的變形讓壓性能。然而，這種變形讓壓必須是有“控制”的讓壓，通過有效“控制”的讓壓使巷道內的聯(lián)合支護系統(tǒng)成為一個整體，從而改變整體支護效果。合理的讓壓性能應該做到錨桿在一定噸位上穩(wěn)定讓壓，以保證巷道支護效果，防止錨桿桿體發(fā)生突然破斷。

④ 提高輔助支護系統(tǒng)強度。一個完整的支護系統(tǒng)包括高強讓壓錨桿、金屬網、W型鋼帶+錨索進行聯(lián)合支護，使煤層頂板形成一個整體的層狀組合梁，來達到提高整體支護強度的效果。

深部巷道基本支護原則與理念就是要形成高安裝載荷、高整體支護強度、錨桿變形可靠讓壓的最佳層狀組合梁。巷道支護實踐

3.1 高強度讓壓錨桿支護系統(tǒng)設計

煤礦頂板是由不同層狀巖體組合成的層狀組合梁，為了使組合梁達到其最佳強度，應該設計合適的錨桿長度及錨桿系統(tǒng)的安裝應力。達到最佳組合梁的錨桿系統(tǒng)設計應滿足下列條件：

① 通過調整安裝應力，使錨桿支護系統(tǒng)應能夠控制錨固范圍內的頂板離層，這需要選擇合理的錨桿類型和安裝應力；

② 錨固系統(tǒng)應能夠減少或消除頂板的拉應力區(qū)； ③ 錨桿應能夠錨固在穩(wěn)定的巖層中；

④ 錨固系統(tǒng)應有足夠的能力來控制頂板，并且在整個需要支護期間內不失效。根據支護理論和支護經驗，經過數值分析，確定如下支護方案：（1）錨桿支護參數

采用高強預應力可變形讓壓均壓高強度螺紋鋼錨桿支護，錨桿屈服強度為500MPa。頂板錨桿直徑20mm、長2400mm，間排距為1000×800（mm），用2卷CK2350型樹脂錨固劑卷錨固；兩幫錨桿直徑18mm、長2000mm，間排距為900×800（mm），兩幫用2卷Z2350型樹脂錨固劑卷錨固。

（2）錨桿預應力 根據有限元分析，提高安裝應力可以減小或消除頂板中的拉應力區(qū)，可以消除頂板巖層的離層，從而取得最佳層狀組合梁的效果，頂板錨桿安裝應力最小為40kN，兩幫錨桿的安裝應力不小于30kN，根據不同情況調整預應力。

（3）輔助支護系統(tǒng)

輔助支護系統(tǒng)包括鳥巢錨索、W型鋼帶和金屬網。根據地質條件變化、煤層采動影響及圍巖松動圈的影響范圍等因素，選用直徑17.8mm、長8300mm的鳥巢錨索，用2卷CK2350型樹脂錨固劑卷錨固，托盤為200×200×10（mm）的球形錨索托盤；W型鋼帶使用型號為BHW270-2.75，長度為4300mm，通過W形狀及高強材料來提高鋼帶的鋼性，通過錨桿聯(lián)結成為一個整體；菱形金屬網可有效防止漏矸、漏頂，而且其自身強度還可以控制兩幫變形，并可以與讓壓錨索、讓壓錨桿、W型鋼帶形成一個整體，使支護系統(tǒng)形成整體。3.2 巷道支護施工方案

按照作業(yè)規(guī)程規(guī)定先進行敲幫問頂、打炮孔眼、爆破。爆破完畢，立即安設頂板錨桿；幫錨桿滯后工作面不大于5m，頂、幫破碎時，幫錨桿跟至工作面。要保證錨桿達到設計的預緊力和錨固力的要求，錨桿安設角度需符合設計要求。巷道支護如圖1所示。

圖1 巷道支護斷面圖 支護效果

清河門煤礦343采區(qū)北翼集中材料道采用高強讓壓均壓錨桿支護，通過監(jiān)控巷道所受掘進和采煤工作面的地壓影響，掌握圍巖的變形規(guī)律，以確定巷道的支護效果，以便及時采取措施保證礦井安全生產。礦壓監(jiān)測的主要內容包括：巷道煤巖體表面位移監(jiān)測、頂板離層監(jiān)測、錨桿受力狀態(tài)監(jiān)測、錨桿安裝應力監(jiān)測與錨固力監(jiān)測。高強讓壓錨桿支護方式與原有支護方式效果相比，巷道的變形量大大減小，整個巷道范圍內受力均勻，沒有出現(xiàn)網兜現(xiàn)象。采用高強讓壓錨桿、金屬網、W型鋼帶+錨索進行聯(lián)合支護，減少巷道的維護與翻修工程量，提高巷道的掘進速度，降低支護成本。結 論

① 高強讓壓錨桿、金屬網、W型鋼帶+錨索聯(lián)合支護的支護質量和支護強度均達到了預期的設計要求。在施工過程中及現(xiàn)在的使用時間內，巷道變形量明顯減小，支護效果明顯。

