露天礦事故案例分析范文第1篇
1 露天煤礦電氣系統存在的事故隱患
由于電氣系統的選型不合適、電纜超載、分斷能力不足等設備或是設施的問題,十分容易引起電氣事故,具體表現在以下方面:
1.1 斷路器、開關遮斷容量不足
斷路器是指能夠關合、承載和開斷正?；芈窏l件下的電流并能關合、在規定的時間內承載和開斷異?；芈窏l件下的電流的開關裝置。如果斷路器、開關遮斷容量較小時,分段短路電流能力差,可造成因瞬間短路故障增大熱量而使設備或電纜燃燒,發生火災,輕則導致一些礦區停電停產[1],耽誤工程進展速度,重則造成財產巨大損失以及人員的傷亡。
1.2 雷擊過電壓帶來的事故隱患
雷擊過電壓是指,當帶有負電荷的云層在物體上空時,由于電容效應,地面物體朝向云層的表面將聚集相應的異性電荷。當云層的電荷與其他物體或云層發生閃電或雷擊后,云層內負電荷迅速消失,電容效應也立即消失,聚集在物體表面的正電荷也立即流向大地,由于電流較大,會在流動的路徑上由于電阻的原因產生很大的電壓。雷電災害作為大自然災害的重要組成部分[2],其危害無可厚非,特別是夏季,雷雨交加季節,如果由于雷擊過電壓、電流產生火花或是擊穿電纜設備,出現短路問題,電流產生的火花甚至短路問題帶來的火源再將油污、電纜等易燃物品點燃,會直接引起火災,這時配電室內沒有充足的滅火設備或是沒有及時安裝通風排煙設備,會導致火災很難控制,甚至可能引起事故范圍不斷擴大,停電、停產、人員傷及在所難免。
1.3 主變壓器容量不足,電源線路強度不夠
露天煤礦存在一個非常嚴重的問題,主變壓器容量不夠,事故一旦發起,直接導致其他的變壓器供電能力大大減弱。而且電源線路缺少強度保證,導致電源線路一旦遇到大雪、大風、冰雹等惡劣天氣的影響,很容易造成塔桿倒下、電源線路斷掉,最終停止開采工作,容易給露天煤礦的施工人員帶來生命危險,造成人身財產安全惡劣后果。
1.4 機電保護設備質量不過關
由于露天煤礦疏于管理,采購人員在采購時由于各種原因,采買一些不合格淘汰產品,如果繼電保護裝置存在缺陷[3],常出現閘口越級跳閘、無故停電,進而事故范圍與影響力不斷擴大。
1.5 露天煤礦電氣設備不完善,造成火花事故
近年來,露天煤礦由于電氣設備不完善,頻頻發生火花事故,據調查得知,引起火花事故的原因有以下幾點:
首先,露天煤礦的電氣設備安裝、維修不當[4],導致在開關觸點分-合時產生電火花,直接帶來安全隱患問題。
其次,露天煤礦帶電電纜由于外力原因拉脫、破損、電纜絕緣下降容易造成系統短路、接地,引發電氣火花。
最后,露天煤礦電氣設備保護失靈,當出現過流、短路、接地等電氣事故時拒動,使設備、電纜過載、過熱印發電氣火花。
1.6 開關柜閉鎖帶來的事故
煤礦開關柜閉鎖忘記安裝或失靈的情況下,操作人員會進行錯誤操作,工人在帶電狀態下進入開關內部,后果不堪設想,人員會發生觸電,造成人員的傷亡。
1.7 露天煤礦電氣系統大范圍停電事故
第一,在安裝電纜時,不小心出現磨損、破皮等問題,雷雨天地面潮濕,容易引起失火現象,最終可造成電氣系統大范圍停電;第二,由于電纜、電氣系統短路,在操作時電氣裝置不受用,可造成越級跳閘[5],引起大范圍停電事故;第三,不該用單回路供電設備時用了單回路供電。
2 露天煤礦電氣系統實際管理現狀
新形勢下,煤礦安全事故一方面給施工作業進度帶來影響,另一方面,給人身財產安全帶來威脅,因此,露天開采單位必須要加強對開采現場電氣設備的有效管理、科學使用,進而提高開采效率,保證生產安全,提高國家、社會的經濟利益。
2.1 露天煤礦電氣設備的購買受資金等因素的制約性較大
露天煤礦主要依靠機械的全面自動化生產,多年以來已經形成了主要趨勢,很多大型電氣設備也得到了廣泛使用,從而極大的提高開采效率。但是,人們加大對電氣設備所帶來的經濟效益的同時,很多露天煤礦受到資金的限制[6],購買回來的電氣設備一般都存在購買價格低、質量不合格等問題,這在一定程度上十分容易引起電纜失火等問題的發生。
2.2 露天煤礦電氣設備質量較差
電氣設備在露天煤礦作業中占有重要地位,由于露天煤礦開采環境的復雜性,對電氣設備的質量要求非常嚴格,但受到經濟利益影響較大,國內很多煤礦企業中所使用的電氣設備存在價格低廉、質量差等問題。同時由于露天煤礦沒有配備相關的檢測設備,在安全性能上沒有太多的保障,電氣設備在運行中,本應配備一些大型設備和監控設備,但由于長期缺乏管理,導致配備不齊全,在一些安全保護裝置上也存在相應的問題[7],大部分設備處于一種“病態”,最終使得電氣設備在運行中漏洞百出,安全事故隱患也蘊藏于此。
2.3 露天煤礦電氣設備缺乏維修養護意識
有的煤礦企業單純追求經濟利益,過分的注重眼前的產量,嚴重缺乏對電氣設備的維修養護意識,沒有專門管理部門的管理,單方面存在一種機器壞的時候再去維修的思想,只能等到機器設備不能用時才去報修,很多機器設備由于常年不進行維修護理,在出現問題的時候,進行維修工作是有難度的,有的甚至不能進行二次使用,需要更換新機器設備,這樣極大影響工作進程,阻礙相關管理制度的完善,甚至造成的損失都無法挽回。
2.4 露天煤礦電氣設備管理人員專業素質低
