水平倾斜角

2024-06-10 版权声明 我要投稿

水平倾斜角(精选10篇)

水平倾斜角 篇1

目前观测桥墩变位的方法有:大地测量方法、特殊测量方法(如倾斜测量、激光准直测量)、摄影测量方法等。

(一)桥墩水平位移观测的基本思路

观测桥墩变位的常用方法是:对于设有永久性控制检测点的桥梁墩台与基础,可通过测量该检测点平面坐标与高程的变化分析其变位。对于无永久性控制检测点的桥梁墩台与基础,可采用几何测量、垂线测量、光学测距等间接测量的方法,或通过测量桥梁结构几何形态系数变化推定其变位。本文用几何测量方法,观测墩台的变位。

1. 在河岸布设两个永久参考点,架设全站仪在其中一个永久参考点上,得出两个永久参考点的平面坐标。

2. 重新架设全站仪,根据几何关系换算出全站仪的平面坐标。

3. 观测各墩台测点与永久参考点的夹角、各测点间的水平距离,计算出各墩台测点的平面坐标。

4. 根据坐标系平移与转动的几何关系,计算出测点在原设计坐标系中的坐标。

5. 计算墩台沿纵桥向和横桥向的位移变化。

6. 对比前两次观测结果,分析墩台的变位。

7. 再次观测墩台测点,重复上述第2~6步。

(二)桥墩水平位移观测

1. 永久参考点坐标的确定

先在岸边布设两个永久参考点。将全站仪架设在图1所示的永久参考点1上,读取水平距离l1、l2、l10和夹角α1。建立平面坐标系,以永久参考点1为坐标原点,设坐标系的x轴与两个永久参考点的连线平行,则永久参考点2的平面坐标为:

桥墩测点1的平面坐标为:

2. 全站仪架设位置平面坐标的确定

重新架设全站仪,见图2所示,读取水平距离l3和夹角α2,则全站仪架设位置1的平面坐标为:

当全站仪架设在位置2时,读取水平距离l8和夹角α3,可得到:

l9=l1sin[π-α3-arcsin(l8sinα3/l1)]/sinα3(4)

位置2的平面坐标为:

3. 桥墩观测点坐标的确定

当全站仪架设在位置1时,读取水平距离l3、l6和夹角

故测点2的平面坐标为:

当全站仪架设在位置2时,读取水平距离l8和夹角α7,则有:

测点7的平面坐标为:

读取水平距离l12和夹角α8,则有:

测点8的平面坐标为:

其他墩台测点坐标的计算过程类似,这里从略。

4. 原设计坐标与新坐标的关系

设原设计坐标系为x’0y’,新坐标系为x0y,见图5所示,新坐标系原点在原设计坐标系中的坐标为:

式中,x1、y1分别为测点1在新坐标系下的坐标;x’1、y’1分别为测点1在原设计坐标系下的坐标;β为原设计坐标系与新坐标系的夹角,按式(19)计算:

则所有墩台测点在原设计坐标系下的坐标为:

5. 桥墩沿纵桥向和横桥向的水平位移

将原有设计坐标系换算为Y方向与桥梁行车方向平行的坐标系,两个坐标系的原点不变,可计算出墩台沿纵桥向和横桥向的水平位移为:

式中,γ为原有坐标系与桥梁横桥向的夹角。

(三)桥墩倾斜观测

当观测桥墩的倾斜时,被观测桥墩的盖梁必须离水面有一定的距离。对于观测点,应满足以下条件:尽量布设在最高水位以上,且要求观测点不易被河水腐蚀;在每个桥墩布设两个观测点,要求这两个测点在同一垂直线上,建议两点距离不小于1 m;应确保所有测点容易被观测到。

当桥墩墩柱出水面的长度较长时,可将两个测点都布置在桥墩立柱上;当桥墩墩柱出水面的长度较短时,可分别布设在墩柱和盖梁处,见图6所示。

1. 桥墩倾斜观测点沿纵桥向和沿横桥向的变化

类似前面介绍的桥墩测点平面坐标的计算方法,根据式(6)~式(17)可计算出桥墩上、下测点在新坐标系下的坐标。然后根据式(18)~式(21)将其换算成沿纵桥向和横桥向的水平位移。

2. 桥墩倾斜角的计算

按式(22)计算出桥墩的倾斜角:

式中,ΔXi上、ΔXi下分别为同一墩柱上、下测点沿横桥向的相对位移(与上一次的观测结果相比);ΔYi上、ΔYi下分别为同一墩柱上、下测点沿纵桥向的相对位移;lij为同一墩柱上、下测点的距离。

(四)算例

广州市生物岛施工钢便桥位于南部快速干线小州大桥下游约400 m处,西接海珠区瀛州生态公园,东接生物岛。

上部结构由1联2×15 m,3联3×15 m,1联3×12 m的连续组合梁组成,全桥长214.47 m,宽9.7m,双向两车道,两侧人行道宽1 m。选择国产贝雷架为受力单元,由5片纵梁组成,纵梁间距175cm。顺桥向每3 m间距设置一个横向支撑架。横梁用2根22号槽钢中间夹钢板焊成梁,间距为1.5 m。桥面为预制混凝土简支板,加铺12~15.75 cm厚的整体化层。桥墩采用2根φ100 cm钢管桩,墩顶盖梁用8500×1000×14 mm作上、下面板,8500×642×10 mm作腹板。桥台为重力式桥台,采用6根φ50 cm钢管桩,墩顶盖梁用8500×1000×14 mm作上、下面板,8500×642×10 mm作腹板。

根据外观检查,该桥15#轴桥台已出现沿横桥向的倾斜,倾角为1°44′。为了观测该桥的墩台在长期运营过程中的变位,选择有伸缩缝的桥墩布设观测点,见图7所示。6#轴和9#轴桥墩布设倾斜观测点。原设计坐标与观测坐标(已换算到原设计坐标系)的结果见表1所示,为了减少边幅,将x'坐标的数值减去21000 m,y'坐标的数值减去48000 m。

从表2可见,最大水平位移在位于河中的6#轴桥墩测点,15#轴桥台的横桥向水平位移较大,可能是由于其发生横桥向倾斜引起的。

从表3可见,9#轴桥墩的倾斜角度不大,基本满足使用要求,但应对其进行定期观测,总结出其倾斜趋势和随时间变化量。

桥墩观测坐标与原设计坐标有偏差主要原因是:1.由于地质条件的变化,桥墩发生了水平位移和倾斜。2.桥梁在施工过程中放线有偏差。3.本次观测过程中读数偏差。4.根据观测数据计算平面坐标时,由于计算精度引起的误差。

(五)结论

1. 经过长期的运营和受到河流的冲刷,桥梁墩台有可能出现水平位移、不均匀沉降和墩身倾斜,故应对墩台的变位进行定期观测。

2. 合理布置观测点,是便于观测、提高观测精度的关键。

3. 在河岸布设两个永久参考点,通过观测桥墩测点的距离和夹角,就能计算出所有测点的平面坐标,经过定期观测和数据处理,预测桥墩变位趋势。

摘要:文章首先建立以位于岸边的永久参考点为坐标原点的平面坐标系,通过观测各桥墩测点的夹角和距离,计算出其平面坐标。然后将其转换到原设计坐标系,根据测点坐标随时间变化,算出桥墩沿纵桥向和横桥向的水平位移。在每根墩柱上布设上、下两个测点,定期观测桥墩的倾斜。该方法要求永久参考点和桥墩测点布设合理。

关键词:桥梁工程,桥墩,水平位移,倾斜

参考文献

[1]冯忠居,张永清,李晋.堆载引起桥梁墩台与基础的偏移及防治技术研究[J].中国公路学报,2004,17(3):74-77.

[2]高广义,李锡胤,王长兴,万升钧.中山二桥施工监测报告[J].桥梁建设,1997,2:39-44.

[3]肖兴霖.广西某大桥变形观测方法研究[J].广西工学院学报,2007,18(2):100-104.

[4]赵宗源,姜凤岐,尹国学.浅谈桥梁变形成因及观测方法[J].森林工程,1999,15(1):52-53.

水平倾斜角 篇2

(1)了解直线方程的概念,正确理解直线倾斜角和斜率概念,

(2)理解公式的推导过程,掌握过两点的直线的斜率公式.

(3)培养学生观察、探索能力,运用数学语言表达能力,数学交流与评价能力.

(4)帮助学生进一步理解数形结合思想,培养学生树立辩证统一的观点,培养学生形成严谨的科学态度和求简的数学精神.

