Способ определения вида газодинамических явлений на крутых пластах Советский патент 1993 года по МПК E21F5/00 

1зобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при разработке пластов, опасных по обрушениям угля и внезапным выбросам угля и

газа..

|звестен способ определения вида газодинамических явлений, включающий измерение объемов выброшенного угля и газа, мака мального расстояния отброса угля от полос ти выброса, оценку формы образовав- шейси полости и характера повреждения крепу, оценку соответствия технологии выемки горно-геологической обстановки на участке. - I

Однако этот способ не точен, т.к. большинство используемых параметров оценивается грубыми инструментальными методами или с помощью субъективной оценки при посещении места аварии членами комиссии по расследованию, а определение вида газодинамического явления по совокупности параметров производится интуитивно, на основании личного опыта членов комиссии по расследованию, поскольку количественные соотношения между параметрами отсутствуют.

Известен способ определения вида газодинамических явлений, включающий измерение относительного объема метана на

VI

О

Сл) О О

1 тонну выделившегося угля, по которому при газовыделении 45...55 явление определяют как выброс угля и газа, а при газовыделении 10...20 м /т явление определяют как обрушение (высыпание) угля.

Этот способ не обеспечивает требуемой точности определения вида явления, т.к. в нем не учитывается динамика газовыделения при комбинированных явлениях типа внезапный выброс, инициированный обрушением угля. По этому способу невозможно то чное определение вида газодинамических явлений при газовыделении 20...45 м3/т.

Известен способ определения вида газодинамических явлений на газоносных пластах, включающий регистрацию на сейсмограммах периодических нарастаний и кратковременных затуханий сейсмоакусти- ческой активности в главной фазе динамического явления и общей длительности процесса разрушения, по которому большей общей длительности процесса и отсутствию нарастаний и затуханий в главной фазе динамического явления соответствуют обрушения (высыпания) угля.

Недостатки этого способа, принятого за прототип, следующие: экспериментальной проверкой установлено, что, в среднем, внезапным выбросам угля и газа соответствует большая длительность разрушения, чем обрушениям (высыпаниям) угля, а периодические нарастания и кратковременные, с периодом до 0,1 с затухания сейсмоакусти- ческой активности присутствуют в сейсмограммах всех типов газодинамических явлений, т.е. при определении вида газодинамического явления в соответствии с прототипом возможны грубые ошибки.

Цель изобретения - повышение точности определения вида газодинамических явлений на крутых угольных пластах, что позволит уточнить процесс протекания газодинамического явления, фактор, определяющий создание и развитие опасной ситуации, и целенаправленно провести профилактические мероприятия по устранению опасности при дальнейшей обработке пласта.

Поставленная цель достигается тем, что в предполагаемом способе определения вида газодинамических явлений использована система признаков и параметры, учитывающие физическую природу процесса разрушения, заключающиеся в том, что в акустическом сопровождении разрушения пласта выделяют участки с непрерывной акустической эмиссией и измеряют длитель- ность непрерывной акустической эмиссии и длительность фронта нарастания первого участка непрерывной акустической эмиссии, определяют количества совпадений значений сигнала непрерывной акустической эмиссии с фиксированными амплитудными порогами сигнала, а определение вида газодинамического явления производят по совокупности измеренных значений из следующей зависимости

0

( -rf+r &L.-rf+г.

