Способ определения вида газодинамических явлений на крутых пластах

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ .РЕСПУБЛИК (19) (я)5 Е 21 F 5/00

Г СУ

В Д (Г с (21 (22 (4 (71

УГ (72 (56

М ка па во ны (54)

ДИ

ПЛ (57) дел при

Вкл аку мыш при шен газа.

ДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ОМСТВО СССР

ПАТЕНТ СССР) К ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4761698/03

21.11.89

07,02.93. Бюл, М 5

Донецкий научно-исследовательский ьный институт

В,С, Иванов, Б.M. Деглин и Н.В. Широких

Авторское свидетельство СССР

399477, кл. E 21 F 5/00, 1985.

Кириченко P.Ô. К вопросу о классифиии динамических явлений на выбросооных пластах. Научно-технические осы безопасности добычи угля подземспособом. ИГД, вып. 127, 1975, с. 32-36.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВИДА ГАЗОАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ HA KPYT6tX

СТАХ

Изобретение предназначено для опрения вида газодинамических явлений разработке крутых угольных пластов, чает регистрацию на сейсмограммах ического сопровождения разрушения зобретение относится к угольной проенности и может быть использовано азработке пластов, опасных по обруям угля и внезапным выбросам угля и звестен способ определения вида газоди амических явлений, включающий измере ие обьемов выброшенного угля и газа, макс мального расстояния отброса угля от поло ти выброса, оценку формы образовавшейс полости и характера повреждения креп, оценку соответствия технологии выемки горно-геологической обстановки на участ е. !

2 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 амплитуднымй порогами сигнала. По установленным значениям определяют оценочный показатель по расчетной формуле. При оценочном показателе меньше единицы газодинамическое явлеwe определяют как обрушение (высыпание) угля, а при показателе больше или равном единице газодинамическое явление onределяют как внезапный выброс. 1 ил, Однако этот способ не точен, т.к. большинство используемых параметров оценивается грубыми инструментальными методами или с помощью субьективной 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

1793064

1 тойну выделившегося угля, по которому

:при газовыделении 45...55 м /т явление з 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 определейия вида явления, т.к. в нем не учитывается динамика газовыделения при комбинированных явлениях типа

"внезапный выброс, инициированный обрушением угля". flo этому способу невозможно точное определение вида газодинамических

-явлений при газовыделении 20...45 м /т. э

Известен способ определения вида газодинамических явлений на газоносных пластах, включающий регистрацию на сейсмограммах периодических нарастаний и кратковременных затуханий сейсмоакустической 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 сейсмоакустической 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 длительность 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 аида газодинамического явления производят по совокупности измеренных значений иэ следующей зависимости

К= !

)2+(TH !)2+(1

+(пое где г — длительность непрерывной акустической эмиссии;

t фн — длительность фронта нарастания первого участка непрерывной акустической эмиссии; п0,1; п0,9- количество совпадений сигнала непрерывной акустической эмиссии с

20 фиксированными амплитудными порогами сигнала; вр, z фэвр — критические значения длительности непрерывной акустической эмиссии и фронта нарастания первого участка

25 непрерывной акустической эмиссии для газодинамических явлений с вторичным разрушением призабойной части массива; дахр, t фнхр — критические значения длительности непрерывной акустической эмис® сий и фронта нарастания первого участка непрерывной акустической эмиссии для газодинамических явлений с хрупким разрушением призабойной части массива;

П0,1вр, A0,1хр, А0,9!!р А0,9хр КРИТИЧЕСКИЕ 5 значения количества совпадений сигнала непрерывной акустической эмиссии с фиксированными амплитудными порогами для газодинамических явлений с вторичным и хрупким типами разрушения, соот40 ветственно; и при К < 1 газодинамическое явление определяют, как обрушение (высыпание) угля, а при К 1 газодинамическое явление определяют как внезапный выброс.

