Способ предотвращения внезапных выбросов угля и газа Советский патент 1992 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для обеспечения безопасности при ведении очистных или подготовительных работ на выбросоопас- ных угольных пластах.

Известен способ разработки крутых вы- бросоопасных пластов, заключающийся в генерировании синфазных поверхностных волн системой вибраторов, действие которых обеспечивает интерференционный максимум на участке неоднородности пласта.

Недостатками указанного способа являются низкая эффективность воздействия возбуждаемых колебаний на массив вследствие несогласованности их частоты с частотой собственных колебаний слоев горных пород, а также отсутствие контроля за частотой собственных колебаний массива, которая изменяется по мере изменения напряженного состояния в степени расслоения массива.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в определении частоты собственных колебаний и добротности слоев углевмещающих пород, воздействии на массив импульсами с частотой, равной или кратной частоте собственных колебаний выбранных слоев горных пород,

Однако импульсное воздействие на массив горных пород с частотой, равной или кратной частоте собственных колебаний выбранного слоя, приводит к перераспределению горного давления, вследствие чего частота собственных колебаний слоя изменяется. Дальнейшее воздействие на

VI

ю со

СА)

массив заранее определенной частотой резко снижает его эффективность. Кроме того, к снижению эффективности воздействия ведет и отсутствие контроля за состоянием слоя горных пород. После появления в нем серии трещин его добротность резко снижается.

Цель изобретения - снижение выбросо- опасности угольного массива путем управления процессом воздействия.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу предотвращения выбросов угля и газа, заключающемуся в предварительном определение частоты собственных колебаний и добротности слоев углевмещающих пород, импульсном воздействии на угольный массив с частотой, равной или кратной частоте собственных колебаний породного слоя с максимальной добротностью, определяют периодически частоту собственных колебаний слоя с максимальной добротностью и ее изменение в процессе импульсного воздействия, поддерживают частоту воздействия равной или кратной этой частоте при ее изменении и прекращают воздействие при снижении добротности слоя до безопасного уровня.

На фиг.1 приведены графики изменения горного давления Р и частоты собственных колебаний в слое песчаника, залегающего в кровле угольного пласта; на фиг.2 - кривая изменения добротности слоя с течением времени по мере воздействия на угольный пласт; на фиг.З - схема, поясняющая сущность изобретения.

Горная выработка 1 вскрывает угольный пласт 2, который перекрыт слоем 3 песчаного сланца и слоем 4 песчаника, а в почве залегает слой 5 песчаника. На кровле вблизи забоя закреплен сейсмоприем- ник 6, который соединен с аппаратурой 7, регистрирующей сейсмоакустический сигнал и определяющей резонансные частоты и добротность слоев. Между кровлей и почвой помещена распорная стойка 8 с источником 9 импульсных сигналов, частота которых регулируется с пульта 10.

Способ осуществляют следующим образом.

В горной выработке 1, которая вскрывает выбросоопасный угольный пласт 2 и вмещающие породы (слои 3 и 5), вблизи забоя крепят сейсмоприемник 6. Предпочтительная ориентация оси максимальной чувствительности - параллельно напластованию. Такая ориентация оси обеспечивает оптимальный прием поперечных колебаний, сопутствующих возникновению резонанса в слое горных пород. К сейсмоприемнику б подсоединяют аппаратуру 7 типа Резонанс для определения амплитудно-частотной характеристики сейсмоакустического сигнала и добротности слоя.

На расстоянии 2-5 м от сейсмоприемника осуществляют импульсное воздействие на слои горных пород и при помощи аппаратуры определяют резонансные частоты, вычисляют мощности слоев, разделенных ослабленными механическими

0 контактами, и их добротность из соотношений:

2500

5

h

Q

fp

Ар

АО

(1)

(2)

где h - мощность резонирующего слоя; fp - резонансная частота; Q - добротность слоя;

Ар - амплитуда резонансной частоты; АО - амплитуда на нулевой частоте. Для импульсного воздействия на массив выбирают слой hi, имеющий высокую добротность Qi и залегающий вблизи угольного пласта. Как правло, таким слоем является непосредственная кровля. На фиг.1 это слой песчаных сланцев, залегающий непосредственно над угольным пластом. Для импульсного воздействия на массив на

расстоянии d от забоя устанавливают распорную стойку 8. Расстояние d выбирают равным мощности слоя hi, что соответствует длине волны на резонансной частоте. Экс перименты показывают, что на участке от

точки возбуждения колебаний до забоя, равном мощности слоя (hi), амплитуда резонансных колебаний резко возрастает, а затем медленно уменьшается, поэтому расстояние d hi, является оптимальным. На

распорной стойке крепят источник 9 импульсов, управляемый по частоте устройством 10. Таким источником может служить пневматический вибратор, магнитострик- тор или любой другой достаточно мощный

источник колебаний.

