Способ определения выбросоопасности угольных пластов Советский патент 1993 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу, в частности к безопасному ведению горных работ по выбросоопасным угольным пластам.

Известен способ определения глубины горных работ с которой необходимо при разработке невыбросоопасных угольных пластов применять текущий прогноз выбросоопасности, заключающийся в экспериментальных лаботаторных определениях выхода летучих веществ, газоносности угольного пласта и определения комплексного показателя степени метаморфизма угля. По данным показателям согласно существующим таблицам устанавливают глубину, с кото- рой необходимо применять прогноз выбросоопасности на невыбросоопасных

угольных пластах. Недостатком известного способа является то, что при его применении к потенциально выбросоопасным могут быть отнесены и неопасные пласты.

Недостаточная надежность нормативного способа является следствием того, что данный способ учитывает только два фактора (глубину и газоносность) из общепризнанных трех факторов (глубина, газоносность и физико-механические свойства), определенное сочетание которых обуславливает возможность возникновения выбросоопасной ситуации. В известном способе не учитываются физико- механические свойства углей и это приводит к недостаточной надежности способа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату являете

1

00

о о GJ о

со

I

способ определения выбросоопасности угольных пяастрвг заключающийся в том, что предложено пойнтервально, в зависимости от выхода летучих веществ, учитывать динамические характеристики угольных пластов.

Недостатком способа является то, что зависимость динамических характеристик от выхода летучих веществ носит не непрерывный, а дискретный характер с интервалом изменения выхода летучих веществ в пределах 10-20, 20-30 и более 30%.

Вследствие этого существенно снижается надежность способа.

Кроме того, в этом способе не учитываются два фактора, определяющих выбросо- опасность, а именно: горное давление и газоносность.

В этом способе также не учитываются границы выбросоопасности угольных пластов по степени метаморфизма.

Целью предполагаемого изобретения яв ляётсй c ййжe нЙётfpУЙ6зa т p aт и п pMышё- ния надежности способа определения выбросоопасности угольных пластов.

Поставленная цель - достигается тем, что в известном способе определения выбро- сбогТаснЬсти угольных пласто в определяют минимальную глубину выбросоопасности и критические значения модулей упругости и сдвига в зависимости от выхода летучих веществ по формулам

Hmin 140+6,

E(0,790-0,006VdaVl09

G(0,270-0,001Vdaf)-109.

где Hmin - минимальная глубина выбросоопасности;

Vdaf - выход летучих веществ; Е - модуль упругости; G - модуль сдвига.

и если глубина горных работ меньше мини- мальной глубины выбросоопасности, то угольный пласт- невыбросоопасен, при глубине горных работ бо/ ьшё мйнйм аль ной глубины выбросоопасности о выбросоопасности плсГСта судят, сравнивая модули упру- готс тй и сд в й га исследуемых пластов с кр Тйч скИм й зШч ёййя ми этих величин, и если знамения модулей упругости и сдвига (или хотя бы одного из них превышают их критические значения - пласт отноШтся к потенциально выбррсоопасному, если оба знйМёнйз модулей упругости и сдвига меньше критических значений - пласт относится к невыбро соопасным.

Сущность способа поясняется чертежом, где линии 1 и 2 - это границы выбросоопасности угольных пластов по выходу летучих веществ, причем линия 1 ограничивает минимальные значения этого параметра - логарифма удельного электросопротивления антрацитов равного 3,3, что соответствует выходу летучих веществ 5%. Линия 2 ограничивает пласты с максимальным выходом

0 летучих веществ 35%. По существующему нормативному документу для угольных пласто в, имеющих выход летучих веществ более 5 и менее 35% должны производится оценка их выбросоопасности, Линия 3 - это линия

5 регрессивной зависимости минимальной глубины выбросоопасности от выхода летучих веществ, которая описывает положение критических значений минимальной глубины выбросоопасности (горного давления) и

0 газоносности для углей различной степени метаморфизма.

Таким образом, угольные пласты, имеющие характеристики за пределами зоны, ограниченной линиями 1. 2, 3 и осью абсцисс

5 (в заштрихованной области), относятся к не- выбросоопасным. Их можно разрабатывать без применения дорогостоящих прогнозных и противовыбросных мероприятий. Угольные пласты, имеющие глубину за0 легания меньше минимальной глубины выбросоопасности и расположенные выше линии 3 относятся к не выбросоопасным.

Модули упругости и сдвига угольных пластов, имеющие значения больше крити5 ческих, т.е. расположены выше линий 4 и 5 позволяют отнести .тги угольные пласты к выбросоопасным.

Поле расположенное на номограмме между линиями 1 и 2 линией 5 и осью абс0 цисс (т.е. затемненный участок диаграммы) представляет область значений модулей упругости выбросоопасных пластов, при разработке которых необходимо применять противовыбросные мероприятия.

5 Линия 5 (линия критических значений модулей упругости Е) является нижней границей выбросоопасности углей, т.е. все угольные пласты, имеющие значения модулей упругости больше критических значений, (ле0 жащие выше линии 5 на номограмме) являются потенциально выбросоопасные, даже при значениях модулей сдвига меньше критических, т.е. лежащих ниже линии 4 (критических значений модулей сдвига).