露天煤礦電氣設備的管理工作繁雜,需要有專業人員的有效管理方可有所建樹,對管理人員的職業素養要求較高,但是目前情況來看[8],我國露天煤礦電氣設備管理人員幾乎沒有專業的學習、培訓,實踐經驗更是少之又少。煤礦開采作業環境差,危險指數高,在機器投放使用上,很多電氣設備都在超負荷作業,出現機械故障的情況時有發生,并且使用的機器設備種類繁多,因此,管理人員的管理范圍較廣泛,這就更要求管理者全面提高自身的專業素養,繼續忽視管理工作的進行,生產作業中出現的問題也會隨之增多。
2.5 露天煤礦電氣設備管理機構不完善
露天煤礦企業的電氣設備管理機構不完善,缺乏合理的管理體系。例如在日常工作中,電氣設備的維修與養護工作只是依賴電工負責,而在實際操作過程中,電工的主要精力都放在生產上,幾乎忽視了電氣設備的管理工作。而且,露天煤礦企業的領導者對電氣設備的管理也不太重視,沒有完善的電氣設備專業的管理組織,管理工作思想極為落后,有的甚至是供電系統都沒有按照設計進行相應的施工,只是依靠電工工作者僅有的工作經驗而進行工作[9],也沒有依照要求檢測電氣設備的性能與儀器儀表等?？傊?露天煤礦電氣系統設備的管理機構存在著很大的問題,急需解決。
3 露天煤礦電氣系統存在事故隱患的解決措施
露天煤礦電氣系統存在的安全隱患雖然得到一定的改善,但很多現實問題仍得不到解決,如果不及時制止煤礦電氣事故的發生,給國家、給社會帶來的財產、人員傷亡不可設想,通過調查研究,給出以下改善事故發生的方法:(1)開關遮斷容量不足,有的是可以修復的,例如:更換新的滅弧介質。重合容量不足的開關應停用重合閘,可以通過調整運行方式,降低系統的短路電流,滿足開關的滅弧能力,或是更換新的開關。這段容量嚴重不足時,應改為“非自動”,作為負荷開關或隔離開關使用。(2)露天煤礦防雷工作必不可少,首先,露天煤礦企業要嚴格按照國家、地方法律法規以及防雷技術規范要求,認真排查地理、地質、氣候、環境、土壤等開采條件和雷電活動規律,然后根據露天煤礦特點設計安裝相匹配的防雷裝置,達到安全可靠、經濟合理以及技術先進等目標;其次,建議換成組合式過電壓保護器,換成相吻合的避雷器;最后,可以進行二次繼電保護工作,在繼電保護調試中模擬煤礦電站短路情況,可以靠近電站的過留速斷跳開[10],因其對保護斷電系統具有可靠性,而且在輸電線路時,降低了雷電對段桿塔的襲擊,提高了雷擊桿塔的抗雷作用。(3)每年要全面加強統計用電負荷,跟進系統追蹤,一旦發生變化時,要及時計算短路電流,找到繼電保護的核算、實驗所要的科學準確的依據。增大容量負荷的使用時,要重新整改,并反復試驗。(4)露天煤礦電纜在連接固定時,一定要仔細多遍做好固定措施,并經常進行檢測、試驗、完善檢查制度。對電氣系統設備加大絕緣性能的測試,及時更換破損、掉皮的電纜線源,一旦發現其損壞現象,要及時停止使用,進行檢修,防止出現漏電而產生火花事故。(5)露天煤礦企業應該依據自身實際狀況,及時制定出完善的、合理的、可實施性的安全管理制度。如電氣設備的采買標準制度、電氣設備的安檢與維修制度、電氣設備進庫出庫的管理制度等,積極落實執行國家以及上級頒布的規章制度。(6)露天煤礦企業要不斷完善電氣供電系統反送電的規章制度和方法,減少反送電所帶來的觸電事故。對供電設備、開關柜號碼給予明確標記[11],防止操作人員錯誤操作。同時,做好地面輸入電路電纜、變電系統的防雷裝置的安裝工作,在雨季來臨前,全面仔細的進行檢查測試,不能遺落每個細節。(7)露天煤礦企業要定期測試電網電容量的標準,如有超標現象要及時采取限制電容量的措施,防止全礦停電、停產。(8)加大露天煤礦視頻監控系統的安裝。隨著科技的飛速發展,視頻監控水平的進步,可以采取有效的安裝視頻監控系統來提高開采作業,特別是在露天煤礦中,安裝監控系統是對煤礦高效益、高產量、高安全性能的重要保障[12],因此,安裝電氣系統的監控設備越來越成為露天煤礦管理中的一項重要內容,對露天煤礦電氣系統的安全作業提供保障,為露天煤礦開采提供有效的指導,同時還可以在事故中發揮及其重要的作用。(9)努力創新電氣設備維修模式。在過去的電氣設備管理中,機器設備只有在出現大故障時才可以報修,耽誤生產進度,但是在新形勢下,想要提高電氣設備管理水平就必須改掉傳統的管理模式,創新維修模式,做出規定,定期對電氣設備進行檢修,合理安排檢修時間、檢修負責人以及檢修機器數量等。一些陳舊的機器設備[13],性能較低,出現故障率較高,因此,可以成立管理檢修小組,進行深入分析其運行狀態,對設備進行實時控制,加大檢修力度,確保降低成本的同時,提高機器設備的安全性。(10)加強人才培養,加大培訓力度。目前,露天煤礦電氣系統設備管理人才隊伍薄弱,普遍存在管理人員專業素養不高的問題,針對在崗人員應該進行定期的培訓,從而提高管理人員的專業素養,或是通過技術比練和崗位競爭等方式,增強工作人員的安全意識,調動工作的積極性。依照不同崗位進行相應的培訓,通過對技能知識的講解與技能實際操作,全面提高工作人員的專業素質[14],為培養全能型的技術人才。(11)加大外委單位的監督管理。我國很多露天煤礦在維修電氣設備時都采取外委維修模式,為了提高設備維修質量,應加大外委單位監督管理。
