СПОСОБ ОЦЕНКИ ВЫБРОСООПАСНОСТИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЧАСТИ МАССИВА ПРИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ВЫЕМКЕ УГЛЯ Российский патент 1995 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для создания безопасных условий труда при разработке газоносных и выбросоопасных угольных пластов.

В горной промышленности известен способ оценки выбросоопасности по динамике газовыделения во времени, который осуществляется путем измерения на определенном метровом интервале пробуренного шпура начальной скорости газовыделения (g_н) и измерения на этом же интервале спустя 5 мин величины скорости газовыделения (g_t5). При g_t5/g_н > 0,65 зона пласта является неопасной по выбросам, а при g_t5/g_н≅0,65 - выбросоопасной.

Недостатки способа - его нетехнологичность в виду необходимости бурения шпуров длиной до 6,5 м, а также низкая достоверность, обусловленная разной квалификацией и добросовестностью исполнителей.

Наиболее близким техническим решением является автоматизированный способ контроля состояния массива в призабойной части выбросоопасного угольного пласта, который заключается в том, что в каждой выработке определяется безопасный предел газоносности призабойной части угольного пласта Х_б, ниже которого внезапные выбросы не происходят. В дальнейшем определяют газоносность призабойной части угольного пласта при выемке угля Х_п.з и газоносность призабойной части угольного пласта после выемки угля Х_п.з.'. Контроль состояния угольного забоя осуществляют путем сравнения Х_п.з. и Х_п.з.' с Х_б, так что при Х_п.з. < Х_б и Х_п.з.' < Х_бсостояние забоя считают неопасным по выбросам, а при Х_п.з.≥Х_б, Х_п.з.'≥Х_б- опасным.

Недостатком способа является то, что при определении Х_п.з.' обратная зависимость величины снижения газоносности от протяженности зоны разгрузки не соответствует положению о том, что уменьшение зоны разгрузки влечет за собой увеличение опасности внезапного выброса и, наоборот, увеличение зоны разгрузки свидетельствует о снижении выбросоопасности пласта. Величина Х_п.з.' не дает объективной характеристики изменения во времени газовыделения в выработку после остановки комбайна. Недостатком также является то, что газоносность угла Х_п.з на предыдущем цикле выемки условно переносится на следующий цикл.

Цель изобретения - повышение оперативности и достоверности оценки выбросоопасности призабойной части массива при механизированной выемке угля.

Поставленная цель достигается тем, что измеряются объем газовыделения в выработку при выемке угля в течение последних 10 мин до ее окончания и объем газовыделения в течение первых 10 мин после окончания выемки. Затем определяют показатель оценки выбросоопасности Н_апо формуле:
H_a = Q_п/Q_p, где Q_п - объем газовыделения после окончания выемки в течение первых 10 мин, м³;
Q_р - объем газовыделения во время выемки в течение последних 10 мин, м³.

При Н_а > 0,8 призабойная часть пласта оценивается как неопасная по внезапным выбросам, а при Н_а≅0,8 - как выбросоопасная.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ существенно отличается от известного и, таким образом, соответствует критерию изобретения "новизна". Известны технические решения, в которых определяют начальную скорость газовыделения на метровом интервале контрольного шпура и скорость газовыделения спустя 5 мин, и затем их отношение сравнивается с критериальным значением. Однако этот способ оценки выбросоопасности основан на бурении шпуров длиной до 6,5 м и не обеспечивает оперативности, технологичности и достоверности прогноза, которые достигаются в заявляемом техническом решении. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "существенные отличия".

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В выработке на исходящей струе воздуха на расстоянии 30-50 м от угольного забоя устанавливаются (датчик ДМТ-3) аппаратура контроля метана (АКМ) и датчик скорости воздуха ИСВН, которые периодически переносятся к забою для соблюдения указанного расстояния.

Информация о работе комбайна (время начала работы и окончания) поступает с датчика ППТ-1. Данные от датчиков ДМТ-3, ИСВН и ППТ-1 с помощью телеметрии передаются на стойки СПН, установленные на поверхности, и фиксируются самописцами Н-372. Одновременно информация с датчиков передается на ЭВМ шахтной службы АСУ ТП и фиксируется в ее памяти на магнитных дисках. На каждом цикле выемки определяется объем газовыделения в выработку в течение последних 10 мин работы комбайна по выемке угля Q_р и объем газовыделения в выработку в течение первых 10 мин после окончания выемки угля Q_п по формулам:
Q_p = - 10I_ф м³ и Q_п = - 10I_ф м³, где C_i и Q_i - соответственно концентрация метана (%) и расход воздуха (м³/мин) в призабойном пространстве выработки в i-тую минуту работы комбайна;
I_ф - фоновое газовыделение в выработку, за которое принимается минимальный уровень газовыделения, установившийся в ремонтную смену, м³/мин;
C_j и Q_j - соответственно концентрация метана (%) и расход воздуха (м³/мин) в призабойном пространстве выработки в j-тую минуту после окончания выемки угля;
t_i, t_j - интервал квантования во времени значений концентрации метана, t_i = t_j = =1 мин.