② 采用高強讓壓錨桿+鳥巢錨索+W型鋼帶+金屬網聯(lián)合支護的支護成本每米巷道比原支護方式節(jié)約128.89元，同時減少了維修、翻修的人力、物力、財力。

③ 高強讓壓錨桿、金屬網、W型鋼帶+錨索聯(lián)合支護可以有效控制圍巖變形，在經濟合理的條件下提高支護強度、支護表面質量和支護效果，提高了掘進速度，保證了生產安全。

④ 高強讓壓錨桿、金屬網、W型鋼帶+錨索聯(lián)合支護技術不但可以減少支護施工量、降低支護成本，而且可以防止原支護方式導致的穩(wěn)定巷道“二次變形”現(xiàn)象，具有較高的推廣價值。

第一作者簡介 李偉民 男，1970年出生，1993年7月畢業(yè)于阜新礦業(yè)學院采礦專業(yè)，工學學士?，F(xiàn)任阜新礦業(yè)（集團）公司清河門煤礦礦長，高級工程師。

（收稿日期：06-30；責任編輯：黃 翔）

第二篇：B090402 高應力松碎圍巖巷道返修支護技術實踐

高應力松碎圍巖巷道返修支護技術實踐

高 波 高占鋒

[山東泰豐礦業(yè)集團有限公司，山東 新泰 271204]

摘 要 王家寨煤礦3403運輸巷在上層煤柱的應力和工作面的采動影響下，出現(xiàn)了高應力和巷道大變形的問題。針對巷道的支護情況和變形特征，采取錨網索的支護方式，分段整修、靈活處理的施工措施，使復雜地質條件下的巷道返修取得了成功，技術和經濟效益良好。

關鍵詞 高應力 返修 巷道破壞

---------概 述

由于井田受蓮花山大斷層（落差大于2000m）和井田大斷層的影響，井田內次生構造極其發(fā)育。礦井生產進入-510m水平后由于圍巖壓力大和受采動影響，大部分巷道破壞嚴重，直接影響到礦井的安全生產。

3402工作面回采過程中，將其軌道巷進行沿空留巷作為3403工作面的運輸巷。由于受上層區(qū)段保護煤柱（距離巷道頂板27m）以及3402工作面采動的影響，3403運輸巷頂、幫受壓變形嚴重，巷道頂板出現(xiàn)裂縫、網兜和大面積沉降現(xiàn)象，導致巷道無法滿足通風、行人和運輸的需要，影響了礦井的安全生產。在接續(xù)緊張的情況下，3403運輸巷的返修支護問題成為泰豐礦急需解決的技術難題。巷道的受力情況及返修支護設計

2.1 原巷道斷面特征

3402軌道巷（3403運輸巷）于2006年完成掘進，巷道為矩形斷面，設計寬度為2.8m，高度為2.3m。巷道原始支護為錨桿支護，局部巷道變形處采取了架設鋼棚的方式進行了加強支護。

2.2 巷道的圍巖特征與受力情況

巷道頂板為復合頂板，主要以粉砂巖、中砂巖、細砂巖為主，夾多層煤線、頁巖，裂隙發(fā)育，節(jié)理多。粉砂巖抗壓強度為33.1～64.5MPa，中砂巖60～114.9MPa，平均79.6MPa，底板遇水膨脹現(xiàn)象明顯。

將所分析巷道假設為一個六面體模型，如圖1所示。

圖1 三維數值分析模型圖

利用ANASY劃分網格建立模型，然后將模型導入FLAC中進行計算。根據半平面體在邊界上受垂直集中應力公式，計算出上層煤柱對巷道的應力。通過積分得到半平面體在邊界上受均布載荷時任意一點應力增量計算公式，具體公式如下：

q?y?by?ax(y?b)x(y?a)? ?x???arctan?arctan?2?22??xxx?(y?b)x?(y?a)2?? ?y???arctan?arctan?2?222???xxx?(y?b)x?(y?a)?q?y?by?ax(y?b)x(y?a)??q?x2x2 ?xy???2???x?(y?b)2x2?(y?a)2??經計算巷道的壓力在13MPa～21MPa，因而導致巷道錨盤撕裂、錨桿拉斷不等。

2.3 巷道的變形破壞特征

巷道原支護采用直徑18mm、長2000mm的樹脂螺紋錨桿，間排距為800×800（mm）。錨桿出現(xiàn)拉斷、錨盤撕裂、部分工字鋼棚出現(xiàn)扭曲或擠彎的現(xiàn)象。巷道頂板出現(xiàn)臺階式下沉，兩幫變形嚴重（如圖2所示），局部出現(xiàn)200～600mm的冒空破碎區(qū)，且底臌現(xiàn)象比較嚴重，原巷道高度2.1m，變形后巷道高度不足1.0m（如圖3所示）。在修復期間對巷道設點觀測得到其頂底板的移近速度為11.3～13 mm/d，變形速率如圖4所示。