4 結束語
露天煤礦開采工程越來越受到全社會的廣泛關注,煤礦電氣系統的安全問題在改革中不斷進步,加強注重人力、物力的投入時,更要針對發展現狀,努力改善煤礦開采中存在的問題,全面推動電氣設備管理工作進程,從而提高管理水平,促進我國露天煤礦事業的發展。
摘要：隨著我國經濟、政治、文化的不斷發展,煤礦開采業在我國國民經濟總值中的地位越來越高,露天煤礦在國內煤礦產業生產中的地位更是不可小覷。露天煤礦在生產作業中,大量使用電氣設備,煤礦的安全生產、操作人員的生命安全和電氣設備的安全使用密不可分。近年來,由于煤礦業的不斷發展,特別是露天煤礦,對電氣設備的使用格外關注,在安全性能方面逐漸加深了認知。文章主要對我國露天煤礦電氣系統事故隱患與安全防護進行深入探討,發現管理過程出現的問題,并且針對出現的問題給出相應的措施。
露天礦事故案例分析范文第2篇
關鍵詞：電鏟,液壓鏟,露天礦
0 引言
隨著科技的不斷發展,近幾年斗容在20 m3以上的電鏟(主要采用電機減速機驅動)和液壓鏟(主要采用液壓系統和液壓缸驅動)已趨于成熟化,并在國內、國外的露天礦山得到廣泛的使用。從性能上說,電鏟和液壓鏟同為挖掘機的一種,其各有優點,也各有不足。因此,在同等工況條件下或同等斗容能力下選擇哪類型的產品是值得探討的問題,本文從不同的方面分析兩種采掘設備的特點及適用工況。
1 根據物料情況分析
電鏟和液壓鏟同為采掘設備,一般在露天煤礦、鐵礦、有色金屬礦用于剝離巖石或直接采礦。根據礦山的物料松散情況,可將采掘的難度分為以下4類[1]:
(1) 容易挖掘:松軟、容易流動的顆粒狀物料,包括庫存物料或被再次處理的其他物料。
(2) 中度挖掘:從自然工況挖掘的物料,需要一些爆破,或可在原挖掘面直接挖掘,但需要較大的挖掘力來完成裝載,如風化的沙巖、泥巖。
(3) 較難挖掘:需要爆破或粉碎成直徑大小不超過1 m的物料,爆破后,在礦層中物料是松散的,但需要較大的挖掘力來完成裝載,物料密度中等,有一定的磨損性,如油沙和一些鐵沉積物的物料。
(4) 很難挖掘:要求爆破成高粉末才可挖掘的物料,通常有高的耐壓強度、密度和研磨性,如鐵礦石。
電鏟為電機減速機直接驅動式,在結構設計上也較多地考慮了強度和剛度,特別是工作裝置,大部分為剛性連接,具有切削力大、耐磨性高等優點,對物料的爆破情況要求比較低,因此可用于比重較大的爆破不好物料的挖掘[2]。液壓鏟為液壓泵帶動液壓缸的方式驅動,其整機設計重量輕,動作靈活,工作范圍大,并在挖掘的正常軌跡上可以實現平推的功能,較適合物料松散、工況復雜的挖掘。
根據爆破情況分析,對于爆破不好的物料,電鏟的適應性更強,而液壓鏟更適合爆破好的物料;根據礦石情況分析,電鏟更適合較難和很難的挖掘,液壓鏟適合輕度挖掘;根據物料分布情況分析,對于分布規整、層次清晰的礦石,適合電鏟挖掘,對于礦石分布為傾斜層或段高較低,需要選擇性挖掘,則液壓鏟更適合。
兩種設備挖掘比較見圖1。
2 挖掘和卸載分析
挖掘和卸載為采掘過程關鍵的組成過程,選擇的挖掘機與物料相互之間的適應性直接影響采掘效率。電鏟由于機構的限制,一般為機械式正鏟挖掘機,其挖掘曲線單一,體積較大,為重型設備。液壓鏟設計靈活,一般有正鏟和反鏟之分,挖掘曲線較靈活,機器本身也體積輕,各機構動作較電鏟靈活[3]。
2.1 挖掘周期
挖掘機的周期由挖掘、回轉、卸料、返回4部分組成,其中回轉時間較大程度地影響整個挖掘循環時間,回轉的角度越小,挖掘的循環時間越少,相應地工作效率較高,較合理的回轉角度為70°。
對于電鏟一般就是單一的挖掘,挖掘周期與回轉角度有直接關系,當固定回轉角度時,挖掘周期基本為恒定值。液壓鏟本身較靈活,對單一挖掘來說,平均挖掘周期較短。另外,液壓鏟可以進行選擇性的挖掘,挖掘的起點可變,這樣會影響回轉角度和回轉周期。
2.2 挖掘深度
挖掘深度比較如圖2所示,液壓鏟可以傾斜切入水平地面,并挖出一個斜坡,進而達到更深的挖掘,有利于開辟新的挖掘面和制作斜坡面。而電鏟只能在推壓的作用下切向切入地面后,以一定的弧度向上提升挖掘物料,不能再次深入挖掘。因此在追求更深的挖掘時,選擇液壓鏟更好。
2.3 滿斗系數
每一種挖掘機都有額定的斗容,即可以挖掘的物料的體積,鏟斗的形狀直接影響鏟斗的裝滿程度,即滿斗系數。滿斗系數為1時,物料裝滿程度等于斗容。由于本身技術和規范的因素,液壓鏟的鏟斗在設計時的斗容計算與電鏟不同,兩種設備的滿斗比較見圖3。液壓鏟斗容計算的堆高標準較大,且為有效的斗容,故這種鏟斗更適合挖掘中度挖掘的物料,以便很好地形成堆高,使滿斗系數接近1。而電鏟對堆高要求并不高,大部分容積在鏟斗內部,一般的挖掘均能達到斗容要求。因此對于大部分挖掘來說,電鏟要比液壓鏟更容易達到滿斗要求。
2.4 物料卸載
物料卸載必然會對卡車或其他設備產生沖擊,如果沖擊較大,將會對運輸設備提出更高的要求。液壓鏟的卸載方式為液壓驅動式,其卸載口打開的大小可以通過液壓缸的行程控制,可以有效地控制物料流,對運輸設備的沖擊較小。而電鏟卸載物料的過程一般不可控制,為一次性打開式,對運輸設備的沖擊比較大。