Затем определяется показатель оценки выбросоопасности Н_а по формуле
Н_а = Q_п/Q_р.

Оценка выбросоопасности призабойной части массива осуществляется путем сравнения показателя оценки выбросоопасности Н_а с критическим значением, равным 0,8, и при Н_а > 0,8 призабойная часть массива оценивается как неопасная по внезапным выбросам, а при Н_а≅0,8 - как выбросоопасная.

Обработка результатов производится на ЭВМ по заданной программе.

Выбросоопасные зоны характеризуются высоким градиентом давления газа в призабойной области. Вследствие этого газовыделение в выработку при отбойке угля и сразу после ее прекращения имеет высокую величину. Однако как только отбойка прекращается, оно начинает резко снижаться, поскольку трещины вблизи забоя быстро истощаются, а приток газа из глубины массива вследствие низкой проницаемости нарушенного угля, сжатого вмещающими породами, в выбросоопасных зонах очень низкий. Поэтому через 5-10 мин после окончания отбойки газовыделение становится значительно ниже газовыделения в процессе отбойки угля.

Исследованиями, проведенными на шахтах ПО "Карагандауголь" установлено, что наибольшая сходимость результатов определения выбросоопасности по характеру газовыделения в выработку во времени (100% в неопасных зонах и 95,9% в опасных зонах) наблюдается при принятии 10-минутных периодов времени, в течение которых производится измерение объемов газа, выделившихся во время работы комбайна и после его остановки (см.таблицу).

На фиг. 1 представлены значения показателя Н_а, полученные в опасных зонах (крестики), где наблюдалась бурная реакция пласта при бурении контрольных и опережающих скважин в виде выбросов газа и штыба из скважины, а также в неопасных зонах (черные точки), где массив при бурении скважин вел себя спокойно. Граничным значением, отделяющим выбросоопасные и невыбросоопасные зоны, является величина показателя Н_а= 0,75. Доверительная граница выбросоопасной зоны с вероятностью 0,98 определена по формуле:
ε_x = где t - коэффициент, равный 2,42;
σ_x - среднеквадратическое отклонение при t = 2,42;
n - количество измерений.

При полученном значении ε_x = 0,05 с учетом верхней границы доверительного интервала (Н_а + ε_x) граничным значением, отделяющим выбросоопасные и невыбросоопасные зоны, является значение показателя оценки выбросоопасности Н_а = 0,80. Если Н_а > 0,80 - призабойная часть массива оценивается как неопасная по выбросам, а если Н_а≅0,80 - как выбросоопасная.

Применение способа показано на примере проведения 2-го восточного вентиляционного штрека пласта Д6 гор. +120 шахты им. В.И.Ленина объединения "Карагандауголь". Исследования проводились на протяжении 80 м подвигания забоя выработки. Пласт Д6 "Кассинский" мощностью до 6,5 м отнесен к особо выбросоопасным с глубины 320 м. Выработка проводилась на глубине 390-400 м.

На фиг. 2 приведены результаты исследований.

На верхнем графике показано применение нормативного показателя выбросоопасности R, на нижнем - изменение показателя Н_а в зависимости от подвигания забоя. Результаты исследований показывают достаточную сходимость результатов с нормативным способом прогноза выбросоопасности и с фактическим состоянием угольного забоя при проведении выработки.

Таким образом, предлагаемый способ оценки выбросоопасности призабойной части массива при механизированной выемке угля позволяет по сравнению с прототипом повысить надежность и достоверность способа за счет исключения условных допущений и введения полной автоматизации сбора и обработки информации, передаваемой из забоя.

Использование: для создания безопасных условий труда при разработке газоносных и выбросоопасных угольных пластов. Сущность изобретения: измеряются объем газа, выделившегося в выработку в течение последних 10 мин работы комбайна, и объем газа, выделившегося в течение первых 10 мин после окончания его работы. Затем определяется показатель оценки выбросоопасности Ha. Оценку выбросоопасности призабойной части массива осуществляют путем сравнивания с критическим значением 0,8, при H_а. > 0,8 - состояние призабойной части масссива считают неопасным по внезапным выбросам, а при H_а> 0,8 H_а≅ 0,8 0,8 - вибросоопасным. 2 ил., 1 табл.

СПОСОБ ОЦЕНКИ ВЫБРОСООПАСНОСТИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЧАСТИ МАССИВА ПРИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ВЫЕМКЕ УГЛЯ, включающий определение объемов газовыделения в выработку во время и после окончания выемки угля, определение времени работы механизма, отличающийся тем, что измеряют объем газовыделения в выработку при выемке угля в течение последних 10 мин до ее окончания, объем газовыделения в течение 10 мин после окончания выемки и определяют показатель оценки выбросоопасности H_а по формуле
H_a= θ_п/θ_p ,
где θ_п - объем газовыделения после окончания выемки угля в течение первых 10 мин,
θ_p - объем газовыделения до окончания выемки угля в течение последних 10 мин;
и при H_а > 0,8 призабойная зона пласта оценивается как невыбросоопасная, а при H_а ≅ 0,8 - выбросоопасная.