В соответствии с резонансной частотой f p слоя, который выбран для импульсного воздействия, и реальным диапазоном источника импульсов выбирают кратность воздействия на массив такой, чтобы частота f1 - Kf p при К 1,0; 1/2; 1/3; 1 /4 была доступна для данного типа источника колебаний при максимально возможном К. Устройством 10 устанавливают частоту f1 и включают источник 9 колебаний. Одновременно при помощи сейсмоприемника 6 и аппаратуры 7 регистрируют упругие колебания и определяют частоту собственных колебаний f p и добротность Qi слоя. Изменяют частоту воздействия на массив в соответствии с изменяющейся f1p, добиваются максимальной амплитуды сейсмоакустических колебаний на приборе 7 и вычисляют исходное значение добротности слоя Qi. Периодически, вначале через 5,0-10,0 с, а затем через 0,5- 1,0 мин, определяют добротность Qi1 и анализируют характер ее изменения. Как правило, вначале Q растет и достигает Омакс. а затем начинает уменьшаться. Вычисляют коэффициент эффективности (Э) воздействия на массив из соотношения

Ъ QlMflKC(n

э (3)

где Qi - текущее значение добротности слоя после достижения СИмакс.

Воздействие на массив прекращают после того, как коэффициент эффективности воздействия Э достигнет необходимого уровня. Этот уровень определяют при помощи начальной скорости газовыделения - нормативного способа определения зоны разгрузки и прогноза выбросоопасно- сти. Уровень Э считают достаточным, если нормативным способом установлена полная безопасность осуществления очередного цикла выемки угля или проходки горной выработки. Импульсное воздействие на массив также прекращают, если величина Э изменяется незначительно. В данном случае после остановки вибровоздействия необходимо убедиться в безопасности забоя, используя нормативный способ. Если безопасность забоя не обеспечена, то выбира0

5

0

5

0

ют второй слой и осуществляют воздействие на массив с частотой f2p.

Предлагаемый способ обеспечивает импульсное воздействие на массив в наиболее эффективном режиме совпадения частоты воздействия с изменяющейся резонансной частотой слоя горных пород, кроме того, он обеспечивает оперативную оценку эффективности импульсного воздействия на массив и позволяет оптимизировать время воздействия.

Формула изобретения Способ предотвращения внезапных выбросов угля и газа, включающий предварительное определение частоты собственных колебаний и добротности слоев углевмеща- ющих пород, импульсное воздействие на угольный массив с частотой, равной или кратной частоте собственных колебаний породного слоя с максимальной добротностью, отличающийся тем, что, с целью снижения выбросоопасности угольного массива путем управления процессом воздействия, определяют периодически частоту собственных колебаний слоя с максимальной добротностью и ее изменение в процессе импульсного воздействия, поддерживают частоту воздействия равной или кратной этой частоте при ее изменении и прекращают воздействие при снижении добротности указанного слоя до величины, при которой скорость газоотдачи угольного пласта ниже безопасного по выбросам уровня.

35

1t

8

10

i мин.

Использование: горнодобывающая промышленность, технология разработки выбросоопасных угольных пластов в очистных и подготовительных выработках. Сущность изобретения: предварительно определяют частоты собственных колебаний и добротность слоев углевмещающих пород, производят импульсное воздействие на угольный массив с частотой, равной или кратной частоте собственных колебаний породного слоя с максимальной добротностью, определяют изменение частоты собственных колебаний этого слоя, поддерживают частоту воздействия равной или кратной этой частоте при ее изменении и прекращают воздействие при снижении добротности указанного слоя до величины, при которой скорость газоотдачи угольного пласта ниже безопасного по выбросам уровня.3 ил. w w Ё

«Риг. г

«

. ,

. . .- . . . - , .«.

, . . , ,«.,

.

,

. . - .

ч

i

ФагЗ