圖2 巷道兩幫內擠照片

圖3 巷道底臌照片

圖4 頂底板變形速度曲線圖 2.4 返修支護設計 2.4.1 返修支護原則

（1）護頂先護幫

巷道修復中，人們往往進入重頂輕幫的誤區(qū)。為取得更好的支護效果，應該是頂幫同樣重視。由于巷道使用時間長，巷道破壞嚴重，為確保施工安全，采取液壓支柱托方木的方式先對頂板進行臨時支護。在臨時支護的掩護下，進行刷幫、安設幫錨桿。當幫部得到有效的維護后，頂部進入了隱形拱的部位，共同形成穩(wěn)定的承載體，巷道支護才能有保障。

（2）分區(qū)支護，整體控制

對于返修支護，應當盡量減少圍巖的擾動。按照“小進尺、多觀察、小擾動、勤支護”原則施工。在施工過程中需要多觀察，具體問題具體分析，不斷總結施工經驗。2.4.2 返修支護方案

根據不同地段巷道的破壞情況，采取不同的修復措施。基本修復方案為摘除頂板破碎圍巖、刷幫、進行臥底，安設錨桿、安設錨索、掛網。

（1）錨桿

頂板使用直徑22mm、長2200mm的螺紋鋼錨桿，用2卷MSCK3040型超快凝樹脂錨固劑卷加長錨固，錨桿間排距為600×700（mm）。錨桿外露長度不大于50mm，但不得少于兩絲。

兩幫使用直徑18mm、長2000mm的螺紋鋼錨桿，用2卷MSCK3040超快凝樹脂錨固劑卷加長錨固，錨桿間排距為700×700（mm）。錨桿外露長度不大于50mm，但不得少于兩絲。

（2）錨索

錨索為高強度、低松馳粘結式1×7鋼絞線，長為9～10m，每根錨索用4卷樹脂錨固劑（孔底2卷為MSCK2335型超快凝錨固劑，緊接2卷為MSZ2335型中凝錨固劑）加長錨固，錨索間距為2m，五花布置。錨索間距誤差不大于300mm，外露長度不大于150mm。

（3）錨網

錨網采用網孔為70×70（mm）的菱形金屬網，錨網用錨帶壓緊。錨帶用直徑8mm的鋼筋焊接成梯子狀，長度為3.0m。以頂、幫錨桿為交叉點，呈“井”字形使用。牢固整齊，貼緊頂幫，搭接嚴密，逢扣必聯(lián)。支護效果

3403工作面回采已接近尾聲，巷道修復使用已過半年，巷道頂、底板移近量在小于300mm，巷道變形速度控制在0.3mm/d以下，巷道變形得到了有效的控制。經濟效益

此巷道支護效果良好，安全效益顯著，同時取得了良好的經濟效益。

第一作者簡介 高波 男，1974年出生，畢業(yè)于山東科技大學，工學學士，現(xiàn)在山東泰豐礦業(yè)集團有限公司從事技術工作，采礦工程師。

（收稿日期：2009-09-05；責任編輯：陳桂娥）

第三篇：B090303 讓壓錨桿在深井煤巷支護中的應用

讓壓錨桿在深井煤巷支護中的應用

呂國臣 卜照龍 張文秀

[阜新礦業(yè)集團公司生產技術處 遼寧 阜新 123000]

摘 要 通過5326回順巷道采用讓壓錨桿支護的實踐，證明了讓壓錨桿的使用，因其具有恒阻力支護階段，與圍巖相互作用協(xié)調穩(wěn)定，解決了普通錨桿預緊力差別大、錨桿整體支護效果不佳的難題。使用讓壓錨桿支護取得了較好的支護效果。關鍵詞深井 煤巷 讓壓錨桿 支護

---------概 況

5326工作面位于恒大公司156下山區(qū)，開采太下層3、4層煤。太下3、4煤層含多層夾石，平均煤厚3.5m，硬度系數f值為1.8。該面上部為已采的5322綜放面，下部為規(guī)劃的5328工作面，工作面左側為可采邊界原生煤體，右側為156下山區(qū)三條下山，地表標高+170.4m，工作面標高為-805.0m，采深975.9m。工作面煤層頂板巖性分別為頁巖、砂礫巖，煤層底板巖性為粉砂巖、頁巖。煤層及頂底板巖性如圖1所示。

圖1 煤層及頂、底板柱狀圖

工作面上部的5322綜放面于2007年3月開采，2008年3月結束。5326回風順槽與5322運輸順槽平距30m，5322運、回順斷面分別為11.76m2、11.2m2，采用錨、網、帶+錨索方式聯(lián)合支護，共施工2870m。巷道前后累計翻修長度超過6000m，最嚴重的運順中間段共翻修五次，其中開采后翻修3次，巷道兩幫移近量最大2.8m，最小1.0m，平均1.6m，頂底板移近量1.0～1.4m，特別是巷道底臌相當嚴重，施工期間就拉底兩次，個別地方拉底3次，頂板離層，網兜情況隨處可見，翻修投入了大量的人力、物力、財力。讓壓錨桿的使用