3 礦山條件
挖掘機的選擇還與礦山基礎條件和配置有關,礦山采掘為較復雜的過程,不僅要完成正常的挖掘工作,還要完成很多輔助工作,比如清理不能一次挖滿鏟斗的邊料、水平清理地面的散料、卡車的配置等。兩種設備具體比較如下:①邊料清理:液壓鏟能移動從卸載區溢出的物料,較適合清理地面;電鏟的邊料清理能力則較低;②水平挖掘:液壓鏟可以水平清理,但其挖掘力較低,不適合較硬的水平挖掘;電鏟的挖掘力較大,適合水平挖掘;③卡車的匹配:液壓鏟對卡車的要求較大,電鏟較小;④卡車裝載:液壓鏟卸載范圍有限,不容易裝滿卡車;電鏟體積較大,卸載范圍大,較容易裝滿卡車。
4 總結
目前國內大部分露天礦山均采用電鏟挖掘物料,一方面由于國內大型電鏟技術成熟,備件供應方便快捷,各礦山的維護力量雄厚;另一方面國內爆破技術有限,物料狀態不是很理想,較適合電鏟工作。對于大型液壓鏟來說,國內發展較慢,主傳動液壓元器件仍依靠國外進口,礦山維護力量也較薄弱,因此目前不適合大面積的使用,但是由于液壓鏟購置成本較低,特別適合不規則物料層的挖掘以及爆破較好的中等以下挖掘,已逐步在國內露天礦山使用,具有一定的推廣前景。
參考文獻
[1]陳國山.露天采礦技術[M].北京:冶金工業出版社,2008.
[2]閻書文.機械式挖掘機設計[M].北京:機械工業出版社,1991.
露天礦事故案例分析范文第3篇
1 試驗設計
1.1 巖樣制備
測試巖樣采取現場鉆孔取芯和坡面抱塊相結合的辦法,將鉆取后的圓柱體試樣進行端面磨平,要求兩端面的平整度小于0.05 mm,加工成標準巖樣尺寸,高約100 mm,直徑約50 mm,巖樣要求兩端面的平整度小于0.05 mm,端面垂直度小于0.25°;巖樣篩選,首先進行肉眼觀察,剔除表面有裂紋、層理和條紋等缺陷的試件,選擇均勻性好、紋理一致的巖樣;再通過聲波儀測定每塊巖樣的縱波波速Vp及橫波波速Vs。根據測試結果,選取有代表性的作為試驗巖樣。
1.2 試驗方案設計
本試驗對選取巖樣分別進行自然狀態下單軸抗壓強度試驗,不同干濕循環次數(1次,5次,15次)下單軸抗壓強度試驗。首先通過巖石的含水率實驗,確定巖樣飽和所需時間是24 h,采用飽和自由浸水法使試件充分飽和,然后將飽和的試件置于恒溫的烘箱內,12 h后將試件從烘箱內取出,用干燥器對試樣冷卻到室溫,記錄試件質量,直到烘干試件至恒重,定義為1次干濕循環試驗。采用TAW—2000電液伺服巖石三軸試驗機,對不同干濕循環條件下花崗巖進行單軸壓縮試驗,單軸應力-應變曲線如圖2所示。
1.3 試驗結果與分析
通過不同干濕循環次數巖石應力-應變曲線可以看出,在達到峰值應力之前均顯示三階段特征(孔裂隙壓密階段、彈性變形階段、非穩定破裂階段),與干濕循環條件的無關,峰值應力之后曲線形態在不同干濕循環條件下具有明顯的差異:干濕循環對巖石產生劣化效應,隨著干濕循環次數的增大,裂隙壓密段變長,而且塑性屈服階段更加顯著,彈性模量逐漸減小;巖石破壞以后,在破壞形態上呈明顯的脆、延性轉化規律,即在干濕循環次數較少時,表現為脆性破壞,經歷的干濕循環次數越多,延性破壞特征越強。巖石遇水軟化性明顯,循環15次后的單軸抗壓強度下降至17.53 MPa,僅為自然狀態下的55.4%。由圖3可知,通過指數函數對實驗數據擬合,巖石的力學參數都產生變化且變化幅度逐漸減小,隨著循環次數的增加,彈性模量、單軸強度以及抗拉強度的變化較為明顯,經過15次循環后,巖石三個力學參數值分別下降44.60%、60.19%、39.90%;從總的劣化度分析,彈性模量受到的影響最大,最大變化度可達到60.19%,抗壓強度、抗拉強度受影響程度弱于彈性模量受影響程度,最大下降度可達44.60%、39.90%,泊松比的變化范圍較小,均在5%范圍內,因此可以認為泊松比在干濕循環過程中基本不變;單軸抗壓強度、彈性模量及抗拉強度變化則近似呈指數變化。
2 巖石損傷演化方程推導
2.1 巖石損傷過程能量分析
巖石在干濕循環作用過程中,巖石的力學性質受到水的弱化作用,主要通過以下兩種方式,一是干濕循環條件對巖石礦物顆粒力學條件的影響,因為成巖礦物顆粒表面存在有碎屑物質,在水循環作用條件下顆粒表面物質成分溶解、擴散;二是水對成巖礦物顆粒之間的接觸處以及膠結體的溶蝕、潤滑及軟化作用,通過對不同水循環作用下巖石的三軸壓縮試驗,表明干濕循環對巖石的內摩擦角及黏聚力具有明顯的影響。干濕循環作用使得巖石的內部細觀結構發生變化,巖石礦物顆粒間的裂隙增大,同時顆粒間的次生裂隙會不斷擴展。由熱力學定律可知,能量耗散是巖石變形破壞的本質屬性,它反映了巖石內部微缺陷的不斷發展、強度不斷弱化并最終喪失的過程。因此,能量耗散與損傷和強度喪失直接相關。自然界的巖石不僅受到外部載荷和環境條件的影響,也可能受到由于水位升降導致的巖石的強度降低及變形。巖石在外部環境各種因素的作用下內部結構不斷發展變化,引起巖石損傷甚至失穩破壞。通過分析干濕循環作用下巖石單元變形過程中能量變化,對不同干濕循環條件下黃鐵絹英巖化花崗質碎裂巖應力-應變曲線求得外力功[12,13,14,15]。