教学重点、难点:直线斜率的概念和公式

教学用具:计算机

教学方法:启发引导法,讨论法

教学过程():

(一)直线方程的概念

如图1,对于一次函数 ,和它的图像――直线 有下面关系:

(1)有序数对(0,1)满足函数 ,则直线上就有一点A,它的坐标是(0,1).

(2)反过来,直线上点B(1,3),则有序实数对(1,3)就满足 .

一般地,满足函数式 的每一对 , 的值,都是直线上的点的坐标( , );

反之,直线上每一点的坐标( , )都满足函数式 ,因此,一次函数 的图象是一条直线,它是以满足 的每一对x,y的值为坐标的点构成的.

从方程的角度看,函数 也可以看作是二元一次方程 ,这样满足一次函数 的每一对 , 的值“变成了”二元一次方程 的解,使方程和直线建立了联系.

定义:以一个方程的解为坐标的点都是某条直线上的点,反过来,这条直线上的所有点坐标都是这个方程的解,这时,这个方程就叫做这条直线的方程,这条直线就叫做这个方程的直线.

以上定义改用集合表述: , 的二元一次方程的解为坐标的集合,记作 .若(1) (2) ,则 .

问:你能用充要条件叙述吗?

答:一条直线是一个方程的直线,或者说这个方程是这条直线的方程的充要条件是…….

(二)直线的倾斜角

【问题1】

请画出以下三个方程所表示的直线,并观察它们的异同.

; ;

过定点,方向不同.

如何确定一条直线?

两点确定一条直线.

还有其他方法吗?或者说如果只给出一点,要确定这条直线还应增加什么条件?

学生:思考、回忆、回答:这条直线的方向,或者说倾斜程度.

【导入】

今天我们就共同来研究如何刻画直线的方向.

【问题2】

在坐标系中的一条直线,我们用怎样的角来刻画直线的方向呢?讨论之前我们可以设想这个角应该是怎样的呢?它不仅能解决我们的问题,同时还应该是简单的、自然的.

学生:展开讨论.

学生讨论过程中会有错误和不严谨之处,教师注意引导.

通过讨论认为:应选择α角来刻画直线的方向.根据三角函数的知识,表明一个方向可以有无穷多个角,这里只需一个角即可(开始时可能有学生认为有四个角或两个角),当然用最小的正角.从而得到直线倾斜角的概念.

【板书】

定义:一条直线l向上的方向与 轴的正方向所成的最小正角叫做直线 的倾斜角.

(教师强调三点:(1)直线向上的方向,(2) 轴的正方向,(3)最小正角.)

特别地,当 与 轴平行或重合时,规定倾斜角为0°.

由此定义,角的范围如何?

0°≤α<180°或0≤α<π 如图3

至此问题2已经解决了,回顾一下是怎么解决的.

(三)直线的斜率

【问题3】

下面我们在同一坐标系中画出过原点倾斜角分别是30°、45°、135°的直线,并试着写出它们的直线方程.然后观察思考:

直线的倾斜角在直线方程中是如何体现的?

学生:在练习本上画出直线,写出方程.

30° ß--à =

45° ß--à =

135°ß--à =

(注:学生对于写出倾斜角是45°、135°的直线方程不会困难,但对于倾斜角是30°可能有困难,此时可启发学生借用三角函数中的30°角终边与单位圆的交点坐标来解决.)

【演示动画】

观察直线变化,倾斜角变化,直线方程中 系数变化的关系

(1) 直线变化→α变化→ 中的 系数 变化 (同时注意 α的变化).

(2) 中的x系数k变化→直线变化→α变化 (同时注意 α的变化).

教师引导学生观察,归纳,猜想出倾斜角与 的系数的关系:倾斜角不同,方程中 的系数不同,而且这个系数正是倾斜角的正切!

【板书】

定义:倾斜角不是90°的直线,它的倾斜角的正切叫做这条直线的斜率.记作 ,即 .

水平倾斜角 篇3

课题“直线的倾斜角与斜率”选自中等职业教育课程(基础模块)(下册),主要内容是直线倾斜角与斜率的概念以及数形结合的思想方法。本节课通过微课设置情境幫助学生理解概念,利用几何画板帮助学生探究倾斜角和斜率的变化规律。学习和借鉴了翻转课堂的教学理念。课前,让学生观看教学视频,并完成课前练习反馈表。课堂上,解决学生课前自学中产生的疑惑,并借助几何画板演示倾斜角与斜率的变化过程,推动学生去发现倾斜角与斜率的变化规律,促进知识的内化;通过课后分层作业,拓展学生思维,针对作业中存在的问题,制作了发展题的解题视频,便于学生重复观看,自主学习,达到突破难点的目的。

【教学过程】:

一、课前自学

教师活动:

使用qq群共享文件,将微课视频,课前练习反馈表传给学生,让学生课前自学。

学生活动:

观看微视频,完成课前练习,找出困惑并反馈

设计意图:

在微课中,通过跷跷板,雨刮,汽车转速表这些例子,引导学生发现“过一点的直线有无数条,它们的区别是倾斜程度不同。”,然后建立直角坐标系,引出倾斜角的定义。再通过小游戏“愤怒的小鸟”中弹出小鸟的角度,高度,前进的距离三者的关系,以及“汽车上坡”中坡角,升高量、前进量三者的关系,引出斜率的定义。

二、课堂活动 答疑解惑

教师活动:

活动一 如图所示,说出图中正各边所在直线的倾斜角

根据学生在课前练习中出现的错误情况,总结以下困惑:

问题1、“为什么要按逆时针方向旋转”?

学生活动: 学生复习角的定义,理解“为什么要按逆时针方向旋转?

解决方案:复习角的定义,其中规定“按逆时针方向旋转得到的是正角;按顺时针方向旋转得到的是负角;不发生旋转为0角。

问题2、怎样理解“最小正角”?

解决方案:让学生观看视频

从x轴正方向旋转到与直线重合有多种情况,角不是唯一的,为了保证每条直线的倾斜角是唯一的,所以限定为最小正角。

对学生进行一对一辅导,答疑解惑

学生活动:

学生观看视频,理解“什么是最小正角?”

学生以小组进行讨论,分析自已的错误原因并更正。

设计意图:

根据学生在课前练习中出现的错误,总结学生对概念理解的偏差,剖析概念,加深学生对概念的理解。

教师活动:

活动二 让学生自己出题,考察其他同学

如图所示,说出图中正各边所在直线的倾斜角

学生活动:

学生合作讨论,变换三角形的位置,考察其他同学

设计意图:

让学生做学习的主人,自主出题,解题,激发学生的探索热情,培养学生的创新能力

教师活动:

活动三 已知直线的倾斜角,回答其斜率的值

以抢答赛的形式,小组抢答积分

设计意图:

以抢答赛的形式,活跃课堂气氛,针对学生对某些特殊角的正切值还不熟悉的情况,帮助学生记住特殊角的正切值。

教师活动:

活动四 (1)已知直线的倾斜角为,且,则直线的斜率的取值范围是___

(2)已知直线的倾斜角为,且,则直线的斜率的取值范围是____________

解决课前提高题的困惑

解决方案:

1、观察活动三中完成的表格,让学生总结规律

2、通过几何画板演示倾斜角与斜率的动态变化过程,让学生总结规律,画出正切函数的图像

设计意图:先通过活动三中的特殊角与它们所对应的斜率值,让学生初步认识到倾斜角与斜率的变化规律;再通过观看几何画板中倾斜角与斜率的动态变化过程,让学生直观体验倾斜角与斜率的变化规律,让学生体会从特殊到一般的认知规律。

教师活动:

活动五 关于直线的倾斜角和斜率,其中说法是正确的是___

A.任一条直线都有倾斜角,也都有斜率

B.直线的倾斜角越大,它的斜率就越大

C.平行于轴的直线的倾斜角是或

D.两直线的斜率相等,它们的倾斜角相等

E.直线斜率的范围是(-∞,+∞)

F. 一定点和一倾斜角可以唯一确定一条直线

G.一倾斜角可以唯一确定一条直线

学生活动:

学生小组讨论,画图,找出反例,判断命题的正误

设计意图:

通过对7个命题的判断,让学生更好的理解倾斜角和斜率定义及其关系,进一步突破难点

教师活动:

活动六 在同一直角坐标系中作出下列直线,,

并指出它们的斜率,你能发现什么规律?