由于5322綜放面運、回順支護上的深刻教訓，在設計5326工作面施工時，充分考慮了巷道布置、施工斷面、支護方式，支護材料、支護參數選擇。礦區(qū)與山東（濟寧）揵馬礦山支護設備有限公司合作，設計使用高強度、高預應力讓壓均壓錨桿。

高強度、高預應力讓壓均壓錨桿與普通螺紋鋼錨桿相比，除在材料強度上有所增加外，更主要的是在托盤與螺母之間增加一個長40mm的讓壓環(huán)、兩個平墊、一個減摩墊圈。

研究表明，巷道挖掘后，為了防止巷道圍巖變形破壞，保持最大可利用空間，可采取的方法是一讓、二抗，最理想的狀態(tài)是實現(xiàn)讓壓與抗壓的有機結合。高強度、高預應力讓壓均壓錨桿既有讓壓的柔性支護系統(tǒng)，又有抗壓的剛性支護能力。在巷道挖掘后錨桿支護的初期，巷道的圍巖會發(fā)生塑性變形，巨大的塑性變形能量須得到一定得釋放，因此要求支護系統(tǒng)能提供能量釋放的時間和空間，允許圍巖有一定量的變形，巨大變形能量得到一定釋放后，支護與圍巖取得相對穩(wěn)定。高強度、高預應力讓壓均壓錨桿的讓壓功能首先就是讓壓，通過讓壓，將圍巖巨大的變形能量得到一定的釋放，當圍巖相對穩(wěn)定后，錨桿又恢復剛性支護的性能，從而實現(xiàn)了柔與剛的有機結合，有效地控制了圍巖破壞變形。應該指出，高強度、高預應力讓壓均壓錨桿在讓壓階段克服了錨桿間因預緊力不同而受力不均的問題，從而解決個別錨桿由于受力過大而發(fā)生崩壞的現(xiàn)象。支護參數的設計

5326回順設計長度1238m，巷道斷面為斜矩形，凈寬4.6m，凈高2.8m。巷道支護如圖2所示。

圖2 巷道支護斷面圖

巷道頂板使用6根直徑22mm、長2400mm的Q500型礦用高強度螺紋鋼讓壓錨桿，配合使用規(guī)格為130×130×12（mm）托盤，錨桿間排距為800×1000（mm），每根錨桿使用1卷CK2350型樹脂錨固劑卷錨固，錨桿預緊力為60kN（以減摩墊圈被破壞為標記），讓壓環(huán)讓壓距離為40mm，讓壓點為170kN。金屬網為5000×1200(mm)菱形網，鋼帶規(guī)格為4200×80(mm)。頂板中間安設3根直徑17.8mm、長8000mm的錨索加強支護，兩肩各安設1根直徑17.8mm、長5000mm的短錨索，錨索的間排距為1200×2000（mm），用3卷CK2350型樹脂錨固劑卷錨固。錨索托盤為200×200×12（mm）的碟形托盤，錨索安裝預緊力為100 N?m，錨固力為150kN。

兩幫使用直徑20mm、長2000mm的普通左旋螺紋鋼錨桿，高幫每排布置5根錨桿，矮幫布置4根錨桿，間排距800×1000（mm），用1卷CK2350型樹脂錨固劑卷錨固。錨桿配合規(guī)格為3000×80(mm)鋼帶和規(guī)格為5000×1200(mm)菱形金屬網進行支護。錨桿托盤規(guī)格為130×130×10（mm）。錨桿的預緊力要求150N?m。監(jiān)測

4.1 測站布置

從巷道設計拉門口開始，每50m設一個觀測站，觀測頂板離層、兩幫移近量，頂板離層淺部基點為2.4m，深部基點6.0m，錨桿錨固力每個測站檢測4根，其中：頂錨桿2根、幫錨桿2根，巷道位移用十字觀測法。4.2 觀測結果分析

從巷道拉門施工開始，連續(xù)觀測50天，監(jiān)測結果如圖3所示。

圖3 巷道位移與時間關系

由圖3可以看出，當巷道掘出一段時間后，頂底板開始移近、兩幫收斂，10～15天開始有明顯變形，25天以后變形趨于穩(wěn)定。兩幫變形量遠大于頂底板移近量，且變形時間長，兩幫最大變形量為365mm，平均263mm；頂底最大移近量216mm，平均175mm。結 論

① 通過5326回順采用讓壓錨桿支護的實踐，巷道兩幫位移量、頂底板移近量明顯低于同等條件下施工的5322綜放面?，F(xiàn)5326工作面運、回順已貫通，使用讓壓錨桿支護段的巷道狀態(tài)良好，只需做簡單的拉底、調道就可以進行設備安裝，少翻修巷道3000m，節(jié)約資金300萬元。提前工期25天，而且有利于工作面回采，減少采面回采期間的翻修量。阜礦集團先后在五龍礦劉家區(qū)-536軌道石門、八道壕礦N119運順、艾友礦6615回順使用了讓壓錨桿，都收到了良好的支護效果。