Тар чтфнвр ч

S&L-if+ J$S--.i

П0,1вр vno.9iip

%Л + /Тфн - Тфнхр-Д + ,ПОЛ -no.lxp.a + ,Пр,э - ПО.Эжр-Д

«

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Гфетр П0.1вр v П0,9вр

где г - длительность непрерывной акустической эмиссии;

г Фн - длительность фронта нарастания первого участка непрерывной акустической эмиссии;

пол; по,9 - количество совпадений сигнала непрерывной акустической эмиссии с фиксированными амплитудными порогами сигнала;

т вр: т фнвр - критические значения длительности непрерывной акустической эмиссии и фронта нарастания первого участка непрерывной акустической эмиссии для газодинамических явлений с вторичным разрушением призабойной части массива;

txp; тгфнхр критические значения длительности непрерывной акустической эмиссии и фронта нарастания первого участка непрерывной акустической эмиссии для газодинамических явлений с хрупким разрушением призабойной части массива;

no.iep, по,1хр, по,9пр; по,9хр - критические значения количества совпадений сигнала непрерывной акустической эмиссии с фиксированными амплитудными порогами для газодинамических явлений с вторичным и хрупким типами разрушения, соответственно;

и при К 1 газодинамическое явление определяют, как обрушение (высыпание) угля, а при К 5:1 газодинамическое явление определяют как внезапный выброс.

Разрушения угля представляет собой неоднородный процесс деформирования, приводящий к уменьшению несущей способности до нуля и разделение материала на части. В зависимости от физико-механических свойств угля и действующих сил характер разрушения меняется, что находит отражение в изменении показателей неоднородности разрушения. В свою очередь, характер разрушения призабойной части пласта определяет вид газодинамического явления. Экспериментально установлено, что с достаточной для практических целей надежностью определение вида газодинамических явлений может быть осуществлейо при использовании информативной комбинации признаков, состоящей из: : -длительности непрерывной акустиче- ckon эмиссии Г;

- длительности фронта нарастания первого участка непрерывной акустической эмиссии гфн;

Г - количества совпадений сигнала не- пЬерывной акустической эмиссии с фиксированными амплитудными порогами сигнала, соответствующими 0,1 и 0,9 амплитудного значения no,i; no.9.

Установлено, что признаки, входящие в данную систему, слабо коррелированы, это обеспечивает при их совместном использовании достаточную для практических целей томность определения вида явления. Действительно, пусть Pi; PI; Рз; РА - вероятности правильного определения вида газодинамического явления по каждому из признаков. Тогда вероятность правильного определения вида (при условии, что признаки эффективны, т.е. Pi 0,5; 2 0,5; ,5 РА 0,5) при совместном использовании двух признаков равна

Р + Р2-РГ

РЗ + Р - РЗ

Р2

РА,

а п

РО

)и использовании четырех признаков ве- гность прайильного определения равна

,1

,1

Р р + р-. р .р- „ Р1 + р2 + р3 + -ЧР4 - Рг Р2 - Pi Р2 - Pi РА - Рз Р4 Рз - Р2 Р4 + Pi Рз РА + Pi -Р2 X

х Рз + Pi Р2 РА + Р2 Рз Р« 1- Рг Р2 Рз Р4.(2)

(ероятность Р не зависит от сочетания пар Признаков в (1) и значительно превышает исходные вероятности определения по каждому отдельному признаку, т.е. использование системы признаков обеспечивает сверрссуммарный эффект.

lo отдельному набору признаков т , гф; пол; ,э для конкретного газодинамического явления определение вида этого явления может быть осуществлено из следующей зависимости;

- if + (Йй , + ,Jbl ,vz + ,пад. ,уг

чГфнвр Vnoi.n ппо.. Г

.

(.. ty-f + Дф -гфщд ,no.i -притру , /I ai-na9xp-J J

1 ГврТ V гф„.р Г-г(Г+(--. гу

ПО. lap

хП0.9«р

10

П0.1«р

П0.9«р

Способ осуществляют следующим образом. Акустическое сопровождение разруВЬличина К представляет собой относи-55 шения пласта регистрируют в виде двух

тельнЬе расстояние в пространстве призна-синхронных сейсмограмм, одна из которых

ков опт определяемого газодинамическогоявляется записью среднего выпрямленного

явления с набором признаков no.i. значения сигнала, а вторая является зэпо.э др наборов признаков, характеризую-писью сигнала непрерывной акустической

10

15

20

25

30

35

щих обрушение (высыпание) угля и внезапные выбросы угля и газа, соответственно

Твр , Гфнвр, П0.1вр; ПО.Звр И Тхр, Гфнхр. П0,1хр; П0,9хр.