5 Физическая сущность предлагаемого способа определения выбросоопасности угольных пластов, исходя из общепризнанной энергетической теории проявления выбросов, заключается в представлении о выбросе как о процессе разрушения и перемещении разрушенного угля по выработке. Тогда основными должны быть энергетические и физико-механические признаки, которые способствуют накоплению энергии угля и возможности его хрупкому разруше- нию. Такими источниками проявления выбросов являются энергия упругого деформирования угля, которая зависит от глубины залегания пласта (горного давления) и энергии газа, зависящая от газонос- ности угля. Способность угля к накоплению энергии и хрупкому разрушению определяется его деформационными характеристиками, которыми являются модули упругости и сдвига. Поэтому в основу способа опреде- ления выбросоопасности угольных пластов положено три общепризнанных признака, способствующих проявлению выброса угля; глубина залегания пласта, его газоносность и физико-механические свойства.

Глубина залегания пласта представляется как интегральная характеристика величина горного давления и газоносности.

Газоносность угольных пластов - определяется глубиной разработки и выходом летучих веществ, который является основным параметром в предложенных формулах определения критических значений модулей упругости и сдвига.

Физико-механические свойства углей учитываются модулями упругости и сдвига.

Известно, что с увеличением степени метаморфизма углей увеличивается в них содержание углерода, т.е. становится более плотная структурная решетка и уголь обла- дает большими прочностными и упругими свойствами. Различная степень преобразования углей определяется глубиной опускания пластов в процессе геологического развития бассейна, точнее физико-химиче- скими процессами, обусловленными повышением температуры и давления, которые вызвали совокупность необратимых изменений в углях. Более метаморфизованные угли (с меньшим выходом летучих веществ) приобрели более высокие прочностные и упругие свойства и большую возможность накопления упругой энергии. Поэтому для разрушения высокометаморфизованных углей, в том числе и при внезапном выбросе, необходимо затратить больше энергии для разрушения слабометаморфизованных углей (с большим выходом летучих веществ) необходимо меньше энергии.

Полученные уравнения регрессии 4 и 5 (см. номограмму) зависимости модулей упругости и сдвига от выхода летучих веществ полностью соответствует данным существующим представлениям о физико-химических процессах преобразований углей.

Оценка выбросоопасности угольного пласта производится в следующей последовательности: определяется степень метаморфизма угля по выходу летучих веществ и сопоставляется с выбросоопасным диапазоном, если выход летучих веществ менее 7% или более 35% - пласт относится к не- выбросоопасным; на следующем этапе для угольных пластов с выходом летучих веществ от 7 до 35% сопоставляется фактическая глубина ведения горных работ с минимальной глубиной выбросов, определяемая по предложенной формуле. Если глубина горных работ меньше минимальной глубины выброса, угольный пласт относится к невыбросоопасным; если фактическая глубина горных работ больше минимальной глубины выброса, то определяют по существующим методикам модуль упругости и сдвига и сравнивают их с критическими значениями модулей, величина которых определяется по предложенным формулам или по номограмме (линия 4 и 5). Если значения модуля упругости и сдвига меньше критических значений, пласт относят к невыбросоопасным, если больше критических значений- пласт относят к выбросоопасным.

Формула изобретения

Способ определения выбросоопасности угольных пластов, включающий определение глубины разработки, выход летучих веществ на этой глубине и измерение скорости распространения упругих продольных и поперечных волн, определение по ним динамических модулей упругости и сдвига и их критических значений, отличающийся тем, что, с целью снижения трудозатрат и повышения надежности, определяют минимальную глубину выбросоопасности и критические значения модулей упругости и сдвига в зависимости от выхода летучих веществ по формулам

HMl1H 140+6,4Vdaf, м; E(0,790-0,006Vdaf) 109. Па: G(0,270-0,001Vdaf) ,

где Нмин - минимальная глубина выбросоопасности;

V а - выход летучих веществ:

Е - модуль упругости;

G - модуль сдвига,

и если, глубина работ меньше минимальной глубины выбросоопасности, то угольный пласт - невыбросоопасен, при глубине горных работ больше минимальной глубины

выбросоопасности о выбросоопасно- сти пласта судяТ, сравнивая модули упругости и сдвига исследуемых пластов с критическими значениями

одного из них превышают их критические значения - пласт относится к потенциально выбросоопасному, если оба значения модулей упругости и сдвига меньше критических

Изобретение относится к горному делу. Цель - снижение трудозатрат и повышение надежности. Предлагается определять минимальную глубину выбросоопасности и критические значения модулей упругости и сдвига в зависимости от выхода летучих веществ по расчетным формулам. Если глубина горных работ меньше минимальной глубины выбросоопасности, то угольный пласт невыбросоопасен, при глубине горных работ больше минимальной глубины выбросоопасности о выбросоопасности пласта судят, сравнивая модули упругости и сдвига исследуемых пластов с критическими значениями этих величин, и если значения модулей упругости и сдвига (или хотя бы одного из них) превышают их критические значения, пласт относится к потенциально выбросоопасным, если оба значения модулей упругости и сдвига меньше критических значений, пласт относится к невыбросоо- пасным. 1 ил. со

этих величин, и если значения моду- 5 значений - пласт относится к невыбросоо- лей упругости и сдвига или хотя бы пасному,