② 讓壓錨桿的使用，因其具有恒阻力支護階段，與圍巖相互作用協(xié)調穩(wěn)定，解決了普通錨桿預緊力差別大、錨桿整體支護效果不佳的難題。讓壓錨桿適用于深井大地應力回采動壓巷道的支護。

第一作者簡介 呂國臣 男，1954年出生，畢業(yè)于阜新礦業(yè)學院?，F(xiàn)任阜新礦業(yè)集團公司生產技術處總工程師，采礦高級工程師。

（收稿日期：2009-06-08；責任編輯：黃 翔）

第四篇：采油井智能監(jiān)控分析技術在油田視頻監(jiān)控中的應用

采油井智能監(jiān)控分析技術在油田視頻監(jiān)控中的應用

概述

石油作為人類生產生活的主要能源，具有不可替代的地位。油田在國家經濟及其所在的地方經濟中承擔著重要角色，保障石油開采、油氣運輸、生產煉化、石油化工等各個環(huán)節(jié)相關設備的正常運轉成為石化企業(yè)的重要工作之一。

隨著油田信息化建設的推進，油田企業(yè)內部管理從粗放型向集約型過渡，加強了對油田生產過程的集中管理，建立了包括油井遠程視頻監(jiān)控、集輸站庫自動化監(jiān)控等多系統(tǒng)的監(jiān)控平臺，以充分利用監(jiān)控系統(tǒng)保證原油采集、輸送安全。

如何將現(xiàn)有油田打造成高度智能化的數字油田已成為眾多廠商的當務之急，?？低曌鳛轭I先的安防產品及行業(yè)解決方案提供商，對數字油田提出了部分智能化應用方案，在勝利油田、廣東省石油加油站等已經廣泛應用。

行業(yè)現(xiàn)狀

目前，部分油田已經安裝了模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，但大多數監(jiān)控是獨立運行的，沒有聯(lián)網監(jiān)控，也沒有智能分析，油田監(jiān)控中心無法對前端油田的視頻進行查看，如出現(xiàn)設備被盜、各種事故等很難進行事后跟蹤查詢，存在很大的安全隱患；如需查看現(xiàn)場圖像，也不能在中心進行查看，需要到達油田現(xiàn)場才能查看，帶來很大的不便；同時監(jiān)控中心運行人員不可能24小時實時盯著視頻畫面查看，智能分析人員跟蹤就成了監(jiān)控中心必不可少的功能；另外，即使部分油田已經聯(lián)網，可在監(jiān)控中心查看前端圖像，但是圖像不夠清晰，不能看清現(xiàn)場細節(jié)。因此，在所有油田安裝高清智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)就成了當前工作的重中之重。

方案具體設計

1.設計思路

該方案設計時以實際應用為出發(fā)點，主要遵循以下原則：可靠性、兼容性、先進性、擴展性、易管理性、易維護性、安全性。該方案采用了海康威視視頻智能分析技術的應用，配套了iVMS-8800石油石化綜合監(jiān)控平臺軟件，智能分析功能強大，可根據石油系統(tǒng)自身管理要求和監(jiān)控現(xiàn)狀做進一步的定制開發(fā)，充分體現(xiàn)監(jiān)控安全防范管理的效率。

2.設計目標

針對油田的系統(tǒng)現(xiàn)狀，該方案采用了iVMS-8800平臺視頻監(jiān)控軟件，建立了一套適應油田安全生產的現(xiàn)代化綜合智能監(jiān)控系統(tǒng)，對前端的運行、業(yè)務、設備等進行管理，并滿足上級平臺集中管理、分層查看、分級監(jiān)督的需求，實現(xiàn)油田高清智能視頻監(jiān)控。

3.系統(tǒng)整體組網拓撲

數字油田視頻聯(lián)網監(jiān)控系統(tǒng)為分層、分區(qū)的分布，油田視頻聯(lián)網監(jiān)控系統(tǒng)主要由油田中心調度平臺、轉油站平臺構成，配合傳輸網絡組成一個完整的多級聯(lián)網系統(tǒng)。

根據上述拓撲圖可以看出，前端系統(tǒng)對站內的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行了整合，主要負責對油田視頻信息進行采集、編碼、存儲及上傳，并根據制定的規(guī)則進行自動化聯(lián)動。數字油田視頻聯(lián)網監(jiān)控系統(tǒng)的網絡承載于傳輸網絡綜合數據網，用于前端與平臺、平臺之間的通信，所有前端高清攝像機通過千兆光纖網絡上傳至轉油站，轉油站和總控中心采用千兆網絡實現(xiàn)所有視頻的傳輸。

由于系統(tǒng)功能及需求眾多，本文僅針對最前端油田采油井的智能應用進行簡單闡述。

4.采油井智能監(jiān)控應用

采油井智能分析監(jiān)控系統(tǒng)主要由視頻監(jiān)控系統(tǒng)和光纜振動報警系統(tǒng)組成，實現(xiàn)對油田現(xiàn)場的視頻圖像采集和周界防范。當光纜振動探測報警系統(tǒng)發(fā)生報警時，將報警信號傳輸給視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)球機自動調用到預置位，對報警區(qū)域進行圖像查看，自動跟蹤布防區(qū)域內出現(xiàn)非法入侵的人員或車輛，能夠直觀的將現(xiàn)場情況反饋到監(jiān)控中心。