先让学生画出图像,求出斜率,然后请学生总结规律

设计意图:

通过这个活动,让学生认识到:

1、可以通过解直角三角形的方法去求斜率

2、通过求出的斜率的值,推动学生发现斜率和一元一次函数中的系数之间的关系

课堂小结

提出问题:有哪些方法可以确定一条直线的位置

1、两点可以确定一条直线的位置

2、一点倾斜程度可以确定一条直线的位置

倾斜角从几何角度刻画了直线的倾斜程度,斜率从代数角度刻画了直线的倾斜程度。

分层作业

基础题:1、如图所示,说出图中正方形 ABCD各边所在直线的倾斜角及斜率

思考:

(1)两直线平行,它们的倾斜角有什么关系?斜率呢?

(2)两直线垂直,它们的倾斜角有什么关系?斜率呢?

2、填表

发展题:(1)已知直线的斜率为,且,求直线的倾斜角的取值范围(2)已知直线的斜率为,且,求直线的倾斜角的取值范围

设计意图:

对于不同层次的学生都有收获,同时把数学的学习延伸到课外,理论与实践相结合

课后感悟:

水平和倾斜井中钻屑时滞的测定 篇4

钻屑的传输是钻井过程的一个重要组成部分。已经进行了大量的实验来研究从井眼中清除钻屑的相关因素。钻屑是所钻地层信息的一个非常好的来源。然而, 这些信息只有当特殊岩石样品放置在特定位置时才有效。应该运用更加精确的钻屑传输模型来评估钻井泥浆和钻屑从同一位置到达地面所需要时间的不同。

2 模型发展

时滞图表和模型的发展起始于实时钻头位置和地面收集到的钻屑源深度之间关系的推导。在这些关系中, 无论对于水平、倾斜还是垂直结构, 钻屑速度是最重要的计算参数。时滞图表是通过钻屑速度和导出的钻屑源深度的关系得到的。

运用已知的钻井参数, 例如钻头深度和钻进速度 (ROP) , 并进行一定的假设, 可以得到钻屑源深度和实时钻头深度的关系。

图1是一个直井的简图。出现在地面的岩屑的来源深度在A点。这些岩屑被钻下之后一段时间, 又钻进了一段距离F到达了钻头深度DC。岩屑源函数由公式给出, 它将钻头位置和岩屑源深度联系起来。在不同的钻头深度评估这个函数就得到了时滞图表。

3 实验设备

这项实验的主要目的是测量水平和高度倾斜井结构在模拟的钻井条件下的岩屑平均速度。实验是在塔尔萨大学钻井研究项目的低压室温流动回路中完成的。这个流动回路由六个主要部分组成:环空测试管段、岩屑注入系统、岩屑分离系统、泥浆循环系统、提升系统以及数据采集和控制系统。测试管段长度为100 ft (1 ft=30.5 cm) , 由透明的丙烯酸外套管 (内径8 in, 外径9 in, 1 in=25.4 mm) 和铝制的内钻杆 (外径4in) 组成。钻杆最大旋转速度是140 r/min。一个模拟的机械钻速由设置在测试管段端部的岩屑注入系统提供。在测试管段的尾部, 岩屑通过一个分离系统 (工业泥浆振动筛) 。泥浆循环系统是由一个容积为100 bbl (1 bbl=159 L) 的泥浆罐、一台75 hp (1 hp=0.746 kW) 的离心泥浆泵、一条主泥浆流动管线、一条旁通管线和两条岩屑传输管线组成。当测试管段处于水平位置时, 最大的水泵入速率是700 gal/min (1 gal/min=3.785 L/min) 。数据采集软件自动以2 Hz的频率记录数据。数据记录包括泥浆泵入速率、泥浆密度、井眼倾斜角、钻杆旋转速度、沿测试管段的压差、测试管段入口和出口的压力和温度、岩屑注入和收集速率、注入罐和收集罐的重量。使用该软件和独立控制面板的内部控制室可以控制泵入速率、钻杆旋转速度、螺旋推进速度、泥浆振动筛、提升机和空气驱动阀门。

为了测量岩屑床高度和岩屑的速度, 这个试验设备具有一个移动照相系统, 该系统由可以沿流动回路移动的底座和两个便携式标准视频照相机组成。两个相机聚焦于测试管段上, 可以直接观察颗粒在环空内部的运移。当需要的测试条件具备时, 立刻启动照相机。

4 技术原理

使用移动照相机系统测定钻屑速度。在每个实验中, 在模拟的钻井条件下建立了一个稳定的岩屑床。照相机系统沿流动回路扫描时记录岩屑床。当照相机位于测试管段出口端时, 向流动回路注入特殊标识的岩屑。照相机记录下标识的岩屑运移通过测试管段的整个流动过程。这时, 流体流动和岩屑注入停止, 照相机记录整个测试管段岩屑床的高度。

对于每个实验都要记录两个视频, 每个视频记录透明套管的一边。视频是数字化的。从数字化视频中可以提取两种信息__岩屑速度和岩屑床高度。对于岩屑速度数据, 一种人工可视化追踪技术可以用来确定注入的示踪粒子的传输时间。一个声频信号指示示踪粒子开始注入。然后可以通过观测视频确定初始和最后的岩屑传输时间。初始的传输时间是当照相机第一次观测到标识的岩屑的时间, 最终传输时间是视频上最后看到标识的岩屑的时间。

只可以在移动层观测到标识的岩屑, 这是因为很难观测到岩屑在分散层的传输。因而, 可以计算岩屑在移动层传输时的平均速度。从视频数据中可以得到的第二个重要的测量数据是倾斜或者水平结构中岩屑床的高度。在标识的岩屑通过测试管段之后, 流体流动和岩屑注入停止。然后移动照相机系统在流体饱和的状态下慢慢沿着透明套管移动, 记录20个设定点中每个点处的岩屑床的高度。

5 结果和讨论

在岩屑时滞实验中, 观察到一个具有三个不同层的平衡流动:在环空的顶部是被稀释的悬浮颗粒层 (悬浮层) ;在环空的底部是一个稳定的岩屑床 (稳定岩屑床) ;处于稳定岩屑床上面并且将其与悬浮层分隔开的是运动颗粒中间层 (运动层) 。通过实验来确定井眼倾斜、流体类型 (或者流变性) 和管子旋转对移动岩屑床中岩屑速度的影响程度。在某些情况下, 影响可能很大, 多达23%。

在移动岩屑床中岩屑速度是流体速度的一个函数。流体速度通过体积流体泵入量和岩屑床高度计算得到。在本文中, 在测定流体速度的同时考虑了岩屑床的高度是本研究的一个主要的不同, 这样可以进行岩屑速度和实际流体速度的比较。

对于每个数据点, 使用两个不确定性模型计算得到不确定值。这些模型在许多情况下具有95%的可信度, 并且包括对称和随机来源。此外, 由于不确定影响的传播, 应用泰勒级数使得不确定性 (误差) 也得以传播。

5.1 井眼角度影响

在实验的倾角范围内, 井眼倾角对移动层中岩屑速度的影响很小。当钻杆以40 r/min转动、流体为水时, 在水平和与水平呈20°情况下几乎看不到速度的差别 (图2) 。对于聚合物基钻井流体, 倾斜对岩屑速度有微小的正面影响。在这些情况下, 岩屑速度增加了6%。与其相反, 在水基情况下倾斜产生了负面影响。然而, 在这两种情况下, 误差都在6%~9%的允许范围内。

5.2 流体类型影响

在这些实验中, 对于聚合物基流体可以观察到一个更加稳定和轮廓明显的移动层, 而对于水基观察到更多的是紊流。对于水平结构没有旋转管柱的情况, 没有观察到水基或者聚合物基流体中岩屑速度的不同。与水平情况相反的是, 在与水平呈20°倾角的情况下, 观察到聚合物基和水基流体中岩屑速度有很大的不同, 聚合物基中岩屑平均速度比水基大12%。此外, 当使用聚合物流体时, 对于倾斜的结构, 观察到移动层高度有微小的增长。一个更厚的移动层促进了一个更加有规则的传输机理的形成;而且, 岩屑之间的摩擦和相互作用降低, 这导致了一个更加稳定的岩屑轨迹的形成。因此, 动能损耗更少, 导致了更加高效的岩屑传输和岩屑速度的微小增加。而且, 一个更加分散的移动层可能减小粒子间相互碰撞, 降低了颗粒速度波动效应并且形成了一个更加稳定的传输机理。