假設室內試驗過程不存在熱交換即封閉系統,根據單位體積的巖體單元在外力作用下的產生變形破壞,外力功總輸入能量為W,根據熱力學第一定律,可得:
式中:Wd為單元耗散能,形成巖石損傷與塑性變形的內在原因,其變化規律滿足熱力學第二定律中的熵增加原理;We為單元可釋放彈性應變能。用于巖體單元在外部條件作用下產生變形,當卸荷后能使變形中的彈性變形得到恢復。巖體可釋放應變能:
式(3)中σi為空間單元的主應力;εie為三個主應力空間的彈性主應變。由愛因斯坦求和約定可得:
對式(4)進行簡化,根據單軸壓縮試驗特征,當式(4)中σ2=σ3=0時為單軸壓縮狀態,可得:
巖石的損傷狀態方程即損傷能量耗散率,可以表示為:
將式(5)代入式(6)可得:
根據等效應變假設,定義連續損傷因子及損傷變量表達式,
式(8)中:D為損傷變量;E為不同循環次數下的彈性模量;E0自然狀態下彈性模量。
謝和平[16]系統探討了巖石在各向同性、各向異性以及考慮大變形的情況下熱力學自由能的表述,據此得到了損傷能量釋放率與損傷變量的關系,則巖石在單軸壓縮下的損傷演化方程為:
式(9)中c和ω為與巖石性質有關的材料參數,其中,由于研究不同干濕循環次數下巖石的力學性質的變化,可以認為自然狀態下N=0時,損傷很小或沒有損傷即D=0,則Y0=0。
通過對式(9)的兩次對數轉換得到關于Y和D的線性關系表達式
式(10)中:x和y為Y及D的函數,y=ln[-ln(1-D)]、x=ln Y通過對實驗數據的線性擬合分析可以得到表達式的系數a=1/ω,b=lnc。
2.2 干濕循環作用下損傷演化方程分析
通過不同干濕循環次數下巖石的單軸壓縮實驗數據,可以計算得到x、y的數據集合,通過數據分析軟件進行擬合分析,得到線性方程參數擬合值,進一步計算得到損傷演化方程的參數值。比較巖石損傷演化的理論值與試驗值。圖4所示即為2個試樣的損傷演化方程理論結果與試驗結果之間的比較,可見巖石損傷演化方程較好地描述了巖石在試驗過程中的損傷演化。
對于式(7)中變量,由圖3可知,彈性模量、峰值應力與循環次數呈指數變化關系。利用origin軟件以循環次數為橫坐標,(1-D)為縱坐標進行擬合分析,如圖5所示,循環次數與(1-D)也呈現指數變化關系。彈性模量、峰值應力、(1-D)與循環次數呈指數變化關系,則損傷演化方程(9)可表示為循環次數的方程。
3 結論
(1)巖石的彈性模量、單軸抗壓強度都產生變化且變化幅度逐漸減小,呈現指數變化趨勢,從總的劣化度分析,彈性模量受到的影響最大,最大變化可達到60.19%。因此,通過巖石彈性模量的變化定義干濕循環作用下巖石的損傷變量。
(2)對巖石進行不同干濕循環條件下單軸壓縮試驗,分析外力總功、彈性能以及能量耗散之間的內在關系研究發現外部載荷對巖石所做總功,一部分轉化為巖石彈性變形能,還有一部分以能量耗散的形式導致巖石發生不可逆的損傷。通過多樣本試驗對基于能量耗散原理建立的巖石損傷演化方程進行了驗證,對試驗數據研究分析,獲得相關參數,結果表明提出的巖石損傷演化方程可以較好地描述巖石損傷演化過程。
露天礦事故案例分析范文第4篇
關鍵詞：模糊層次分析法,露天礦,邊坡,穩定性
邊坡穩定是露天礦工程建設的重要問題。露天礦邊坡是一個動態開放的系統, 影響因素多, 是非線性的, 難用明確的數學、力學方法準確地描述和求解[1,2]。目前國內外[3~6]涌現了各種研究邊坡穩定性的方法, 分為定性分析和定量分析。前者優點在于快速有效分析邊坡失穩的力學機理, 但不能有效揭露影響邊坡穩定性各因素之間的量化關系。后者優點在于量化考慮了影響邊坡的各因素, 精確性高, 普及性廣, 但分析過程復雜, 計算困難[6]。
本文運用層次分析-模糊綜合評價方法 (FuzzyAnalytical Hierarchy Process) , 充分考慮信息的隨機性和不確定性, 分析各評價因子間的層次關系, 評估各評價因子的影響價值, 得出合理的評價權重。采用二級綜合評判方法, 對某露天礦邊坡穩定性進行綜合評判, 最后確定該露天礦邊坡穩定的級別程度。
1 邊坡穩定性的分類及影響因素的選取
邊坡的穩定性易受多種因素的影響, 主體而言分為自然因素和人為因素兩大類。結合國內外學者對邊坡的主要研究成果, 歸納總結出邊坡高度F1、邊坡坡度F2、地層巖性F3、巖體完整性F4、坡向與巖層產狀關系F5、內摩擦角F6、粘聚力F7、地下水變化F8、過程降雨量F9、最大地震烈度F10、人類工程活動F11, 這11個主要影響邊坡穩定性的因素 (factor) 。其中F1到F10這10個因素為自然因素, F11為人為因素。
2 邊坡穩定性Fuzzy-AHP綜合評判法
2.1 模糊評價集合建立
Fuzzy-AHP綜合評判法通過取隸屬函數, 充分考慮等級間的中間過渡狀態。采用嶺形隸屬函數[7]構建定量作用因素的隸屬函數。采用分級法評定定性作用因素, 將作用因素分成5個等級:優 (0.9) 、良 (0.7) 、中 (0.5) 、差 (0.3) 、劣 (0.1) , 并按賦值標準給出評定值, 再采用梯形函數構建隸屬函數。