油田采油工區(qū)各個采油點之間相距幾百米，有的則相距數公里，分布比較散，各地的井場甚至沒有保安人員，因此，采油機和井場的油氣儲存設備等均是安全防范的重點對象。部分采油點存在偷竊石油，盜取天然氣現(xiàn)象，對井場設備進行破壞或者盜竊，給國家財產帶來損失的同時也給現(xiàn)場人員安全帶來隱患。

現(xiàn)場采油機較為集中狀態(tài)下，需要針對每臺設備進行定點監(jiān)控，如果采用人工的方式通過遠程視頻監(jiān)控對偷油盜氣行為進行監(jiān)控，會存在諸多問題：人工長期監(jiān)控會引起疲勞，難以24小時不間斷對采油點現(xiàn)場情況進行監(jiān)控；人工發(fā)現(xiàn)采油點現(xiàn)場出現(xiàn)疑似偷油盜氣現(xiàn)象時，需要手動操作監(jiān)控設備來確認現(xiàn)場人員身份，工作效率低；監(jiān)控中心不能將所有采油點的視頻同時呈現(xiàn)在監(jiān)控大屏上，造成大多數采油點沒有被安保人員實時監(jiān)控等。

綜合上述因素，?？低曁峁┮徽字悄芤曨l監(jiān)控解決方案來對井場實現(xiàn)24小時全天候監(jiān)控，無需人工干預，對現(xiàn)場出現(xiàn)的人員或者車輛靠近采油/氣設備行為進行檢測，具體實現(xiàn)功能如下：

當發(fā)現(xiàn)疑似盜竊或破壞行為時通過安裝在監(jiān)控中心的揚聲器發(fā)出語音或者聲音報警，語音報警可以播報現(xiàn)場礦井編號等內容或自定義（如在井場安裝揚聲器，可在現(xiàn)場發(fā)出報警）；

在觸發(fā)報警瞬間抓拍現(xiàn)場圖片作為舉證依據；

對觸發(fā)報警的事件進行錄像作為現(xiàn)場歷史信息記錄；

可利用一個球機對現(xiàn)場多個采油機進行輪流監(jiān)控；

對正常設備維護工作人員進入井場引起誤報情況進行“暫時撤防”處理，以最大程度減少誤報；

5.采油井智能監(jiān)控系統(tǒng)功能特點

對采油機附近出現(xiàn)偷油盜氣行為進行檢測

對于采油井附近出現(xiàn)的各種行為進行智能分析處理，不需要對監(jiān)控場景繪制規(guī)則，采用全屏檢測即可實現(xiàn)。

該智能分析功能可實現(xiàn)“區(qū)域入侵”報警功能，即當監(jiān)控畫面中出現(xiàn)可疑人員或車輛時，對其進行跟蹤監(jiān)控識別，并生成綠色識別框，如圖3-5-1所示；若該人員或車輛長時間在該區(qū)域內進行徘徊、逗留時（持續(xù)時間可設置）觸發(fā)報警，并通知調控中心對現(xiàn)場情況進行核實，若該人員或車輛為正常行為，則人工消除報警信息；若該人員或車輛為非法闖入，則可聯(lián)動報警并可通過前端智能球機的報警輸出到揚聲器進行警告。

智能的自學習功能

采油井現(xiàn)場工作的采油機采用往復運動，對于前端的智能分析球機來說，屬于其動態(tài)監(jiān)測范圍，容易引起誤報，給中心工作人員造成較大的工作負擔。為此，該公司開發(fā)了智能的自學習功能，無需人工干預，系統(tǒng)對視頻中的各種運動軌跡進行自學習，判斷運動物體屬性。

當智能分析球機停止運動時，系統(tǒng)會通過自學習功能判斷并屏蔽抽油機引起的運動，從而避免由于抽油機往復運動引起的誤報。自學習過程需要一定時間，根據采油機驢頭運動的頻率耗時在1～2分鐘左右；自學習無需人工觸發(fā)，系統(tǒng)自動完成；自學習期間不會報警；若采油機由靜止狀態(tài)轉變?yōu)檫\動狀態(tài)，系統(tǒng)會重新學習，但學習期間可能存在誤報。

如果智能分析球機有兩個場景需要切換，對同一個場景不需要學習兩次，第二次切換到某場景時，可以利用之前的學習結果。

自學習之前和自學習之后對比如圖3-5-2，紅色框表示抽油機往復運動引起的誤報。

單球機實現(xiàn)對多采油機監(jiān)控功能

油田的采油井在同一個區(qū)域內有時存在多個采油機，那么為了減少項目投資，增加智能分析球機的利用率，該公司在此基礎上提供了基于多臺采油機之間架設一臺智能球機的解決方案，該智能球機可以對周圍多個采油機實現(xiàn)輪流監(jiān)控。