虽然在水平结构没有管柱旋转的情况下在聚合物基和水基中的岩屑速度基本相同, 但是当旋转的管柱加入时, 速度出现了不同。然而, 这个增大是协同效应的结果。

5.3 钻杆旋转

对于所有的结构和流体, 管柱旋转对岩屑速度有积极效果。管柱旋转是动能的来源并且对于钻井系统有多种影响。没有岩屑床, 管柱旋转将会在环空中引起螺旋流。然而, 在管子一侧岩屑床的出现干扰了岩屑的螺旋流动轨迹, 从而引起流型的改变。但是, 在岩屑传输过程中, 观察到在钻杆的附近有间断的半螺旋轨迹存在。在水基流体管柱旋转时观察到有高度的紊态流。

管柱旋转时观察到岩屑速度明显增加, 可达11%~19%。虽然紊流的出现产生了一个破坏的传输机理和移动层, 但是它增加了颗粒的相互作用和悬浮。由于紊流产生的无规则的悬浮促进了漂浮。当物体被其前面的一个物体保护或者屏蔽起来时, 作用在这个物体上的阻力减小, 所以它倾向于沿着相同的轨迹运移。减小的阻力使滑脱速度降低。管柱旋转时可以观察到成团的移动粒子。

5.4 综合影响

直线倾斜角与斜率说课稿 篇5

二、教材分析 1、地位及作用:

该节是继学了空间几何后学习用代数方法研究解析几何问题的第一堂课,直线的倾斜角与斜率是解析几何的入门课,担负着开启全章的重任.倾斜角是几何概念,它主要起过渡作用,是联系新旧知识的纽带;

斜率不但是本节课的核心内容,更是整个解析几何的重要概念之一,也为后续学习微积分奠定了基础. 2、教学目标:

基于上述分析,结合数学课程标准的要求,考虑到学生已有的认知结构、心理特征,制定如下的三维目标:

(1)知识目标:理解倾斜角和斜率的概念,掌握两点斜率公式及应用.(2)能力目标:通过坐标法的引入,培养学生观察归纳、对比、转化等辩证思维,初步感悟用代数方法解决几何问题的思想方法,提高抽象概括能力.(3)情感目标:通过主动探索、合作交流来感受数学学习的乐趣.鼓励学生积极、主动的参与教学过程,激发求知的欲望. 3、教学重难点:

(4)重点:直线倾斜角和斜率的概念,两点斜率公式及其应用.(5)难点:斜率概念的理解,两点斜率公式的推导. 三、教法和学法分析 本节课作为直线与方程的第一节起始课,需要建立概念模型.考虑到高一学生的认知结构,我以讲解法为主.为提高学生的参与度,让学生亲身体验知识的形成过程,以探究式教学法为辅.在教学过程中师生互动,小组讨论,借助多媒体、几何画板,积极开展探究活动.根据学生已有的知识储备和心理特征,确定学法为:引导探究、小组讨论、合作交流。

三、教学过程 教学过程中分为复习思考、探究新知、讲练结合、总结归纳、分层练习五个环节.1、复习思考 首先通过两个问题,“直角坐标系中怎么确定一条直线”“过一个定点能确定一条直线吗”,引导学生注意过定点的直线束其倾斜程度不同.图1 x 0 y p 设计意图:对旧知的复习是为新知构建知识基础,复习思考作为教学的先行组织者,体现了奥苏泊尔的同化理论学说.2、探究新知(探究活动一:倾斜角概念的得出)将过定点的直线束抽象出来,如图1所示,再次提问:

“经过一点P的直线有无数条,怎样借助轴描述直线倾斜程 度?”请看大屏幕,我借助【PPT】在图1中动态展示倾斜角的定义,以此引导学生通过观察,自主定义倾斜角,培养学生的观察归纳能力.知识注重应用.因而,当这部分知识讲解完后,我将通过例1中前三个题来强化学生对知识的理解.利用第四个题引出对倾斜角取值范围的探究,并借助几何画板动态展示,得出倾斜角的范围.例1 请同学们画出前3条直线的倾斜角. o y X o y X o y X y X o(探究活动二:斜率概念的得出)图2 o y X 为得出斜率,我首先提问:“生活中,有没有表示倾斜程度的量?”,学生不难想到初中经常遇到的坡度实例.【PPT】上展示坡,强调坡度等于升高量比上前进量.将坡放到直角坐标系中,画出坡面所在直线.如图2 由老师提出问题:“坡度是表示坡倾斜程度的量,坡面所在直线倾斜程度是否可以用类似于坡度的 量表示”,学生得出结论.进一步提问:“这个量与刚才所学倾斜角有何关系”.在问题驱动下让学生观察、类比得出斜率的概念.这个过程让学生感受数学源于生活,并体验从直观到抽象的过程,培养学生观察、归纳、联想的能力.为了巩固这个陈述性知识,设计了两个练习题,一个口答题:“例2 当倾斜角时,这条直线的斜率分别等于多少?”一个关于倾斜角与斜率关系的表格题:“例3 当倾斜角分别为零角、锐角、直角、钝角的直线的斜率的取值范围分别是什么?” 倾斜角 斜 率 表格题直观清晰,有助于加深学生对倾斜角与斜率关系的理解.(探究活动三:斜率公式的发现)斜率概念已经建立,在此基础上向学生提出问题:“坐标系中,两点确定,直线确定,直线斜率确定,两点与直线斜率有何关系呢?”,并让学生思考【PPT】上的问题.这个问题直接指向了本节课的一个重点和难点即两点斜率公式的发现.怎样能更好的突出重点,突破难点,设计了如下环节.首先我会在讲斜率时着重强调了坡度的定义:升高量比上前进量.此时提示学生可以转化到直角三角形中求斜率.新课标中提出:学生是学习的主体,老师是学习的引导者。因此提示之后我把学生分为两个组,同时讨论倾斜角为锐角的情况.大胆放手,把课堂交给学生,学生相互讨论,老师巡视观察并适时给予一定的指导.之后请学生代表阐述自己小组的成果,无论学生能否找到正确方法,对于其过程都予以肯定.对于思路正确的学生,老师用多媒体配合学生,师生共同交流探讨,进而得出斜率公式:.对于倾斜角为钝角的情况,引导学生将钝角转化成锐角,提示,剩余证明过程作为课后作业,让学生完成.为了深化对公式的理解,我设计了如下两个思考问题:

思考1:当直线平行于轴,或与轴重合时,上述公式还适用吗?为什么? 思考2:当直线平行于轴,或与轴重合时,上述公式还适用吗?为什么? 设计意图:知识是师生合作的产物,通过探究活动,让学生深刻理解体会斜率公式的本质.体现了新课改中的探究学习、合作学习的教学理念.其中问题层层深入,不断突破教学难点,突出教学重点.既符合布鲁纳和奥苏泊尔的认知观点,又体现出夸美纽斯的直观性特点,还展示出数学的简洁美.3 讲练结合 为了把陈述性知识转化为程序性知识,我引用了书上的一个例题.例1 已知点,,求直线,的斜率, 并判断它们的倾斜角是钝角还是锐角.这个题综合考察了倾斜角、斜率、两点斜率公式,让学生体会到三者内在关系.本题老师完成一个小问,其它两个小问请学生上台练习.让学生上台板书,主要为了发现学生解题时有可能出现的错误,及时纠正,给学生一个示范.体现了陶行知先生的“教学做”合一的教育思想.4 总结归纳(1)知识梳理:倾斜角、斜率概念;

两点斜率公式.(2)方法归纳:定义法、数形结合解题法.(3)思想提炼:几何问题代数化,数形结合的思想.让学生在表格提示下自主归纳本节课所学知识,学生可能会有很多形式各异的体会、观点,既培养学生的归纳概括能力,又使学生更多的参与到教学的每一个环节,然后从知识梳理、方法归纳、思想提炼三个方面进行点拨,使得知识结构板块化,网络化.让学生具有完整的认知结构,掌握学习数学的方法技巧,体会数学思想,真正做到授之以渔.5 作业布置;分为必做题和选做题,目的是让不同层次的学生都得到全面的发展。

必做部分——基础练习题:

(1)已知直线经过,两点,则的倾斜角为()(A)锐角(B)钝角(C)直角(D)不确定(2)练习:2,3 选做部分——综合题:

