Способ разработки выбросоопасных угольных пластов Советский патент 1992 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при разработке пластов, опасных по внезапным выбросам угля.

Известен способ механизированной выемки полезного ископаемого, включающий контроль за состоянием выбросоопас- ного пласта путем измерения шумности и подачу выемочного механизма вдоль линии очистного забоя, по которому контроль за выбросоопасностью осуществляют в процессе подачи выемочного механизма, при этом для каждого пласта предварительно определяют зависимость шумности пласта от скорости подачи выемочного механизма в опасных и неопасных зонах, по которой устанавливают критический уровень шумности, а подачу выемочного механизма производят со скоростью, соответствующей шумности пласта ниже ее критического уровня.

Недостатком этого технического решения является установление критических значений шумности для всего пласта, а не для конкретных его участков, что может быть причиной снижения безопасности или снижения эффективности работы. Кроме того, по данному способу не учитывается мно- гообразие факторов, влияющих на выбросоопасность, и многообразие форм проявления повышенного горного давления.

Известен способ разработки выбросоо- пасных угольных пластов, включающий выемку угля в забое, регистрацию в процессе выемки угля активности акустической эмиссии, определение статистических и критических характеристик этой эмиссии и установление по ним ситуации в забое, опасной по газодинамическим явлениям, остановку выемки угля и применение мероприятий по устранению газодинамических явлений, по которому после остановки

(Л

С

XJ СО Ю О СЛ Os

выемки угля производят дополнительно определение активности акустической эмиссии и процентного отношения К активности акустической эмиссии после остановки выемки угля в забое к сумме указанной эмиссии и активности акустической эмиссии, зарегистрированной в процессе выемки угля, и при К 40% применяют противовыб- росные мероприятия, а при К 40% применяют мероприятия против обрушения пород кровли.

Недостатком этого способа является неполный учет информации, содержащейся в физическом явлении акустической эмиссии, что ограничивает надежность установления состояния выбросоопасного пласта и вмещающих пород.

Цель изобретения - повышение надежности установления состояния выбросоопасного пласта и вмещающих пород и повышение безопасности работ за счет уточнения порядка проведения профилактических мероприятий по снижению опасности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе разработки выбросоопасных угольных пластов использована зависимость энергии, выделяемой в каждом акте акустической эмиссии,от физико-механических свойств горных пород, в которых происходит локальное нарушение сплошности, заключающаяся в том, что измеряют энергию отдельных актов акустической эмиссии и вычисляют значение критерия b из соотношения

a-lg N (Е)

IgE

где Е - энергия импульсов акустической эмиссии;

N(E) - частота появления импульсов с энергией Е;

а - поправочный коэффициент, определяемый из уравнения регрессии IgN(E) по IgE,

и при b 0,4...0,7 выполняют противо- выбросные мероприятия, а при b 0,7...1,3 - мероприятия по предотвращению опасных обрушений кровли.

В качестве физической предпосылки для способа разработки вступает зависимость энергии, выделяемой в каждом акте акустической эмиссии, от способности горной породы накапливать потенциальную энергию деформаций и от механизма релаксации накопленных напряжений. Сравнение энергии импульсов акустической эмиссии из пласта и из вмещающих пород показывает, что статистические соотношения между импульсами различной энергии из угля и из породы существенно отличаются: для выбросоопасных углей характерно преобладание большого количества импульсов малой энергии, а для пород кровли характерно выделение энергии в виде относительно редких событий с большой энергией в каждом отдельном событии. Таким образом, параметры статистического распределения частоты М(Е) появления импульсов с энергией Е зависят от среды, в которой происходит

растрескивание. В соответствии с принятыми представлениями повышение активности акустической эмиссии связано с общим увеличением опасности ведения горных работ. Применение предлагаемого способа

позволяет уточнить источник опасности и в случае, когда происходит преимущественное разрушение угольного пласта, выполнить профилактические мероприятия по предотвращению внезапных выбросов, а в

случае, когда происходит преимущественное разрушение пород кровли, выполнить мероприятия по предотвращению опасных обрушений кровли.

Способ осуществляют следующим образом.