按照上述的需求，對智能分析球機設置多個預置位（球機在某角度和焦距的狀態(tài)可以設置為一個預置位，一臺球機最多可以設置十個預置位，即可對十臺抽油機進行輪流監(jiān)控），球機每隔若干時間更換預置位，對不同抽油機環(huán)境進行檢測，間隔時間可設置。演示見圖3-5-3。球機只在靜止狀態(tài)時開始對視頻進行分析并報警，球機運動過程中不會報警。

球機在非預置位時，如果若干時間內無操作，球機將自動回到上一個預置位。這樣可以預防如下情況發(fā)生：當球機被人為轉動但操作人員忘記將球機返回預置位，球機將不對井場視頻進行智能分析，此時出現(xiàn)盜竊行為時將造成漏報。

現(xiàn)場盜竊行為取證

油田的采油井區(qū)域內采用智能跟蹤球機實現(xiàn)智能監(jiān)控，智能跟蹤球機具備全自動跟蹤功能，當發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場出現(xiàn)疑似盜竊者會自動拉伸焦距對疑似人員進行跟蹤，看清其面部和體型特征。在觸發(fā)規(guī)則時截圖、在鏡頭拉伸過程中拍攝視頻，這些圖片和視頻可以作為證據供日后參考、舉證。球機可以設置跟蹤范圍，通過球機限位功能來實現(xiàn)，限制球機上下左右的跟蹤范圍。

若采用普通球機則需要配合后端分析儀的方案，當發(fā)生偷盜事件時只能對現(xiàn)場情況進行全局錄像、截圖，不能對疑犯進行跟蹤并看清面部、特性特征。

現(xiàn)場正常工作人員引起大量誤報的消除措施

由于井場設備需要日常維護，所以正常工作人員會出現(xiàn)在井場內對設備進行檢修和維護，智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)無法區(qū)分井場中的人員是在對設備進行檢修還是在盜竊油氣，所以往往出現(xiàn)誤報情況。

針對此類問題，該公司采用iVMS-8800平臺軟件配合，設置布防和撤防，在監(jiān)控中心軟件操作界面上增加“暫時撤防”按鈕，當現(xiàn)場出現(xiàn)疑似犯罪行為報警，監(jiān)控室工作人員如果發(fā)現(xiàn)是正常工作人員在現(xiàn)場作業(yè)，可以點擊暫時撤防按鈕，之后的若干分鐘內系統(tǒng)將不再報警，若干時間后智能分析將再次啟動，重新對現(xiàn)場進行智能檢測，屏蔽報警的時間可設置。這樣做可以最大程度簡化系統(tǒng)硬件建設，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時最大程度減少誤報。

6.優(yōu)勢分析

智能分析技術應用于數字油田監(jiān)控，可對油田的周界防范起到明顯作用，警戒線穿越、警戒區(qū)域入侵、進入/離開警戒區(qū)域、翻越圍欄、區(qū)域徘徊、人員聚集、物品遺留/拿取等不同行為的檢測及報警功能。

智能自動跟蹤功能，可對區(qū)域內出現(xiàn)的移動物體進行自動跟蹤識別，具備行為分析、人臉抓拍等功能，跟蹤時自動完成對人或非人跟蹤目標的檢測，并完成軀體分析，始終保證人體頭部在跟蹤過程中清晰可見，有效避免了跟蹤人時無法看到人臉的問題。

智能監(jiān)控系統(tǒng)平臺中的智能分析部分能提供多種不同的實用功能，并可按照用戶的不同需求進行定制，適用于各類監(jiān)控系統(tǒng)中，減少設備的誤報率，提供工作效率等，可廣泛應用于油田的各種復雜工作場景。

結語

該公司主研發(fā)的高清智能分析球機及配套的iVMS-8800平臺軟件，對油田進行安全防護。自動跟蹤球機能夠實現(xiàn)區(qū)域入侵、穿越警戒面等行為的自動分析識別，對嫌疑行為進行自動放大跟蹤，實現(xiàn)對油田油機加強防護的作用，達到24小時自動防護的目的，較大幅度減少工作人員的工作負擔，提高了工作效率。

通過上述油田的實際應用，可看出此類方式可在其他油田進行復制推廣，將油田的智能監(jiān)控應用提升到一個新的高度，向著一個真正意義上的智能型的數字化油田前進了一大步。

第五篇：不停氣帶壓封堵技術在長輸天然氣管道上的應用（推薦）

【摘要】不停氣帶壓封堵技術采用筒式封堵器來對管線進行封堵，用雙封堵導流，運行介質臨時走旁通管線，把原有管線與新管線連接后，介質再轉輸入新管線，整個施工過程保證了管線輸送的連續(xù)性，在保證經濟穩(wěn)定發(fā)展的前提了，保證了管道安全平穩(wěn)的運行，該技術的應用為長輸天然氣管道的管理單位提供了福音。