习题3.1B组:5,6.设计意图:首先布置基础练习题,对所学知识进行及时巩固,同时注重个体差异,布置综合题,加强作业的针对性,使不同的学生得到不同的发展. 四、板书设计 主要设计了多媒体辅助教学和非多媒体板书教学两种板书,这样的设计有利于学生把握主干,提高教学效果. 1、非多媒体辅助教学板书 3.3.1 倾斜角与斜率 一、倾斜角 二、斜率 三、两点斜率公式 四、例题讲解 五、课堂练习六、作业布置 2、多媒体辅助教学 3.3.1倾斜角与斜率 多媒体展示区 一、倾斜角 二、斜率 三、两点斜率公式 四、例题讲解 五、评价分析:

本节课始终贯彻在教师的有效指导下,并注意调动学生自主研究与合作交流,学生的主体地位和教师的主导作用体现得淋漓精致,能够较好的实现教学目标,也使课程理念得到很好地落实。在活动中体会数学思想方法、领悟数学本质的理念。

水平倾斜角 篇6

1 工程概况

淮北某矿煤层倾角26°~43°, 煤层平均厚度10.69m, 属急倾斜特厚煤层。基本顶岩性主要由粉砂岩、细砂岩等砂岩组成。顶板岩石的普氏系数可达到3.6m~5m, 平均厚度为30m, 可见顶板为坚硬厚顶板, 不容易随工作面开采而自然断裂、垮落。由于煤层倾角变化较大, 采用水平分段综采放顶煤方法进行开采。现阶段采深达到650m, 矿压显现较为频繁。由于煤层厚度较大, 采出后顶板运动空间较大, 位能较高。一旦顶板活动剧烈将很容易导致强矿压显现事故。由此可见, 急倾斜煤层开采顶板运移是矿压显现的根本因素。所以针对急倾斜煤层顶板运移规律进行研究是强矿压防治工作的重要内容。

2 数值模拟软件与计算模型

2.1 UDEC数值模拟软件

UDEC是基于离散模型的显式单元法的数值程序, 用于模拟在静态、动态荷载作用下离散介质的力学反应。应用UDEC数值软件对急倾斜煤层顶板运移规律进行模拟, 得出顶板应力分布规律, 更加符合工程实际。

2.2 数值计算模型

根据矿井的实际开采条件, 建立断面模型。如图1所示。取工作面的真倾角α=38°, 自标高为1480m自上向下分层开采。分段工作面倾斜长度为80m, 两顺槽分布在顶底板附近。模型长为1197m, 左右边界约束水平位移, 底边约束垂直位移, 地表则无位移约束。模型单元为2322。计算采用摩尔—库仑准则计算。

2.3 岩石力学参数及边界条件

数值模拟计算所用煤岩物理力学参数主要来自于实验室试验。数值模拟计算所用参数如表1所示。模型两侧和底部为位移边界, 计算采用了自适应阻尼。

3 急倾斜特厚煤层水平分段综放开采顶板运移规律

3.1 顶板运移过程分析

图3为开采的几个阶段 (采出高度30m, 下边界至1075m, 累计开采高度406m) 岩层移动情况图, 清晰的反映了不同阶段的主要特点。

(1) 开挖悬臂阶段:急倾斜煤层开采后, 顶板处于悬空状态。随着顶板的悬露面积逐渐增大, 会在短时间内形成悬臂的力学形态; (2) 顶板初次垮落阶段:直接顶在重力的作用下会大面积垮落, 与基本顶完全脱离, 顶板进入直接顶初次垮落; (3) 垮落扩展阶段:随着顶板的逐渐垮落, 基本顶也不断发生断裂。下端头附近的主断裂线不断向上发育, 形成更大的垮落带。冒落的矸石充填至工作面下部, 在下部形成下部充填区。在此期间, 顶板内的高应力转移至工作面下部, 构成新的高应力集中区; (4) 岩层稳定阶段:该阶段的上覆岩层下沉至冒落矸石上, 矸石被压密。大面积的岩层运移已经基本结束, 上覆岩层处于亚稳定状态。一旦下阶段工作面开挖, 上覆岩层又将重新移动、垮落。

由图3可知, 急倾斜煤层水平分层开采顶板垮落的4个阶段内, 顶板垮落的断裂线始于工作面下部, 沿着垂直方向向上发育。工作面上部的岩层随之垮落, 在底板侧形成铰接结构。由此可见, 工作面下边界附近的岩层首先断裂, 且断裂速度较快。工作面上边界的岩层运移速度较慢, 呈现出了顶板运移的非对称特征。顶板岩层冒落过程当中, 底板岩层受到挤压, 出现明显的底鼓。但是随着顶板的垮落, 冒落矸石垮落至底板使得底鼓现象等到了控制。所以在急倾斜煤层水平分层开采过程中, 煤层底板的底鼓现象能够得到有效控制。

3.2 顶板运移过程中巷道受力分析

地下开采是岩层力学失衡的原因, 因而导致了岩层的位移变化, 甚至是地表移动。在此过程中原岩应力与采动应力相互叠加, 形成新的力学平衡状态。巷道附近受到的应力远大于原岩应力, 极容易发生冲击地压。所以需要对顶板运移过程中巷道受力分析。为了揭示巷道随着采动的应力演化规律, 选取两个工况进行分析。工况一为上阶段开采时巷道的应力;工况二为本阶段开采时巷道的应力。

(1) 上阶段开采时下区段的顶板巷 (回风顺槽) 与本区段底板巷 (运输顺槽) 之间存在10m的煤柱, 煤柱区域的矢量较为密集, 可见应力集中程度较大。在两道附近出现小范围的高应力区。如图4所示, 顶板巷附近的应力远大于底板巷一侧, 这是由于顶板巷受到的煤柱压应力影响大, 顶板内应力集中程度明显的双重作用导致的。顶板巷靠近上区段采空区越近, 则应力集中程度越大。顶板巷距离顶板越近, 应力越小。由此可见, 顶板巷 (回风顺槽) 应当紧靠顶板布置, 根据应力分布图可知, 距离顶板4m位置为最优, 较容易维护。

(2) 本阶段开采时, 顶板侧的三角煤量较少, 所以煤柱小, 直接顶垮落充分, 顶板巷破坏较为严重。如图5所示, 急倾斜煤层水平分层开采后底板侧存在斜长的三角煤, 阻碍了顶板进一步下沉垮落。底板侧巷道的破坏较轻, 所以矿压重点防治巷道为顶板巷。

4 结论

采用离散元数值模拟方法, 对急倾斜特厚煤层水平分段综放开采顶板运移规律进行了研究, 主要结论可归纳为:

(1) 急倾斜特厚煤层水平分段综放开采可分为“开挖悬臂阶段、顶板初次垮落阶段、垮落扩展阶段、岩层稳定阶段”4个阶段。随着深部阶段的布置和开挖, 新一轮岩层移动周期又将到来。

(2) 对于顶板运移过程中回风顺槽和运输顺槽的受力分析, 发现顶板侧回风顺槽受到采动应力远大于底板侧的运输顺槽。提出回风顺槽距顶板4m左右位置为最优。

摘要:本文通过离散元数值模拟对急倾斜特厚煤层水平分段综放开采顶板运移规律进行分析, 明确了急倾斜特厚煤层水平分段综放开采过程可分为“开挖悬臂阶段、顶板初次垮落阶段、垮落扩展阶段、岩层稳定阶段”4个阶段, 依据第一主应力原理确定了回风顺槽距顶板4m左右是最佳的位置。

关键词:急倾斜煤层,水平分段,综放开采,顶板运移规律

参考文献

[1]柴鑫.急倾斜煤层水平分段综放开采巷道支护技术研究[D].西安科技大学, 2009.

[2]刘兵, 等.急倾斜特厚煤层水平分段综放工作面矿压显现规律研究[J].内蒙古煤炭经济, 2013, 08:95-97.

