Способ контроля состояния и структуры горного массива в очистных забоях Советский патент 1987 года по МПК E21F5/00 E21C39/00 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при отработке пластовых месторождений.

Цель изобретения - повышение точности контроля, сокращение времени и трудозатрат на его проведение за счет использования одного показателя одновременно для оценки состояния и структуры горного массива.

На чертеже приведен пример проведения способа на шахте им. газеты «Социа;п-1с- тический Донбасс.

Способ осуществляют следуюп им образом.

По длине очистного забоя приборо.м ПК-1 по известной методике определяют значения средневзвешенной крепости пласта f. После этого при движении выемочного механизма вдоль линии очистного забоя и работе его по выемке угля определяют одновременно координату .местонахождения выемочного мехапиз.ма X, его скорость Y,v и потребляемую мощность N,. По значениям ве;1ичин скорости движения выемочного механизма и потребляемой моп ности определяют ве;1ичину сил сопротивления горного массива

., ,

где Nil - потребляемая ко.мбайном .мопиюсть

па xo;iocTO.M ходу.

Устанавливают зависимость сил сопротивления горного массива от ве/шчины при- ведешюй крепости пласта:

F Ю.

где К --- коэффициент пропорциональности.

По этой зависимости определяют верхний и пнжпий критические уровни сил сопротивления горного массива. За нижний критический уровень сил сопротив.мения принимают значение силы, соответствуюпдее наименьн1ему значению приведенной крепости данного шахтонласта в зонах с нолным отсутствием признаков газодинамических явлений, подтверждаемых нормативным нрогно- зом выбросоопасности, нанример, по начальной скорости газовыделения. За верхний критический уровень сил сопротивления при- пимают значение силы, соответствуюпдее наибольшему значению приведенной крепости данного шахгопласта в неопасных по газодинамическим явлениям зонах, подтверждаемых нормативпым прогпозо.м, с полным отсутствием признаков обру1пения пород непосредственной кровли и наличия твердых включений в структуру пласта.

При отработке шахтопласта пепрерыв- но контролируют скорость движения выемочного механизма и потребляемую им MOHJ,- ность, определяют но ним силу сопротивления горного массива.

0

5

0

5

0

При уменьшении силы сопротивления горного массива нижнего критического уровня координату местонахожде1п-1я выемочного механизма принимают за начальную границу зоны, склонной к газодинамическим явления.м. Конечную границу зоны определяют по координате местонахождения выемочного .механизма, в которой силы сопротивления горного массива начинают превышать нижний критический уровень.

Работу комбайна ос 1анавливают и нрово- дят прогноз выбросоопасности известными метода.ми, например по скорости газовыде.1е- ния зоны пласта склонной к газодинамическим явлениям.

При увеличении силы сопротив;1ення горного .массива выше верхнего критическо.го уровня осматривают непосредственную кровлю и структуру пласта в области местонахождения выемочного .механизма и устанавливают причины повын1епня ci-.;i сопротивления горного массива.

При об)аружении обрушений непосредственной кровли в области местонахождения выемочног О механизма его координату принимают за пача.льную границу зоны c:ia- боустойчивой к)овлн. Конечную границу этой зоны О 1реде.тяют по координате месгонахож- дения выемочпо ч) механизма, начиная с которой сила coпpoтив;lef ия горного массива перестает н|)свын1ать верхний кр.чти- ческий уровень.

При об {аруженнп в области местомахож- д( выемочного механизма тверд|. х включений в структуре пласта коорди1 а Т у .местонахождения выемочного .механизма принимают за нача.льную границу зоны твердых включений. Устанавливают вид вк..1ючспия и прибором 1К--1 за.меряют крегюсть включения. При да.льнейшей отработке пласта мощпость вк;|ючепий оп|)еделяют непре|)ывно по величипе отклопепня силы ccjnpoTHBJie- ния горног О .массива от станионарпого пя по фор.му;1е

К

ЛР,

где Мзкл -- мощность твердого вк,:1ючен )Я, см;

fiiii.i ---- крепость р.ключения; М -- об1цая .мощность пласта, с.м;

К - .коэффициент пр011ооциопа,-||..К)с- ти между ве. шчиной си, 1ы сь-пр-о- тив;1е1П 1я горпого массива ; ке, чиной приведенной крепости отрабатываемых участков пласта, кН

ЛР - величина отклонения си/1Ы сопротивления горного массива от ста- ционарп() о уровня, кН.