Наборы признаков, характеризующие обрушения и внезапные выбросы, получены экспериментально и их числовые значения приведены в таблице.

Если определяемый набор признаков окажется ближе к набору признаков, характеризующих обрушение (высыпание) угля, то величина К при этом меньше 1, и газодинамическое явление, характеризуемое этим набором, определяют как обрушение (высыпание) угля.

При К 1 набор признаков располагается в пространстве признаков ближе к набору, соответствующему внезапному выбросу, поэтому газодинамическое явление определяют, как- внезапный выброс. Поскольку новая совокупность отличительных признаков, заключающаяся в выделении акустическом сопровождении участков, с непрерывной акустической эмиссией и измерении длительности непрерывной акустической эмиссии и длительности фронта нарастания первого участка непрерывной акустической эмиссии, определения количества совпадений значений сигнала непрерывной акустической эмиссии с фиксированными амплитудными порогами и определении вида газов газодинамического явления по совокупности измеренных значений из зависимости

(С

40

45

Ј-tf+ &-tf iS -tf+(ЈЈ-4rvno.

10.5

50

, ..Гфн - Гфнхр-2 . .-П0.1 - ngtxpj ,Пр,9 -Пр.эхр-г J

гф„вр / V. „о, ) т(, П09вр Г

и при газодинамическое явление определяют, как обрушение (высыпание) угля, а при 1 газодинамическое явление определяют, как внезапный выброс, не приведена в известных технических решениях, учитывает физическую природу изменения параметров неоднородности акустической эмиссии в зависимости от вида газодинамического явления, что позволяет достичь поставленную цель, то техническое решение соответствует критерию Существенные отличия.

Способ осуществляют следующим образом. Акустическое сопровождение разру55 шения пласта регистрируют в виде двух

эмиссии, ф.иг.1. Первый участок непрерывной акустической эмиссии определяют, как часть процесса разрушения, которой соответствует не замкнутая на нулевую линию траектория сигнала непрерывной акустической эмиссии. Длительность первого участка непрерывной акустической эмиссии определяют на уровне 0.5 амплитудного значения сигнала. Длительность фронта нарастания непрерывной акустической эмиссии определяют, как интервал времени, за который сигнал среднего выпрямленного значения увеличится от 0,1 до 0,9 амплитудного значения. По сейсмограмме подсчитывают количество совпадений сигнала непрерывной акустической эмиссии с фиксированными амплитудными порогами величиной 0,1 до 0,9 амплитудного значения. Затем вычисляют К и определяют вид газодинамического явления.

Например, газодинамическое явление, происшедшее на ш. им. Калинина ПО Арте- муголь на уч. 70-П бис, горизонт 850 м пл. Йзвестнячка имело следующие параметры: ,6с;тфн 0,3с; no,i 2; по.э 10.

Используя эти параметры и параметры таблицы, вычислили величину

к

1

-ii iill Ailifi- s l f Таким образом, газодинамическое явление определили, как обрушение угля.

Использование заявляемого способа определения вида газодинамических явлений позволило повысить точность определения и установить характер разрушения

угля в период протекания газодинамического явления.

Таким образом, практическая реализация предлагаемого решения заключается в

5 выделении в акустическом сопровождении участков с непрерывной акустической эмиссией, измерении длительности непрерывной акустической эмиссии и длительности фронта нарастания первого участка непре10 рывной акустической эмиссии, определении количества совпадений сигнала непрерывной акустической эмиссии с фиксированными амплитудными порогами сигнала, вычислении величины К и опреде15 лении вида газодинамического явления.