45 Разрушения угля представляет собой неоднородный процесс деформирования, приводящий к уменьшению несущей способности до нуля и разделение материала нз части. В зависимости от физико-механи50 ческих свойств угля и действующих сил характер разрушения меняется, что находит отражение в изменении показателей неоднородности разрушения. В свою очередь, характер разрушения призабойной части

55 пласта определяет вид газодинамического явления. Экспериментально установлено, что с достаточной для практических целей надежносгью определение вида газодинамических явлений может быть осуществле1793064 о при использовании информативной ком- щих обрушение (высыпание) угля и внезапинации признаков, состоящей из: ные выбросы угля и газа, соответственно — дЛИтЕЛЬНОСтИ НЕПрврЫВНОй аКуСТИЧЕ- Хвр, Хфнвр, П0,1sp, П0,9вр И Ххр Хфнхр. П0,1х сМой эмиссии х; р, нвр,, вр,, вр хр, фнхр. П0,1хр

1 — длительности фронта нарастания пер- 5 Наборы признаков, характеризующие врго участка непрерывной акустической обрушения и внезапные выбросы, получены

Э1«1ИССИИ Х фн; экспериментально и их числовые значения — количества совпадений сигнала не- приведены в таблице. и ерывной акустической эмиссии с фикси- Если определяемый набор признаков р ванными амплитудными порогами 10 окажется ближе к набору признаков,харакс гнала, соответствующими 0,1 и 0,9 амп- теризующих обрушение (высыпание) угля, л тудного значения no,1; no,g. то величина К при этом меньше 1, и гаэодистановлено, что признаки, входящие в намическое явление, характеризуемое этим д нную систему. слабо коррелированы, это набором, определяют как обрушение(высью еспечивает при их совместном использо- 15 пание) угля. в нии достаточную для практических целей При К 1 набор признаков располагато ность определения вида явления, Дейст- ется в пространстве признаков ближе к нав ельно, пусть Р1, Ргт Р3, Р4 — вероятности бору, соответствующем вн и авильного и определения вида газодина- выбросу, поэтому газодинамическое явлем ческого явления по каждому из призна- 20 ние определяют, как внезапный выброс. ков. Тогда вероятность правильного Поскольку новая совокупность отличительоп еделения вида (при условии, что призна- ных признаков, заключающаяся в выделеки эффективны,т.е, P >05 Р >05 >, фф ... 1 0,5; Рг 0,5; Рз>0,5 нии акустическом сопровождении участков, P >05)пи в, ) р совместном использовании с непрерывной акустической эмиссией и из25 мерении длительности непрерывной акустической эмиссии и длительности фронта

P =P1+P -P Р

1 2 1 Р2 нарастания первого участка непрерывной

Р"-P +Р -Р Р

3 4 ° 3 4 (1) акустической эмиссии, определения количества совпадений значений сигнала неа и и использовании четырех признаков ве- 30 прерывной акустической эмиссии с . ро ность правильного определения равна фиксированными амплитудными порогами и определении вида газов газодинамическоP =Р +Р"- Р Р"=P +P + +

1 2 Рз+ го явления по совокупности измеренных

+ Р4 P1 Р2 P1 Р2 P1 P4 P3 P4 значений из зависимости

2 Рз Р2 P4+ Р1 P3 P4+ Р1 Р2 Х 35 х Рз+ Р1 Рг Р4+ Р2 Рз Р4- P1 Рг Рз Р4. (2)

1 + 9 1g+ ззбн 1у+ ло,ю,2 мм о.т, o. °

ВеРоятность р не зависит от сочетания < —.илу +<аз — -Зеву+< — к у+<"" пар Оизнаков в(1) и значительно превищв. 40 ет ходные вероятности определения по v при К<1 газодинамическое явление опрекаж ому отдельному признаку, т.е. исполь- деляют, как обрушение (высыпание) угля, а зование системы признаков обеспечивает при > 1 газодинамическое явление опредесве суммарный эффект. ляют, как внезапный выброс, не приведена о отдельному набору признаков 45 в известных технических решениях, учитыХ; Х н, nO,1; nOg дЛя КОНКрЕтНОГО ГаЗОдИНа- ВаЕт фИЗИЧЕСКуЮ ПрИрсду ИЗМЕНЕНИЯ Парамич кого явления определение вида этого метров неоднородности акустической явле ия может быть осуществлено из следу- эмиссии в зависимости от вида газодинамиюще зависимости: ческого-явления, что позволяет достичь по50 ставленную цель, то техническое решение соответствует критерию н Существенные отà — Г + н 7 У<С. < — <<<У <