水平倾斜角 篇7

1 在缓倾斜中后矿体中采矿技术的发展及其存在的问题

1.1 我国缓倾斜中厚矿体的采矿技术发展概述

近年来, 采矿业只要是涉及缓倾斜中厚矿体的开采都是一个很大的难题, 其所涉及到的采矿理论及技术措施至今也没有形成完善的体系, 这将导致很多采矿公司在遇到此类矿体后都不能拿出合理有效的方法去进行采矿作业, 致使公司的业务损失。现如今, 在技术在发展过程中, 无轨采掘设备的问世在缓倾斜中厚矿体的开采过程中发挥出了至关重要的作用, 丰富了缓倾斜中厚矿体开采的相关理论及技术, 此外, 国外的很多采矿企业也开始大批量的使用此类设备, 并且取得了很好的效果。这种新技术的特点是: (1) 扩大了房柱法的应用范围, 采用下向阶梯式房柱采矿法, 沿走向缓慢推进开采的对角式斜巷房柱法以及斜交走向推进的房柱采矿法; (2) 推广了分段空场采矿法, 其中底盘漏斗分段空场法发展的速度最快此外, 以上两者的组合形成的适合于倾斜中厚矿体开采的分段空场采矿方法也很快崛起。

1.2 我国缓倾斜中厚矿体存在的问题

在缓倾斜中厚矿体开采过程中, 经常会遇到一些开采技术方面的难题, 直接影响开采的进度及安全性, 如矿体倾斜度偏小等问题, 这就要求必须使用专业的设备将矿体上崩落的石块迅速的移出矿区, 问题是在进行这方面作业时, 没有理想的办法进行安全防护, 对于作业的员工来说存在较大的安全隐患。如果在开采过程中, 从矿区底部开始作业, 一旦底部的作业面积过大, 将可能导致矿体直接出现漏斗现象, 这都将最终导致采切的面积不断增大, 自然采矿成本也随之增高。因此, 现在多数的此类矿区在开采过程中, 都会采用房柱方式进行挖掘和开采, 当矿体自身拥有较好的底部结构时, 分段空场的方式则是一个不错的选择, 这类作业方式能够有效的达到采矿的目的。但在某些特殊的矿区进行开采时, 也会使用到分段崩落法, 留矿全面法等不同的方法进行开采。例如在开采施工作业中施工人员的人身生命安全是缓倾斜中厚矿体采矿时需要考虑的首要问题。此外, 在使用房柱法采矿时, 矿石的搬运问题也是考虑的重要问题。针对以上问题, 有些发达国家会采用自动化设备来解决, 但是我国机械自动化水平相对比较低, 还不能实现无轨大型自化设备的使用, 这对于我国采矿业来说是一个较大的空缺。

2 上向水平分层充填采矿法在缓倾斜中厚矿体机械化中的应用

2.1 采矿场地的结构数据整理

矿区为了安全正常的生产作业, 首先要结合矿体开采的现状, 选择合适的采矿方法 (上向水平分层充填采矿法) , 并收集整理场地参数, 计算出相应的中段高度、间柱宽、点柱初始尺寸、巷道规格及溜井规格等详细数据, 为采矿打下坚实的基础。

2.2 回采工艺

(1) 先按照从矿体底部自下而上的分层高度进行各分层的回采作业; (2) 由联络通道向矿体上盘掘穿越凿岩巷道, 把采矿场分为两个部分, 从凿岩巷道向采矿场两边同时进行回采作业, 待回采作业结束后, 将联络道挑高出一个分层高度, 以浇筑混凝土支护, 再用非胶结充填采空区域, 用高标号胶结进行浇面。待第一分层回采结束之后, 其它分层再从挑高的联络通道开始分别进行回采。

2.3 采矿场的充填

(1) 采场充填的前期准备工作

出矿完成之后, 先将铲运机等机械设备运到维修硐室, 之后架设溜矿井, 注意溜矿井的井口需稍高于充填之后的分层平面高度, 其次进行转层工作, 将分层采场联络通道挑高出一个分层高度, 接着浇筑混凝土支护, 同时, 向上一个分层高度掘上一个分层的回风联络通道, 以便充填管线进入采矿场, 此外为了防止充填料在充填时溢出, 掘进的上分层回风联络通道的底板应该高于充填分层上水平面, 这样也便于上分层充填时的封堵, 最后是架设充填管道。

(2) 采矿场的充填

为了将充填料对充填挡墙的压力减小到最小, 要适当控制充填料的沉缩量, 充填可分为分层充填与接顶充填两个流程: (1) 分层充填, 分层采完之后, 应立即充填, 分层充填使用非胶结充填, 之后用高强度的胶结充填料浇面即可。 (2) 接顶充填, 采矿场最后一个分层的充填, 要求要尽量充填满, 进行接顶充填, 以保证采场作业的安全性。在充填时, 可以分两次充填, 即在第一次充填接顶以后, 停留24h之后, 再次充填第二次以达到充分接顶的充填目的。

2.4 关于上向分层充填采矿方法的评价指标

(1) 比较采用上向分层充填采矿方法与原浅孔留矿法两种方法所得出的采矿损失率和贫化率, 进而计算出矿石与废石的比重, 最终根据运输, 提升等工序得出采矿成本和利润。 (2) 根据相关数据计算出充填工序所增加的成本。 (3) 比较上向分层充填采矿方法和原方法对尾砂的处理及对环境的影响。 (4) 两种方法对矿压控制的效果及矿山的安全生产条件。 (5) 对原有巷道的合理充填及其充填顺序, 以实现企业的效益最大化。

3 上向水平分层充填采矿法在缓倾斜中厚矿体机械化采矿的理论与技术探索

在实际的采矿作业中, 还是要根据矿区实际情况选择合适的机械设备及其采矿工艺进行作业, 通过方案设计, 分析及实验等手段.得出了该方法的主要事项: (1) 使用合适的无轨机械设备, 如凿岩台车和铲运机等, 以实现上向水平分层充填采矿法的最优效果。 (2) 采矿场垂直矿体的走向布置, 采矿场长度为矿体的水平厚度。 (3) 为了便于维护使用, 尽量提高资源回收率, 缩短运距, 充分发挥无轨机械设备的优势。 (4) 分层回采的高度要参考凿岩设备的工作能力及其凿岩的爆破参数确定。 (5) 采矿场崩落矿石的运输及卸矿。 (6) 根据理论与实验, 选择合适的充填骨料, 尽可能保证充填质量, 实现成本最小化。

上向水平分层充填采矿法的工艺安全、规范且灵活, 比较适合于探采结合、规模较小、产区地状复杂、矿岩不稳固等多种矿体的开采, 与浅孔留矿法相比, 这种方法不仅合理的开发利用矿产资源, 而且对周边环境影响小, 保护了环境, 满足了矿区的生产需要, 经过多年的应用实践结果表明, 上向水平分层充填采矿法基本上满足了安全, 高效, 经济的回采矿产资源的要求。此外, 上向水平分层充填采矿法的应用实践还为条件复杂、矿石围岩破碎, 围岩稳定性差, 裂隙发育, 稳固程度较差的难采矿体的开采及实践积累了丰富的技术经验。

4 结语

简言之, 上向水平分层充填法在缓倾斜中厚矿体机械化采矿中的实践与应用, 是针对那些矿体倾角度较小、水平厚度较大、直接顶板稳固性较差或有自燃的倾向, 深部岩体应力较大, 矿石品种较多等需要考虑分采流程等实际开采的采矿难题而提出的, 当然上向水平分层充填法也有不完善的地方, 例如前期资金投入大, 临时性强等也同样制约着采矿业的发展。因此, 还需要前线的作业人员通过现场测试, 室内实验, 理论分析, 数值推测等手段对上向水平分层充填法进行不断的完善和创新。此外还要针对缓倾斜厚矿体所涉及的机械化开采进行深入的研究探讨, 并引入机械设备, 以此最大限度的提高我国矿业的开采技术水平。要明白, 只有在不断的开采中, 总结大量的经验教训, 对其所存在的问题进行补充和完善, 才能使得我国的采矿业得到快速的发展。

参考文献

[1]杨春.缓倾斜中厚矿体机械化采矿技术研究[J].云南冶金, 2008 (02) .

[2]赵彬, 王新民, 张钦礼.缓倾斜中厚难采矿体开采技术探讨[J].化工矿物与加工, 2008 (2) .

[3]王方汉, 曹为勤, 张文如.尤间柱阶梯式连续同采分层充填采矿法试验研究[J].采矿技术, 2008 (4) .