評價邊坡穩定性的所有指標構成的集合作為指標對于邊坡穩定性整體評判效果的評價, 可以根據評判效果的好壞用模糊集合A來描述:
某一評價指標X對評價結果的影響可以用單指標評價向量μ (x) 來表示:
評價指標X對應的單指標評價結果的評價標準見表1, 其中, a0
2.2 隸屬函數的確定
為了使確定的隸屬函數滿足上述4個基本原則, 同時考慮邊坡穩定性評判的特點, 將傳統的嶺形函數加以引申, 同時, 將非等距的區間線性變化成等距區間, 將隸屬度分布密度函數用對稱形式的嶺形分布表示。同時根據極限準則, 確定分布密度函數的左右零點。
2.3 指標權重確定的模糊層次分析法
對于露天礦來說, 需要研究不同因素對邊坡穩定性的影響, 因此, 需要利用單因素評價矩陣與因素權重的乘積綜合評價穩定性, 確定因素權重的過程如下:
1) 建立評價因素層次結構。Fuzzy-AHP把復雜決策問題分成若干層次, 形成階梯層次結構, 并按一定數量規則, 給出各層次指標判斷矩陣, 并利用數學方法檢驗其可靠性、正確性。
2) 構造模糊一致矩陣。根據層次結構模型, 將本層次所有與上一層次某因素有關的各因素相對重要程度兩兩比較, 采用0.1~0.9標度[8]給予量化處理, 得到模糊判斷矩陣。假定影響上一層某元素的因素有al, a2, ……, an等, 則可以得到模糊一致矩陣:
R的主要性質是:rii=0.5;rij+rji=l;rij=rik-rjk+0.5, i, j, k=l, 2, …, n。
3) 模糊一致矩陣各元素權重值的確定。對于模糊一致矩陣R= (rij) n×n的元素rij與權重wi存在以下關系:
由 (1) 式可以得到計算因素權重的公式:
權重wi的大小依賴參數a的選擇。a越大, wi之差越小, 表明決策者不是很重視元素間重要程度的差異;當a= (n-1) /2時權重之差最大。為保證wi≥0, 必須取a≥ (n-1) /2。實際應用中取a= (n-1) /2, 這是最重視元素間重要程度的取法。
2.4 露天礦邊坡穩定性綜合評價方法
計算同一層次因素相對于目標層重要性的排序權值稱為層次總排序。假定上一層次A所有因素為Al, A2, ……, Am, 其層次總排序權值為al, a2, ……, am, 相鄰下一層次B中所有因素為Bl, B2, ……, Bn, 則B層中所有元素對于A層中某元素Ai的單排序權值為b1i, b2i, ……, bni, 由此可得B層次任意因素Bx的總排序權值為:
應用上述模糊層次分析法計算得到各因素的權值以后, 應用單因素評價矩陣與因素權值的乘積來表示露天礦邊坡穩定性等級。
3 工程實例分析
某露天鐵礦地處湖北中部某山區, 海拔500~1150m, 高差200~700m。地形坡度12°~28°, 局部可達40°。東側坡高為70~150m, 總體坡角約35°。邊坡主要由變質巖以及部分礦體構成, 巖石堅硬, 重度28k N/m3, 內摩擦角φ=36°, 內聚力C=0.36MPa。年降水量1250~1900mm, 蒸發量約1220mm。采場無常年性溪流, 所在地區地震烈度小于6°。
根據文獻[8]將邊坡穩定等級分為穩定、基本穩定、一般、不穩定和極不穩定5個等級, 用符號I、II、III、IV和V表示。邊坡穩定性綜合評判過程如下:
(1) 單因素評判。按隸屬函數評定所有單因素, 得出評判結果見表2。
2) 一級綜合評判。綜合評判每個因素子集, 求出相應子集等級模糊向量。
3) 二級綜合評判。將5類因素當作5個單因素看待, 再進行總的二級評定。評判結果為:A= (0.240.26 0.237 0.206 0.12) 。
4) 評定結果分析。根據最大隸屬度原則, A矩陣中選取最大值0.26, 相對應的穩定等級是II級, 說明該邊坡目前處于較穩定狀態。事實上, 由于邊坡是按照礦山設計規范開采、逐步形成的, 礦山開采37多年來未出現大規模的邊坡破壞事故, 邊坡總體是穩定的。
4 結論
1) 露天礦邊坡穩定性受到眾多因素的影響, 很多因素難以確定, 實際邊坡防護設計中可以根據邊坡所處的具體工程地質環境適當增減影響因素;
2) Fuzzy-AHP是針對多指標、多因素、多判據, 綜合層次分析法與模糊數學, 將定性判斷與定量評價有機結合的一種邊坡穩定性分析方法。
3) 利用嶺形函數和梯形函數構建隸屬函數, 運用層次結構分析法來確定各影響因素的權重, 采用二級模糊綜合評判的方法, 對工程實例進行綜合評判, 取得了較好的結果。該方法計算過程簡單, 具有一定的工程實用性。
參考文獻
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露天礦事故案例分析范文第5篇
1主成分分析法的基本思想
在對實際問題研究的過程中,一般情況都是關于n個樣本,每個樣本包含p個隨機變量的問題,數學上的處理方式為將原始的p個變量作線性組合。作為新的變量,設p個原始變量為x1,x2,…,xp,對應的新的變量(主成分)為y1,y2,…,yp.