За конечную границу 3oi-ibi твердых вклю- 2 чений принимают координату местонахождения выемочного механизма, в которой .величина силы солротивле 1ия горпого массива снижается ниже верх.чего крит1;ческо1т; уровня.

Пример. Угольный пласт h8 сложного строения мощностью 0,9 м состоит ю двух пачек угля, разделенных прослоем глинистого сланца. Уголь обеих пачек блестящий, средней крепости, сложный, хрупкий, разбит четко выраженны.- ли трещина.ми кливажа с включением мелких линз серного колчедана. Непосредственная кровля пласта представлена песчаным сланцем, темно-серым, трещино- ваты.м, с прослойка.ми блестящего угля толщиной 1-2 см через 0,1-0,7 м, не имеющим на контактах связи. Сланец разбит трещинами кливажа, склонен к обругпению, не выдержан по мощности и колеблется от 0,2 до 0,9 м, его крепость f 4 - 6.

Прибором КП-1 через каждые 10 м по длине лавы измеряли приведенную крепость пласта Bfie зон твердых включений в структуру пласта и зон, склонных к газодинамическим явлепия.м. Нащли средний уровень крепости угля fcr 1,2. Наиболь- niee значение крепости угля 1в 1,5. Наи.мень luee значение крепости Ь 0,9. Отсутствие зон, склон1 ых к газодинамическим явлениям, подтверждено текугцим прогнозом на на -:алы10.ч скорости газовыделения. Отсутствие зон твердых включений в структуру пласта нодтвержде.но осмотром структуры пласта по всей длине лавы.

При работе комбайна 1К 101 непрерывно замеряли его координату, потребляе.мую .Monj.HOCThi н,скорость движения. Замер мощности производили самопип ущим киловат- метром, который подключался в магнитном Гускателе к линии питания комбайна через трансформатор тока. Скорость движения комбайна и координату его .местонахождения вдоль линии очистного забоя определяли с юмон ью средств .АСУ ТП шахты. По мощности комбайна и скорости его движения находили силу сопротивления горного .массива. Так. при X 40 м, f 1,2, NO 20 кВт, V 3 , N 90 кВт.

Поэтому F;-60-9 -5 - - 1400 кН. По полученным значениям си,т сопротивления горного масс.чва и известны.м значения.м крепости угля yc raF OBH, in зависимость 70l. По этой зависимости определи. ж верхний и нижний критические уровни сил сопротивления. Так как Г ,5 и Ь 0,9. то - 1750 кП и F. 1050 кН, а Fc, 1400 кП. При дальнеЙ1ией отработке лавы непре- piriiiiio конт)олировали по ее длине координату местона.хождения ко.мбайна, скорость ко.мбайна и п отребляемую мощноегь. По значению мониюсти и скорости определяли cn;iv сопротив.ления горного .массива и сравнивали ее с верхни.м и нижним критическим уровнем. Па 142 .м лавы обнаружили превь.чпение силой сопротивления верхнего критического уровня. Осмотром структуры :7ласта в этой координате было уста11овлен 0. что иласт имел локальное утонение в размыва, которое выражалось замен ение.м углистого вещества песчаны.м

сланцем. Измерили крепость сланца 1вк.1 6. В дальнейщем мощность включения в пласт контролировали по ве.чичине отклонения силы сопротивления горного .массива от стационарного уровня. В частности при X 150 .м сила сопротивления была равна F 2320 кН, поэтому AF 2320-1400 920 кН. Отсюда мощность включения песчаного сланца равна см, а при X 153 м, F 3100 кН, AF 1700,

м„кл - 22 см.

15

20

25

При дальиейщей обработке шахтопласта очистной забой встретил геологическое нару- щение в виде трещины по пласту с препарированным углем в прилегающих к трещине зонах. Опасность зоны по склонности ее к газодина.мически.м явлениям была подтверждена нормативн ым методом прогноза выб- росоопасности по начальной скорости газовыделения. При отработке этой зоны сила сопротивления горного массива снизилась с 1400 кП до 610-970 кН и была всегда ниже нижнего критического уровня. Л1естонахож- дение границ зоны гео. югического нарушения при отработке и)ахтопласта определя,пи по коордпната.м местонахождения выемочного комбайна, в которых сила сопротивления горного .массива соответственно снижалась ниже нижнего критического уровня и зате.м вновь превьицала его. Так, в очередном цикле выемки угля в зоне геологического наруще ия при .м сила сопротивления горного массива приняла значение 830 кП, т.е. стала меньще 1050 кП и затем вновь на .м превысила 1050 кН, приняв значение 1080 м. Поэто.му зона от Х 73 м до м бь ла выделена как зона, склонная к газодинамическим явлениям.