<УО,бв

< я <тзтлявя+< д-пл у тт- тьу) Способ осуществляют следующим образом. Акустическое сопровождение разру8 личинаKïðåäñòàBëÿåòñî6îéотноси- 55 шения пласта регистрируют в виде двух тельн е расстояние в пространстве призна- синхронных сейсмограмм, одна из которых ков о определяемого газодинамического является записью среднего выпрямленного явлен я с набором признаков х; хфн, п01; значения сигнала, а вторая является зап0,9 д наборов признаков, характеризую- писью сигнала непрерывной акустической

1793064 8 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 гаэодинамического явления.

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

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

Формула изобретения

Способ определения вида газодинамических явлений на крутых пластах, включающий регистрацию на сейсмогрэммах акустического сопровождения разрушения 50 пласта, измерение длительности процесса акустического сопровождения, оценочного показателя и установление вида газодинамических явлений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определе- 55 ния вида газодинамического явления, на сейсмограммах в акустическом сопровожэмиссии, фиг.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 фронтg 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 эмйссии с фиксированными амплитудными порогами величиной 0,1 до 0,9 амплитудного значения.

Затем вычисляют К и определяют вид гаэодинамического явления.

Например, газодинамическое явление, происшедшее на ш. им. Калинина ПО "Артемуголь" на уч. 70-П бис, горизонт 850 м пл.

"Известнячка" имело следующие параметры: т = 7,6 с; г фн = 0,3 с; по,1 - 2; по,g = 10.

Используя эти параметры и параметры таблицы, вычислили величину к=

7 6 0,3 (14,4 ) (049 1) +(2 6 1)Г +(— — 1у

144 0,49 +(2,6 3 +(Таким образом, газодинамическое явление определили, как обрушение угля.

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

I

Преимущества предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключаются в том, что он обеспечивает повышение точности определения за счет использования системы признаков и параметров, учитывающих физическую природу процесса разрушения угля при газодинамических явлениях, Применение предлагаемого способа для определения вида газодинамических явлений целесообразно при разработке комплекса профилактических мероприятий по борьбе с внезапными выбросами и обрушениями угля на конкретном пласте, что позволяет повысить эффективность и безопасность ведения горных работ, дении 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 эмис1793064

10 ии с фиксированными амплитудными поогами сигнала, а оценочный показатель определяют по формуле

| к»

5 (Твр (Тфнвр 00,1â

0.9 1ОЛ

1 Т вЂ” Тщу + Т 1 Тфмх Я + 00,1 ПО 1хр 2 + П0,9 — П0,9х g 3

Твр Тфнвр П0,1вр П0.pep е хвР— длительность непрерывной аку- 10 тической эмиссии; хфн — длительность фронта нарастания ервого участка непрерывной акустической миссии; п0,1; hQ,9 количество совпадений сигна- 15 ла непрерывной акустической эмиссии с иксированными амплитудными порогами с гнала; хвр, хфно — критические значения длит льности непрерывной акустической эмис- 20 с и фронта нарастания первого участка ! непрерывной акустической эмиссии для газодинамических явлений с вторичным разрушением призабойной части массива.

ТхР, Хф1111Р КРИТИЧЕСКИЕ ЗНаЧЕНИЯ ДЛИтельности непрерывной акустической эмиссии для газодинамических явлений с хрупким разрушением призабойной части массива;

hQ,1 Ор, hQ,9 Ор, hQ,f хр, ПО,9 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.