Достоверность достижения поставленной цели в результате реализации способа подтверждена успешно проведенными промышленными испытаниями способа (акт и

20 протокол промышленных испытаний утверждены 22.06.89 секцией Центральной комиссии по борьбе с внезапными выбросами).

25 Преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключаются в том, что он обеспечивает повышение точности определения за счет использования системы признаков и параметров, учитывающих 30 физическую природу процесса разрушения уг- ля при газодинамических явлениях, jПрименение предлагаемого способа : для определения вида газодинамических явлений целесообразно при разработке 35 комплекса профилактических мероприятий по борьбе с внезапными выбросами и обрушениями угля на конкретном пласте, что позволяет повысить эффективность и безопасность ведения горных работ. 40

Изобретение предназначено для определения вида газодинамических явлений при разработке крутых угольных пластов. Включает регистрацию на сейсмограммах акустического сопровождения разрушения пласта, измерение длительности процесса акустического сопровождения. В акустическом сопровождении выделяют участки с непрерывной акустической эмиссией. Вычисляют количество совпадений значений сигнала непрерывной акустической эмиссии с фиксированными порогами сигнала. Устанавливают критическое значение длительности непрерывной акустической эмиссии, длительности фронта нарастания первого участка непрерывной акустической . эмиссии и количества совпадений значений сигнала непрерывной акустической эмиссии с фиксированными амплитудными порогами сигнала. По установленным значениям определяют оценочный показатель по расчетной формуле. При оценочном показателе меньше единицы газодинамическое явление определяют как обрушение (высыпание) угля, а при показателе больше или равном единице газодинамическое явление определяют как внезапный выброс. 1 ил. ё

Формула изобрете ни я Способ определения вида газодинамических явлений на крутых пластах, включающий регистрацию на сейсмограммах акустического сопровождения разрушения пласта, измерение длительности процесса акустического сопровождения, оценочного показателя и установление вида.газодинамических явлений,отличающийся тем, что, с целью повышения точности определе- ния вида газодинамического явления, на сейсмограммах в акустическом сопровождении выделяют участки с непрерывной акустической эмиссией и измеряют длительность непрерывной акустической эмиссии, вычисляют количество совпадений значений сигнала непрерывной акустической эмиссии с фиксированными порогами сигнала, устанавливают критическое значение длительности непрерывной акустической эмиссии, длительности фронта нарастания первого участка непрерывной акустической Эмиссии, количества совпадений значений сигнала непрерывной акустической эмис 4ии с фиксированными амплитудными порогами сигнала, а оценочный показатель определяют по формуле

,,rf+(Jte±-.rf+(JbL-if+(-SS -- if

Гер Щивр Vno.iap ПО.Эвр

- Txpv; . тфн - тфнхр-д . ,чо.1 - no.ixpva + ,паз - подруг J

Гвр Гфивр П0,1вр П0.9вр

где ТВР - длительность непрерывной акустической эмиссии;

Фн - длительность фронта нарастания г ервого участка непрерывной акустической эмиссии;

пои: по,9 количество совпадений сигнала непрерывной акустической эмиссии с с иксированными амплитудными порогами сигнала;

Тер , гфно - критические значения дли- тэльности непрерывной акустической эмис- спи фронта нарастания первого участка

0

5

0

непрерывной акустической эмиссии для газодинамических явлений с вторичным разрушением призабойной части массива.

тхр; гфнхр - критические значения длительности непрерывной акустической эмиссии для газодинамических явлений с хрупким разрушением призабойной части массива;

no.i вр. по.9 вр. по,1 хр, по.э хр - критические значения количества совпадений сигнала непрерывной акустической эмиссии с фиксированными амплитудными порогами для газодинамических явлений с вторичным и хрупким типами разрушения, соответственно при оценочном показателе меньше единицы газодинамическое явление определяют как обрушение (высыпание) угля, а при оценочном показателе больше или .равном единице газодинамическое явление определяют как внезапный выброс.