水平倾斜角 篇8

王家山煤矿11402-1工作面处受断层牵引, 煤层重叠, 平均厚度由原来的23.3 m增加到40.8 m, 煤层走向、顶底板起伏变化大, 煤层走向36°~72°, 倾角37°~58°。煤层赋存复杂, 厚度极不稳定。断层附近, 煤体破碎, 多为粉末状, 煤质较差, 夹矸层增厚, 对煤层的连续性破坏较大。工作面可采走向长度为180 m, 工作面平均长度45 m, 该工作面采用轻型支架综采放顶煤法进行回采。工作面运输巷沿煤层顶板布置, 22#测点处巷道转角150°;回风巷沿煤层底板布置, 回风巷15#测点处巷道转角155°, 工作面布置不规则, 工作面回采时需要进行38°的整体旋转 (图1) 。

2 工作面设备布置

工作面两巷采用双排DZ-3.2或DZ-2.5型单体液压支柱配合0.8 m“一字”铰接顶梁支护, 采用400 mm×300 mm×16 mm的铁柱靴防止单体支柱下陷, 两巷超前支护距离均为100 m, 工作面采、放出的煤通过前、后刮板输送机转载到运输巷刮板输送机输送, 再通过与其搭接的巷道胶带输送机运出。

工作面配套设备情况:工作面250/300-NAWD单滚筒采煤机, 1台;煤帮侧SGZ730/90刮板机, 1部;采空区侧SGZ730/160刮板机, 1部;运输巷SGB-620/40刮板机, 1部;运输巷STJ-800/55胶带输送机, 1部;工作面ZF2600/16/26两柱低位插板式基本支架, 31架;工作面端头ZFG5200/20/33两柱低位插板式端头支架, 2架;工作面运输巷、回风巷进DZ-3.2、DZ-2.5单体液压支柱, 500根。

3 工作面调斜回采工艺

3.1 准备工作

(1) 为了保证巷道刮板输送机与胶带输送机机尾搭接正常, 对运输巷拐点前后7 m进行扩帮处理, 扩帮宽度0~2.0 m。扩帮后, 缩运输巷胶带输送机机尾到扩帮点以外, 并延伸巷道刮板输送机与胶带输送机机尾搭接, 同时移动巷道刮板输送机紧靠巷道壁, 保证巷道刮板输送机铺设平直[1]。扩帮宽度B=0.5Ltan (α/2) =2 m (L为运输巷刮板输送机长度;α为运输巷拐角) ;扩帮长度A=2Lcos (α/2) =14 m。

(2) 为了保证支架达到支撑强度, 乳化泵输出压力不低于31.5 MPa, 且管路无跑冒滴漏现象。

3.2 工作面调斜回采工序

工作面调斜[2]回采分3个阶段。

(1) 第1阶段。在运输巷22#测点以东16.5 m处, 回风巷19#测点以东11 m处开始调斜回采, 运输巷推帮5 m, 回风巷推帮17 m。 (1) 割一短帮 (18#支架处进刀向机尾) 、一长帮 (9#支架处进刀向机尾) , 一通帮 (机头进刀向机尾) , 进刀比为1∶3, 该工序重复3次; (2) 割一短帮、一长帮、一短帮, 一通帮, 进刀比为1∶4, 该工序重复4次; (3) 割一短帮、一长帮、一通帮, 进刀比为1∶3, 该工序重复3次。

(2) 第2阶段。工作面平进, 运输巷推进23 m, 回风巷推帮23 m (割通帮) 。缩短运输巷胶带输送机, 调整运输巷刮板输送机。

(3) 第3阶段。运输巷推进30 m, 回风巷推帮10 m。 (1) 割一短帮 (18#支架处进刀向机尾侧) 、一长帮 (9#支架处进刀向机尾侧) 、一通帮, 进刀比为1∶3, 该工序重复10次; (2) 割一短帮 (从21#支架处进刀向机尾) 、一长帮 (11#支架处进刀向机尾) , 割一次通帮, 进刀比为1∶3, 该工序重复10次。第3阶段调斜回采时, 由于工作面变长, 在调斜回采的过程中需要把提前摆放在回风巷的液压支架加到工作面。第3阶段调斜回采结束后, 工作面与两巷垂直, 开始按正常工序推帮 (图2) 。

4 调斜回采技术分析

(1) 支架管理。为了防止出现咬架、挤架、压架现象, 在工作面调斜回采前, 提前伸出支架侧护板, 调大支架中心距, 保证中心距为 (1 500+100) mm, 支架活柱伸出量不小于400 mm。出现上述现象时, 由技术较好的支架工站在安全地点使用单体液压支柱操作调整支架[3]。

(2) 刮板输送机管理。工作面调斜回采期间, 进刀段至上出口段推进速度较快, 进刀段至下出口段推进速度慢, 前、后刮板输送机向机尾上窜。为了不影响工作面与运输巷刮板输送机的正常搭接, 推移刮板输送机时从机头向机尾逐一操作, 同时要调整支架底座, 使支架推进方向有向机尾侧的趋势, 以减少前、后刮板输送机的上窜。在工作面调斜回采期间, 始终保持前、后刮板输送机平直, 且与运输巷刮板输送机保持垂直[4]。

(3) 顶板控制。基本顶的回转变形压力和超前支撑压力作用致使工作面前方的煤岩过早发生离层、变形破坏[5], 工作面中段至机头处顶煤压碎, 加之该段工作面推进速度较慢, 易造成工作面片帮和架间窜矸。在该段支架顶部挂金属网, 防止支架前探梁间窜矸;检修、停采期间, 在工作面帮部挂金属网、打设贴帮单体支柱加强护帮护顶。煤体松软的不规则工作面需要旋转或调斜回采时, 建议使用支撑掩护式支架, 有利于工作面护帮, 降低工人的劳动强度。工作面两巷和端头压力并不大, 普通支护能够完全满足生产要求, 在端头巷道松动圈范围, 煤体较松软破碎, 易发生小面积局部片帮, 必要时在该处支架端头挂设金属网进行护帮。

(4) 进刀方式和进刀比。调斜回采时在工作面中段斜切进刀, 长、短、通刀结合割帮, 根据工作面的调斜值确定合理的进刀比和进刀位置。长、短刀割帮时会使工作面变为Z字形, 通过割通帮调整, 使进中部刀段圆滑过渡, 有利于工作面前刮板输送机和煤帮的管理[6]。

(5) 矿压防范。运输巷掘进时每隔8 m向顶板侧打设1组 (3个孔, 孔深分别为20, 25, 30 m) 爆破孔超前松动爆破, 预先破坏顶板的完整性;为提高底板三角煤的采出率, 在回风巷向底板侧布置中深孔对底板三角煤进行爆破松动, 工作面周期来压步距表现为小周期, 根据支架压力表观测数值, 分析工作面周期来压步距为8~12 m, 平均来压步距为10 m, 周期来压强度显现较为明显[5]。

(6) 技术保障。编制详实可行的工作面调斜回采安全技术措施;技术人员在运输巷和回风巷的煤帮侧用红漆标记每一个循环结束的位置, 能够准确掌握推帮进度和工作面的旋转角度, 及时调整进刀比例。

(7) 合理放顶煤。在调斜回采阶段, 前、后刮板输送机铺设不平直, 设备运行阻力较大, 大量放顶煤容易造成后刮板输送机被压死。工作面进刀段推进步距小, 移架频繁, 反复伸缩支架导致该段支架顶部煤体破碎, 顶煤垮落角大于90°, 顶煤量过放, 支架顶梁尾端的顶煤以散体的形式滑落, 压力将集中在支架的前端造成支架“低头”, 在实际生产时为了保证工作面中段支架高度, 采煤机割帮时需进行卧底和挑顶处理, 致使工作面变为V字形, 造成前、后刮板输送机的运输、工作面的排水、支架的管理难度增大。因此, 要控制工作面中段放煤量[7]。

5 结语

工作面调斜回采时, 设备管理和顶板控制难度大, 尤其是受到断层影响, 顶板控制更加困难。

(1) 为了保证安全回采, 必须加强进刀段至机头段以及受断层破坏区域工作面的顶板控制, 使用支撑掩护式支架方便工作面护帮护顶。

(2) 确定合理的进刀比和进刀位置, 使工作面能够快速、准确整体旋转。

(3) 加快推帮进度, 缩短工作面煤帮受压时间, 便于煤帮管理。

参考文献

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[2]辛林, 杜艳德, 吴俊一, 等.综放工作面调斜回采过拐点的设计与实践[J].煤炭科技, 2010 (2) :55-57.

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[6]袁占富, 张忠温.综采放顶煤工作面旋转回采工艺研究[J].能源技术与管理, 2004 (3) :36-37.