При отработке этого же шахтопласта зафиксировали локальную зон) слабоустойчивой кровли. В рамка.х этой зоны си,па сопротивления горного массива неоднократно превышала верхний .критический уровень 1750 кН. Превышения носи.ти неустойчивый характер и в некоторых координатах зоны достигали ровн 1 2930 кН. Координату .местонахождения вые.мочного ко.мбайна, в которой было зафикс1гровано первое превышение верхнего критического уровня F 175() кН, приняли за начало зоны слабоустойчивой кровли, а координату, в которой было зафиксировано окончание последнего превышения, за конец этой зоиы. Причину резкого уве. 1ичения силы сопротивления горного массива установили при первом превышении верхнего критического уровня ос.мотром непосредственной кровли в месте нахождения выемочного .механизма.

30

35

40

45

50

Формула изобретения

Способ контро.чя состояния и структуры горного массива в очистных забоях, включающий непрерывное и одновременное онределение по длине забоя при выемке угля комбайном координаты местонахождения выемочного механизма, скорости движения комбайна, установление по ним показателей и их критических значений для контроля состояния горного массива, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля, сокращения времени и трудозатрат на его проведение за счет использования одного показателя одновременно

для оценки состояния и структуры горно- 10 крепость и определяют мош,ность включения го массива, при движении комбайна опре-по формуле

деляют в качестве показателя

- ----м

качестве показателя средне- взвеи1енный коэффициент крепости массива и величину сил сопротивления горного массива, устанавливают по ним для каждого пласта зависимость сил сопротивления 15 от средневзвешенного коэффициента крепости, по этой зависимости определяют верхние и нижние критические значения сил сопротивления, при этом при отработке пласта непрерывно по длине забоя при движении комбайна устанавливают значения сил сопротивления и при уменьшении сил сопротивления горного массива ниже нижнего

20

Мвк.1 ДР, 1 Твкл

где М - мощность пласта;

вкл -коэффициент крепости включения; К - коэффициент, учитывающий связь сил сопротивления массива с средневзвешенной крепостью пласта; ЛР - величина отклонения силы сопротивления горного массива от стационарного уровня.

критического значения зону участка пласта относят к склонной к газодинамическим явлениям, комбайн останавливают и в этой зоне производят оценку выбросоопас- ности пласта, а при увеличении сил сопротивления горного массива выше верхнего критического уровня устанавливают при осмотре пласта его состав или состав непосредственной кровли и при обнаружении твердых включений в пласте измеряют их

м

Мвк.1 ДР, 1 Твкл

где М - мощность пласта;

вкл -коэффициент крепости включения; К - коэффициент, учитывающий связь сил сопротивления массива с средневзвешенной крепостью пласта; ЛР - величина отклонения силы сопротивления горного массива от стационарного уровня.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и м.б. использовано при отработке пластовых месторождений. Цель - повышение точности контроля, со- краш.ение времени и трудозатрат на его проведение за счет использования одного показателя одновременно для оценки состояния и структуры горного массива. Способ осуществляют следующим образом. При движении комбайна по длине очистного забоя определяют в качестве показателя средневзвешенный коэффициент крепости массива и величину сил сопротивления горного массива. По ним устанавливают для каждого пласта зависимость сил сопротивления от средневзвешенного коэффициента крепости. По этой зависимости определяют верхний и нижний критические уровни сил сопротивления горного массива. За нижний критический уровень сил сопротивления принимают значение силы, соответствующее наименьщему значению приведенной крепости. При уменьшении сил сопротивления горного массива ниже критического значения зону участка пласта относят к склонной к газодинамическим явлениям. При этих значениях комбайн останавливают и производят в этой зоне оценку выбросоопасности пласта. При увеличении сил сопротивления горного массива выше верхнего критического уровня при осмотре пласта устанавливают его состав или состав непосредственной кровли. При обнаружении твердых включений в пласте измеряют их крепость и определяют мощность включения по формуле Мвкл 1/К. M/f8K.,-AF, где М - мощность пласта; (вкл - коэффициент крепости включения; К - коэффициент, учитывающий связь сил сопротивления массива с средневзвешенной крепостью пласта; AF - величина отклонения силы сопротивления горного массива от стационарного уровня. 1 ил. i (Л GO СП to О оо