主成分方差貢獻率為某個特征根占總特征的根比例。設特征根為λ,則第i個主成分所對應的方差貢獻率為:
方差的累計貢獻率為:
特征值累計貢獻率一般要求在75%~85%,其中,特征值即主成分的個數小于5或6.主成分分析是將原來多個變量化為少數幾個綜合指標的一種統計分析方法。從數學角度看,這是一種降維處理技術。假定有n個地理樣本,每個樣本共有p個變量描述,這樣就構成了一個n×p階的數據矩陣。
2 GRNN神經網絡的基本思想
廣義回歸線性網絡GRNN的主要優點在于學習快速,是一種基于非線性回歸理論的前饋式神經網絡模型。當樣本數量非常大時,GRNN神經網絡能實現快速逼近,處理實時環境中的稀疏數據時非常有效。目前,該神經網絡在系統辨識和預測控制等方面得到了應用。
GRNN的結構如圖1所示。
其一般由輸入層、隱含層和輸出層組成。輸入層能將樣本變量傳遞到隱含層,將不參與真實運算。隱含層所含神經元個數是訓練集樣本數,其權值為歐氏距離函數(||dist||),作用是為計算網絡輸入與第一層的權值IW1,1間的距離,b1為隱含層閥值。使用徑向基函數作為隱含層傳遞函數,一般采用高斯函數為傳遞函數。網絡中第三層為線性輸出層,其權函數為規范化點積權函數(用nprod表示),計算網絡的向量為n2,其每個元素就是向量a1和權值矩陣LW2,1每行元素的點積再除以向量a1的各元素之和得到的,并將結果n2提供給線性傳遞函數a2=purelin(n2),計算網絡輸出。
3邊坡影響因素間的相關性分析
本文所選取巖土體的重度γ、巖土體的黏聚力c、內摩擦角f、邊坡的坡角α,邊坡的高度H以及孔隙壓力μ作為影響邊坡穩定的主要因素。從大量參考文獻得出邊坡穩定性評價的輸出因素為邊坡安全系數。
由于各指標對應的變量因子所采取的單位標準不一樣,因此,各變量之間無法直接比較,對數據標準化處理需要在進行主成分分析前進行。其中,SPSS主要使用z-score標準化法,可將數據統一映射到[-1,1]區間上。方差分解主成分提取分析結果如表1所示。
表1中,利用SPSS提取出2個主成分,且方差累計貢獻率大于75%,所以,提取的主成分有效。近一步借助其求得主成分因子的載荷矩陣,具體如表2所示。
由于利用SPSS進行主成分分析時,無法直接得出主成分的系數。表2中主成分載荷矩陣并不是主成分的特征向量,其系數的準確求法則為:各個主成分載荷除以表1中各個主成分所對應特征值的算術平方根。根據主成分分析模型和因子載荷,可以得到提取的2個主成分與原先6個指標變量之間的線性組合,表達式如下:
4 PCA-GRNN預測數值實例
由于輸入數據具有一定相關性和輸入數據過多,所以,本文將主成分分析法與GRNN神經網絡相結合,構建了優選模型,并對邊坡安全狀態進行有效了分析。將18組數據作為訓練樣本子集,預測樣本子集的11組邊坡數據。該案例分析中的學習速率設為0.01,最大迭代次數為2 000,誤差性能目標為0.000 001.分別運用兩種算法對邊坡的安全性進行了比較分析,結果如表3所示。
通過對兩種預測方法所預測結果的平均值、最小值以及最大值的比較可以得出,PCA-GRNN算法比PCA-BP算法的預測結果更為準確。由此額空間,該方法在邊坡穩定性分析上較為有效、合理。
兩種方法的預測值與實際測量值之間的誤差關系如圖2所示。
由此可見,利用PCA-GRNN模型進行評價比利用PCA-BP得出的預測值精度更高、相對誤差更小。該模型在邊坡穩定性分析中具有較好的可行性和適用性。
5結論
以PCA-GRNN方法描述了分類結果與樣本值兩者間的映射關系,給出了具體的概率累計表達式與模型建立的方法,并通過對某一工程實例的驗證得出,采用PCA-GRNN模型描述邊坡穩定性分類指標與穩定性之間的經驗關系,其建模方法簡單,易于實現。與BP神經網絡相比,GRNN網絡優勢在于訓練不需要迭代、隱含層所含神經元個數由訓練樣本可自適應確定,避免了BP神經網絡在迭代中的權值修改,且對接近于局部神經元特征的輸入具有很強的吸引力等。
摘要：露天礦邊坡穩定性分析是一個復雜的非線性、不確定的動態系統,各因素之間具有一定的相關性。首次應用主成分與GRNN神經網絡結合的原理和方法,建立了邊坡穩定性評價模型,能定量得出各主成分對邊坡穩定性的影響程度。利用PCA-GRNN神經網絡評價模型對邊坡安全系數進行了預測,并與真實值進行了對比分析,得出了PCA-GRNN方法評價精度較高、相對誤差較小。由此可見,該模型在邊坡穩定性的分析中具有較高的可行性和適用性。
關鍵詞：邊坡穩定性,主成分分析,GRNN神經網絡,特征根
參考文獻
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露天礦事故案例分析范文第6篇
隨著露天礦山開采的大型化和現代化程度的提升, 礦山開采通過結合實際情況, 不斷在發展過程中形成了露天開采的標準化開采工序。就目前而言分為爆破、裝載和運輸, 其中, 爆破作業作為露天礦山開采的三大工序之一, 同時也是礦山開采的首要工序, 對于礦山建設具有極其重要的作用。
