Способ предотвращения внезапных выбросов угля и газа

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 F 5/00

ГОСУДАРCTBEННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к у

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4829512/03 (22) 28.05,90 (46) 30.03.92. Бюл. N. 12 (71) Государственный макеевский научноисследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (72) Л.А.Вайнштейн и Г.И.Колчин (53) 622.832(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 924375, кл. Е 21 F 5/00, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N 1553719, кл. Е 21 F 5/00, 1988. (54) СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВНЕЗАПНЫХ ВЫБРОСОВ УГЛЯ И ГАЗА (57) Использование; горнодобывающая промышленность, технология разработки выИзобретение относится к горной промышленности и предназначено для обеспечения безопасности при ведении очистных или подготовительных работ на выбросоопасных угольных пластах.

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

Недостатками указан ного 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, ко Ы 1723341 А1 бросоопасных 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 гаэоотдачи угольного пласта ниже безопасного по выбросам уровня, 3 ил, торая изменяется по мере изменения напряженного состояния в степени расслое- (1 ния массива.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в определении частоты собственных колебаний и

° Э добротности слоев углевмещающик пород. воздействии на массив импульсами с частотой, равной или кратной частоте собствен- да ных 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

1723341

10

2500

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

Цель изобретения — снижение выбросоопасности угольного массива путем управления процессом воздействия.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу предотвращения выбросов угля и газа, заключающемуся в предварительном определении 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.3 — 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 сейсмоприемник 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

6 подсоединяют аппаратуру 7 типа "Резо25

55 нанс" 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 контактами, и их добротность из соотношений: (2) где h — мощность резонирующего слоя;

fp — резонансная частота;

0 — добротность слоя;

Ap — амплитуда резонансной частоты;

A> — амплитуда на нулевой частоте.

Для импульсного воздействия на массив выбирают слой h>, имеющий высокую добротность 0> 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. Эксперименты показывают, что. на участке от точки возбуждения колебаний до забоя; равном мощности слоя (ht), амплитуда резонансных колебаний резко возрастает, а затем медленно уменьшается, поэтому расстояние d = h>, является оптимальным. На распорной стойке крепят источник 9 импульсов, управляемый по частоте устройством 10. Таким источником может служить пневматический вибратор, магнитостриктор или любой другой достаточно мощный источник колебаний, В соответствии с резонансной частотой

f p слоя, который выбран для импульсного

1 воздействия, и реальным диапазоном источника импульсов выбирают кратность воздействия на массив такой, чтобы частота f =

- 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 f и включают ис1 точник 9 колебаний, Одновременно при помощи сейсмоприемника 6 и аппаратуры 7 регистрируют упругие колебания и определяют частоту собственных колебаний f р и

1 добротность Q> слоя. Изменяют частоту воэ1723341,м, Фиг 1 действия на массив в соответствии с изменяющейся f p, добиваются максимальной

1 амплитуды сейсмоакустических колебаний на приборе 7 и вычисляют исходное значение добротности слоя 01. ПериодичеСки, вначале через 5,0-10,0 с, а затем через 0,51,0 мин, определяют добротность Q1 и анализируют характер ее изменения. Как правило, вначале 0 растет и достигает

Qual. а затем начинает уменьшаться. Вычисляют коэффициент эффективности (Э) воздействия на массив из соотношения

Э 01мвкс (3)

Q1 где 01 — текуЩЕЕ Значение дОбротности

1 слоя после достижения Q i .

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 выбросоопасности. 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. B данном случае после остановки вибровоздеиствия необходимо убедиться в безопасности забоя, используя нормативный способ. Если безопасность забоя не обеспечена, то выбирают второй слой и осушествляют воздействие на массив с частотой f p, 2

Предлагаемый способ обеспечивает импульсное воздействие на массив в наиболее

5 эффективном режиме совпадения частоты воздействия с изменяющейся резонансной частотой слоя горных пород, кроме того, он обеспечивает оперативную оценку эффективности импульсного воздействия на мас10 сив и позволяет оптимизировать время воздействия.

Ф о р мул а изобретения

Способ предотвращения внезапных выбросов угля и газа, включающий предвари15 тельное определение частоты собственных колебаний и добротности слоев углевмещающих пород, импульсное воздействие на угольный массив с частотой, равной или кратной частоте собственных колебаний по20 родного слоя с максимальной добротностью, отличающийся тем, что, с целью снижения выбросоопасности угольного массива путем управления процессом воздействия, определяют периодически

25 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

30 прекращают воздействие при снижении добротности указанного слоя до величины, при которой скорость газоотдачи угольного пласта ниже безопасного по выбросам уров- . ня.

1723341

rq

Qg

5И

М

«60

Ц о

3И

%ог 2/

Составитель Г. Колчин

Редактор А, Огар Техред М.Моргентал Корректор Э, Лончакова

Заказ 1053 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101