【關鍵詞】天然氣管道 帶壓封堵 封堵器 旁通 放空

由于長輸天然氣管道涉及的地域廣，周邊環(huán)境復雜，加之隨著經濟建設的發(fā)展，在管道周圍不斷有新的社區(qū)、鐵路、公路、電纜等規(guī)劃建設，給管線安全運行帶來巨大的威脅，往往采取管道改線的方式消除安全隱患，為了不影響下游眾多工業(yè)及民用正常用氣，在施工中管道確保正常運行。不停氣帶壓封堵技術原理

不停氣帶壓封堵技術采用筒式封堵器來對管線進行封堵，用雙封堵導流，運行介質臨時走旁通管線，把原有管線與新管線連接后，介質再轉輸入新管線，整個施工過程保證了管線輸送的連續(xù)性。

適用范圍

該技術主要適用于帶壓管線在不停輸介質、不降低壓力保證正常運行的情況下，管道的更換、移位、更換閥門及增加支線的作業(yè)，也可以在管道發(fā)生泄漏時對事故管道進行快速、安全地搶修，恢復管道的運行。

3.2 管線不停輸開孔封堵工藝概述

3.2.1？開旁路孔

管道開旁路孔目的在于管道在不停產帶壓的情況下加接旁路、三通等施工工藝，首先在管道焊接法蘭短節(jié)，然后在法蘭上面按照壓力等級合適的閘閥，要求閥門同心、通徑；就緒后將閥門完全打開，連接開孔鉆機進行開孔，開孔完畢后，將刀具提至連箱，同時將切割下的管材套料帶出，關閉閥門，拆下鉆機進行旁支的連接。

3.2.2？管線封堵

該工藝主要用于帶壓輸送管線的維修、搶險、更換，以及站區(qū)的改造等。根據現(xiàn)場的不同情況，該工藝可以分為三種形式：單封、雙封雙堵、四封四堵。

單封：適用于站內改造，如：加設閥門和儀表、搶險、更換管段。利用站內閥門組提供的便利施工條件，通過單堵的形式達到雙封的效果。降低施工的價格和難度（施工過程中只需封堵一處）。

雙封雙堵：適用于短距離的管線改造，如：加設旁路管線、加設管線的主控閥門等（施工過程中需要封堵兩處）。管線被封死后，介質暫時有臨時旁管線通過。此時便可以封死的管段進行作業(yè)。

四封四堵就是在兩個相隔較遠的地方分別進行雙封雙堵，利用原有的管線做旁通管線，施工過程中需要封堵四處，適用于長距離的管線改造。

3.3 封堵方案的確定

（1）根據新管線更換距離長度，選擇適合的封堵方式。

（2）封堵施工方法及措施必須遵照《油氣長輸管道工程施工及驗收規(guī)范》（gb50369-2006）和《鋼制管道封堵技術規(guī)程 第一部分：塞式、筒式封堵》st/t6150.1-2003要求實施。

具體應用舉例

4.1 天然氣長輸管線長距離更換管線

長距離更換管線利用更換段作為旁通管線需要封堵4個點，具體施工程序是：

（1）在1、2、3、4個號點管線外壁焊接特制三通件。

（2）用密封割刀切割1、2、3、4號點原管線，并把切掉段取出；連接旁通

一、旁通二。

（3）1、2、3、4號點封堵，氣從上游段走旁通一→更換段→旁通二→下游段正常供氣。

（4）封堵段1號至2號，3號至4號分別接放空閥鉆孔放空。

（5）切割封堵段新舊管線在連接點連接；1號、4號封堵點解封，氣走新更換管線。

f.拆除旁通

一、旁通二；把1號、4號封堵點割掉的管線下入管線內，并固定；用法蘭封住1號、4號封堵點特制三通上部法蘭口，并做好防腐處理。

4.2 天然氣長輸管線短距離更換管線

短距離更換管線需要2個封堵點，把更換段切割掉，換上新管線。

施工安全性分析

封堵器是經過管線壁厚測量儀測試后確定的點，焊接三通時，不會出現(xiàn)電弧燒穿管線漏氣的問題；切割管線時，切割速度平穩(wěn)，密閉切割，有氮氣保護，不會引起著火現(xiàn)象；管線上三通焊接完后，進行水壓試驗，合格后才進行切割管線，施工過程中不會出現(xiàn)天然氣泄露；平板閘閥是安裝在特制三通上口法蘭上，該閥門承壓能力高，開關靈活，密封性能高，出現(xiàn)任何問題都可以用該閥門控制；封堵器是在外力的作用下實現(xiàn)封堵的，封堵效果可稱為剛性封堵，外力不變封堵器始終起作用。

結論

不停氣帶壓封堵技術在長輸天然氣管道上的應用，解決了由于施工改造停氣帶來的下游用戶停產、停氣帶了的社會負面影響，在保證經濟穩(wěn)定發(fā)展的前提了，保證了管道安全平穩(wěn)的運行，該技術的應用為長輸天然氣管道的管理單位提供了福音。

作者簡介

賈美勝（1975-）男，漢，四川劍閣人，工程師，主要從事天然氣管道生產運行管理工作。