2 影響爆破效率的因素
通過目前所采用的礦山爆破的方式和方法, 不難看出對于爆破效率的影響因素, 可以歸結為以下四點:爆破炮眼的平面布局、礦用炸藥的裝填方式、礦用爆破器材的選用和礦山爆破人員配置。在這些影響因子中, 對于礦山爆破人員的配置, 我們可以通過以量定員、加強教育、定期培訓等輔助性措施就可以使得這一影響因子對礦山爆破效率的影響降到合理區間內。因此, 對于礦山爆破能力影響最直接的因素就可以簡化為三點:礦山爆破時的炮眼的空間位置關系, 礦山爆破時炮眼內的裝藥方式以及符合礦山地質條件的礦用炸藥的合理選用。
3 提高爆破效率的措施
3.1 改善炮眼布局
改善炮眼布局主要的措施就是根據礦區內的地質條件和巖體結構劃分爆破區域, 以劃分的爆破區域為基本爆破單元合理的布置爆破眼。之所以將礦區劃分為不同的爆破單元是因為露天礦山在建設和開采工程過程中所占用的地域范圍廣;煤田開采過程中煤層賦存復雜多變, 使得礦區范圍內的上覆巖層的結構隨著煤田結構不斷變化;在煤田的形成過程中由于地質構造運動使得巖石的物理性質發生分化, 不同區域內巖石體的硬度變化無常、不同區域內巖石體風化程度不一。以上因素使得礦山爆破過程中不能忽略礦山區域內不同單元的巖石特性, 粗放的開采。因而, 礦山劃分爆破單元對于提高爆破效率, 降低礦山建設成本是有意義的。
3.2 改善裝藥結構
在露天礦山的建設和生產過程中, 裝藥方式的合理與否對于爆破效率的利用率是具有重要影響的影響因子。合理的炸藥裝填結構和方式可以在使用盡可能少的裝藥量時, 減小爆破所引起的震動并獲得極佳的爆破能量利用率, 在降低爆破成本前提下達到所期望的爆破效果。就當前的裝藥結構和方式而言分為炮眼連續裝藥和炮眼間斷裝藥兩種方式。采用炮眼連續裝藥的結構時, 炸藥會集中于炮眼底部, 爆破后產生的碎巖中, 巖層上部大塊巖石較多, 導致二次爆破時爆破成本提高, 不利于爆破效率的提升;采用炮眼分段裝藥的間斷結構時, 即在實際操作中炮眼底部炸藥量約占總藥量的60%, 然后裝入0.05m厚的封裝炮泥作為爆破夾層, 再裝入40%的裝藥量, 然后對炮眼封孔處理。在起爆時兩段藥柱體采用相互獨立的起爆藥卷進行起爆作業?？赡艿贸龅慕Y論是在兩次爆破能量的影響下爆破應力的傳遞較為均勻和有效, 對巖石體的破碎也比連續裝藥的結構明顯, 是可以有效地改善爆破效果的。
3.3 合理選擇炸藥
合理的選擇礦用炸藥, 就是炸藥爆破特性的選取要與上覆巖層的物理特性相匹配, 根據炸藥爆炸時能量的傳遞特性與礦巖的碎裂性質相互匹配的原理。具體而言, 就是以爆破炮眼布置的不同位置處的礦山上覆巖層巖體的巖性, 合理的選用威力不同的許用炸藥, 使得炸藥爆炸后產生的能量傳遞具有各向同性的特點, 均勻地作用于周圍巖體, 從而有效的利用爆破后的能量, 使得爆破的效率得以提高, 達到爆破利用率的最大化。
3.4 采用新型爆破技術
(1) 炮孔有水存在的條件下:將礦用抗水炸藥或著是經過防水處理的非抗水炸藥按照炮孔設計的爆破藥量, 采用體積不耦合裝藥方式裝入炮眼中。這種方式裝藥時炮孔中的水體會被擠壓至炮孔上部。
(2) 炮孔無水存在的條件下:可以將抗水炸藥或經處理的非抗水炸藥按照爆破所需的設計藥量裝填入爆破炮孔, 然后由外界向炮孔中注入水體至需要堵塞位置, 放入隔離物之后就可以用土回填封閉炮孔。
3.5 具體化爆破設計, 選擇最佳起爆方法
在進行礦山爆破網絡設計時, 需要逐個炮孔測出炮孔的孔網參數值、炮孔的孔深值、爆破的底盤抵抗線, 再根據每月月末驗收的爆破網絡平面設計圖和每年的年度爆破設計平面圖, 得出較為精確的孔段段高, 逐個炮孔計算礦用炸藥總消耗量和單消耗量。
4 結論
通過采用以上所提出的技術方案和管理措施后, 根據已有的粗糙數據初步計算可得出, 礦山爆破的實際應用效率會有5%~10%的提升。露天礦山建設和生產過程中, 礦區所跨區域較廣, 礦區內的地形地質構造、采裝剝離工藝、爆破炮孔技術等條件不盡相同, 是因地而異的, 因而提高礦山爆破效率的方法和手段也是不可能完全相同。只有在生產實踐中在爆破工藝的技術指標與爆破器材的管理措施上尋找突破點, 從礦山爆破工序的各個具體細節上考慮, 改善礦山爆破的質量, 嚴格控制爆破炮眼空間布局、爆破炮眼的藥量裝填結構與方式和根據不同的爆破單元內具體的巖性選用合理的爆破許用炸藥, 才能有效提升爆破的炸藥的效率, 從而降低礦山爆破的成本, 提高礦山的生產能力和效益。
摘要：礦山露天開采中, 爆破效率對于礦山生產具有極其重要的影響, 在露天礦山生產工序中對于生產能力的影響占有相當大的比例。因而, 如何提高露天爆破效率是露天礦山面臨的主要問題之一。文中提出的通過對礦山爆破工藝改進與完善的具體措施, 并將最新的爆破方法引入到露天開采中, 可以有效地提高礦山爆破效率, 進而提高露天礦山的生產效率。
關鍵詞：露天開采,爆破效率,炮眼布局,裝藥方式,裝藥結構
參考文獻