水平倾斜角 篇9

构造应力是由于地壳运动在岩体中引起的应力,其特点是以水平应力为主,具有明显的区域性和方向性,它是影响巷道稳定性的重要因素之一[1]。长期以来,人们对自重应力下的围岩稳定性进行了大量研究而对构造应力引起巷道围岩变形破坏的机理不是很清楚[2]。随着煤矿开采深度的不断增加,地质条件渐趋复杂,人们发现水平应力对巷道围岩破坏起重要作用,巷道顶底板的变形破坏原因也与高水平应力有很大的关系。

随着开采深度的增加,巷道围岩应力的增加不仅表现在自重应力的增加,更表现在水平应力的增加上。由于深部软岩巷道可塑性大,具有强膨胀、高流变和易扰动等特点,使得深部巷道围岩在高水平应力作用下变形破坏具有其特殊性[3]。本文以鹤壁八矿倾斜软岩巷道为工程背景,应用FLAC3D数值模拟软件对倾斜软岩巷道在不同水平应力条件下的破坏规律进行了系统的数值模拟研究,得出了不同水平应力作用下倾斜软岩巷道破坏特征的影响规律。

1 工程地质概况

鹤壁八矿3003岩中巷所在位置水平标高为-530 m,埋深为640 m,岩层倾角平均为25°。该巷道南部与回风暗斜井相连,北部与胶带暗斜井相通,全长450 m,服务年限为30 a,主要担负3003工作面的出煤、通风、行人等任务。巷道在砂质泥岩中掘进,砂质泥岩平均厚度为6.25 m,直接顶为较硬的石灰岩,平均厚度为6.6 m,直接底以泥岩为主,中夹一薄煤层。

2 数值模拟计算模型

2.1 数值计算模型的建立

根据实际的工程地质条件,利用具有强大图形与网格划分功能的ANSYS软件来实现模型的构建,导入FLAC3D中运算[4]。数值模拟的巷道断面为半圆拱形,壁高为1.3 m,圆拱半径为1.9 m,巷道宽为3.8 m。计算范围为40 m×40 m×1 m(长×宽×高),共划分为23 603个单元、6 543个节点。模型中所用的岩石力学参数如表1所示。

2.2 数值计算模型的边界条件

试验巷道底板标高为-520 m,埋深为640 m。原岩应力的大小按巷道上覆岩体的自重考虑,应力大小约为13.6 MPa,施加在模型上部边界。模型采用平面应变模型[5],水平边界限制x、z方向的位移;底边为固定约束,在x、y、z三个方向上无位移。模型受力约束如图1所示。模型计算采用摩尔库伦准则,该准则能反映岩土材料抗压强度不同的S-D效应以及对正应力的敏感性[6]。模型变形模式为大应变变形模式,巷道开挖空间采用零模型(ModelNull)来模拟。

2.3 数值模拟步骤

根据现场实际情况,分别模拟模型在垂直应力恒为13.6 MPa的条件下,侧压系数(σh/σv)分别为0.6、0.8、1.0、1.2、1.4和1.6时的巷道围岩的应力、变形情况。

3 数值模拟计算结果分析

3.1 数值模型测线布置

倾斜软岩巷道围岩变形具有其特殊性,其矿压显现比近水平岩层及缓倾斜岩层巷道更加剧烈。因此,为了准确分析不同水平应力对倾斜软岩巷道围岩稳定性的影响,在巷道断面布置4条测线,如图2所示。

3.2 模拟结果分析

3.2.1 不同水平应力作用下的巷道围岩应力分析

不同侧压系数下的巷道围岩应力分布规律如图3所示。从图3(a)可看出,随着侧压系数的增大,水平应力提高,巷道顶底板应力逐渐增大,应力最大值向巷道顶、底板深部转移。顶底板最大集中应力为32.57 MPa、30.74 MPa,分别距巷道中心6.15 m、7.71 m;巷道顶底板最小应力值为10.29 MPa、10.35 MPa,分别距巷道中心5.2 m、6.6 m。从图3(b)可看出,随着侧压系数的增加,巷道两帮最值应力逐渐减小。两帮最大应力集中系数为1.52、1.48,分别距巷道中心6.18 m和6.1 m;在两帮4.5 m范围内,侧压系数的变化对应力的影响不大。图3(c)和图3(d)分别为巷道两肩剪应力的变化规律。从图3(c)和图3(d)可看出,随着侧压系数的增大,在高水平应力作用下,巷道左、右肩剪应力不断增大,且剪应力最值逐渐向巷道两肩深部转移,当λ>0.8(λ为侧压系数)时,转移速率明显加快;左肩剪应力最大值为7.67 MPa,距巷道中心水平距离为4.18 m,最小剪应力值为5.24 MPa,与巷道中心水平距离为3.32 m;右肩剪应力最大值为7.97 MPa,与巷道中心水平距离为4.15 m,最小剪应力值为4.7 MPa,与巷道中心水平距离为3.3 m。

以上数值模拟结果表明,随着侧压系数的增大,在高水平应力作用下,巷道顶底板应力集中程度不断增大,两帮应力集中范围相差不大。左右两帮4.5 m范围以内,侧压系数的变化对应力的影响不大,4.5~8.5 m巷道两帮应力集中最值随测压系数的增大逐渐减小。随着侧压系数的增大,巷道围岩剪应力的范围越来越大,峰值向围岩深部运移,且右肩应力集中程度大于左肩。

3.2.2 不同水平应力作用下的巷道围岩位移分析

不同侧压系数下的巷道围岩位移规律如图4所示。

图4(a)反映了巷道顶底板垂直位移量随侧压系数的增大而增大底板增大速率大于顶板增大速率,顶板最大位移量为154 mm,底板最大位移量为330mm;图4(b)反映了巷道两帮水平位移量随侧压系数的增大而逐渐增大,两帮最大位移量分别为144 mm、161 mm;图4(c)和图4(d)表示巷道两肩垂直位移的变化情况,从中可以看出,左肩最大垂直位移量为79 mm,右肩最大垂直位移量为106 mm,随着侧压系数的增加,水平应力不断增大,两肩不同深度的垂直位移量并非都变大,左肩从距巷道中心2.3~5.8 m范围内,右肩从距巷道中心2.5~6.6 m范围内,垂直位移量随侧压系数的增大而减小。

以上数值模拟结果表明,随着侧压系数的不断增大,巷道围岩水平应力不断变大,巷道顶底板垂直位移及巷道两帮水平位移也不断增大;同一侧压系数时,即相同水平应力条件下,与巷道中心距离相同位置处的两帮水平位移量不等,两肩与巷道中心距离相同位置处的垂直位移也不相等,巷道变形呈现非对称性。

4 结论

(1)随着侧压系数的增大,水平应力的提高,巷道两帮应力集中范围变化不大,顶底板应力集中范围变大,应力峰值向巷道深部转移,应力最值不断增大其中右肩的剪应力集中程度大于左肩

(2)随着水平应力的增大,巷道顶底板垂直位移及两帮水平位移均变大。

(3)相同水平应力条件下,倾斜软岩巷道左右两帮距巷道中心相同位置处位移量不等,巷道两肩距巷道中心相同位置处垂直位移也不相等,倾斜软岩巷道变形具有非对称性。

摘要:结合工程实例,运用数值模拟软件FLAC3D对垂直应力恒定条件下改变水平应力时倾斜软岩巷道围岩的应力、位移变化规律进行了数值模拟分析,得出了如下结论:随着水平应力的提高,巷道两帮应力集中范围变化不大,顶底板应力集中范围变大,应力峰值向巷道深部转移,其中右肩的剪应力集中程度大于左肩;巷道顶底板垂直位移及两帮水平位移均呈增大趋势;相同水平应力条件下,倾斜软岩巷道变形具有非对称性。

关键词:矿井巷道,倾斜软岩,稳定性,顶底板应力,位移,水平应力

参考文献

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[5]谢文兵,陈晓祥,郑百生.采矿工程问题数值模拟研究与分析[M].徐州:中国矿业大学出版社,2005.

倾斜角 篇10

这个知识点看起来简单, 其实容易出错。直线和平面直角坐标系相交产生8个角, 到底哪个是倾斜角呢?有同学们说, 那就找锐角呗。这样找角, 不一定是对的哦。那么, 倾斜角到底是怎么规定的呢?

毛老师给大家打个比方。假设, 我们一起去海边看日出。太阳一定从东边升起, 相当于x轴的正方向。6:00, 太阳从海平面升起, 我们的视线几乎跟海平面平行, 视线和海平面的角度为0°。9:00, 太阳已经爬到半空中了, 我们仰起下巴看太阳, 视线和海平面的角度为45°。12:00, 太阳在我们头顶, 我们只能伸长脖子抬起头看太阳, 视线和海平面的角度为90°。依此类推。

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