Устанавливают датчики акустической эмиссии и регистрируют ее-. Измеряют энергию отдельных актов акустической эмиссии. На технологически целесообразном временном интервале, например, ежесуточно или на каждый технологический цикл, определяют статические параметры распределения количества импульсов М(Е) с энергией Е. Для этого подсчитывают общее количество

импульсов п, определяют диапазон изменения энергии импульсов Емин и Емакс и делят диапазон Емакс - Емин на количество интервалов m In n+1 Определяют количества событий N(E), попавших в энергетический

класс каждого из m интервалов, и строят распределение IgN(E) f(E). Поскольку в двойном логарифмическом масштабе зависимость IgN(E) f(E) имеет линейный характер, критерий опасности b отражает

крутизну наклона графика IgN(E) f(E) и может быть найден из соотношения а - Ig N (E)

IgE

Например, на шахте Красный Профин- терн ПО Орджоникидзеуголь при входе забоя в зону, определенную прогнозом по активности акустической эмиссии как потенциально опасная, в течение суток зарегистрировали 33 импульса акустической эмиссии. Минимальная энергия импульса составила 0,6 10 Дж, а максимальная 24,2 Дж. Поскольку наклон распределения IgN(E) no Ig E не зависит от коэффициента передачи измерительного тракта,

пронормировали полученные данные, разделив их на условный уровень энергии, равный 1- 10 Дж. Определили количество интервалов

m Inn + 1 In33+ 1 4

и разделили диапазон Емакс - ЕМин на 4 интервала. Количество событий, попавших в каждый из энергетических интервалов, приведено в таблице.

Построили распределение IgN(E) f(lgE) a - b IgE по данным таблицы и, по величине отрезка, отсекаемого прямой на оси ординат, определили величину вспомогательного коэффициента а, в данном случае а 1,48. Задаваясь произвольным значением IgE, находим IgN(E), например при IgE 1 lgN(E) 0,91, откуда

. b- a-lgN(E),

bjgE0,5/.

Так как полученное значение 0,4 b 0,7, приняли решение и необходимости выполнять противовыбросные мероприятия. При обследовании забоя нормативными методами и проведении профилактических мероприятий отмечались зажим и толчки бурового инструмента, повышенный выход газа и штыба, т.е. заключение о необходимости выполнения профилактических про- тивовыбросных мероприятий полностью подтвердилось.

Использование заявляемого способа разработки выбросоопасных угольных пластов позволяет повысить надежность установления состояния выбросоопасного пласта без привлечения дополнительных средств контроля массива и целенаправленно выполнить мероприятия по предотвращению опасных состояний, что повышает безопасность горных работ.

Таким образом, практическая реализация предлагаемого решения заключается в измерении энергии отдельных актов акустической эмиссии, построении распределения количества событий данного энергетического класса по диапазону изменения энергии, вычислении критерия Ь, определении вида опасного состояния и выполнении профилактических мероприятий, соответствующих виду опасного состояния.

Достоверность достижения поставленной цели подтверждается широкими

горно-экспериментальными работами, выполненными с привлечением нормативных способов контроля массива.

Преимущества предлагаемого способа

по сравнению с известным заключаются в более полном учете информации, поступающей по каналам звукоулавливающей аппаратуры, связанной с физической природой разрушения угольного пласта и вмещающих

пород, что позволяет повысить надежность установления опасного состояния.

Применение предлагаемого способа разработки выбросоопасных угольных пластов целесообразно при разработке комплекса профилактических мероприятий по борьбе с внезапными выбросами и опасными обрушениями кровли на конкретном пласте, что позволяет повысить эффективность и безопасность ведения горных работ.

Формула изобретения

Способ разработки выбросоопасных угольных пластов, включающий выемку угля в забое, регистрацию в процессе выемки угля акустической эмиссии, определение

статистических и критических характеристик этой эмиссии и установление по ним ситуации в забое, опасной по газодинамическим явлениям, остановку выемки угля и применение мероприятий по устранению

газодинамических явлений, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности установления состояния выбросоопасного пласта и вмещающих пород и повышения безопасности работ, измеряют энергию отдельных актов акустической эмиссии и вычисляют величину соотношения между количествами импульсов акустической эмиссии с большой и малой энергией из соотношения

a-lg N(E)

IgE

где а - поправочный коэффициент, определяемый из уравнения регрессии IgN(E) по IgE;

Е - энергия импульсов акустической

эмиссии;

N(E) - частота появления импульсов с энергией Е при b 0,4-0,7 выполняют противовыбросные мероприятия, а при Ь 0,7-1,3

выполняют мероприятия по предотвращению опасных обрушений кровли.

Ь

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при разработке пластов, опасных по внезапным выбросам угля. Сущность изобретения: измеряют энергию отдельных актов акустической эмиссии, вычисляют величину в отношения между количествами импульсов акустической эмиссии с большой и малой энергией по математической формуле и при b 0,4...0,7 выполняют противовыб- росные мероприятия, а при b 0,7...1,3 выполняют мероприятия по предотвращению опасных обрушений кровли. 1 табл.