Пристрій для оцінки викидонебезпечності зон у вугільних пластах

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проведении выработок по выбросоопасным угольным пластам. Наиболее близким по технической сущности, принятым за прототип, является устройство ПГ-2МА [1], предназначенное для измерения начальной скорости газовыделения из шпуров которое представляет собой дроссельный расходомер и действует на принципе реометра. Прибор этого типа изготавливают с измерительным устройством, называемым сильфонным преобразователем давления УС-450. Прибор ПГ-2МА с устройством УС-450 состоит из корпуса, измерительного устройства УС-450, капиллярного устройства, входного и соединительных штуцеров и резиновых трубок. Капиллярное устройство состоит из основания (газового коллектора) со штуцером проверки и трех индивидуальных капилляров, герметически закрываемых колпачками и резиновыми прокладками. Для выполнения измерений начальной скорости газовыделения из забоя по направлению проведения выработки в угольном пласте бурят шпур, который затем герметизируют при помощи затвора ЗГ-1 с оставлением измерительной камеры длиной 0,5 м. После окончания герметизации к штуцеру затвора ЗГ-1 с помощью резиновой трубки подключают прибор ПГ-2МА посредством его входного штуцера и измеряется в следующем порядке скорость газовыделения (расход газа) из измерительной камеры шпура. По фактическому расходу газа подбирают необходимый капилляр, для чего снимают колпачок капилляра с наибольшим диаметром отверстия и навинчивают на штуцер проверки до полного его перекрытия. Если стрелка при отклонении не достигает минимальной отметки шкалы или вообще не отклоняется, следует снять колпачок с капилляра с меньшим диаметром и перекрыть им капилляр с большим диаметром и т.д. Далее по градуировочной таблице прибора определяют расход газа (в л/мин), соответствующий полученному делению шкалы для данного капилляра. После определения максимальной скорости газовыделения, которая принимается за начальную, прибор ПГ-2МА отключается и затвор ЗГ-1 извлекается из шпура. Недостатком известного устройства является сложность конструкции, т.к. оно состоит по сути дела из двух приборов, включающих несколько штуцеров, индивидуальных капилляров, колпачков, трубок, емкий корпус прибора на внутренней стороне крышки которого размещена переводная: таблица. Масса прибора составляет около 2 кг и для переноски его предусмотрены плечевые рамки. К тому же для определения начальной скорости газовыделения угля в шпуре к указанному устройству необходимо иметь газовый затвор ЗГ-1, без которого определение указанного параметра невозможно. К недостаткам данного устройства относится то положение, что устройство относится к приборам измерительного класса и для гарантии определенной достоверности показаний необходимы постоянные метрологические поверки. К тому же прибор не дает непосредственных значений начальной скорости газовыделения и для получения этого параметра существует переводная таблица, использование которой вносит дополнительные погрешности и понижает достоверность получаемых результатов. Таким образом, необходимость применения газового затвора, контроль его качественней установки в шпуре, использование переводной таблицы и частые метрологические поверки устройства - все это приводит к малой достоверности и к большим затратам времени для определения начальной скорости газовыделения угольного пласта. Задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение оперативности, достоверности и сокращение затрат времени. Поставленная задача достигается тем, что известное устройство содержащее корпус внутри которого установлено измерительное устройство, связанное со шкалой и штуцером, дополнительно снабжено герметично соединенными между собой цилиндрами, один из которых связан с измерительным устройством, а другой выполнен в виде стакана, причем, цилиндр, соединенный с измерительным устройством, связан с атмосферой. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен разрез предлагаемого устройства, состоящего из стандартного микроманометра 1, типа ММТ-1, корпуса 2, на котором установлена измерительная шкала 3, стрелка 4, прикрепленная к шестеренке 5, установленной внутри корпуса 2 и входящая в соединение с подвижной рейкой 6, нижний конец которой зафиксирован на верхней поверхности диафрагмы 7, внутреннее пространство которой соединено со штуцером 8 и с каналом 9, выполненном в цилиндре 10. Верхний цилиндр 10 с помощь уплотнительной прокладки 11 и специального устройства, так называемого "штыкового затвора" 12, соединенным с нижним цилиндром 13. Уплотнительная прокладка 11 и "штыковой затвор" 12 обеспечивает герметичность между верхним цилиндром "10, который соединен с помощью штуцера 8 с микроманометром 1 и нижним цилиндром 13, выполненным в виде стакана. В цилиндре 13 выполнена емкость 14 для размещения газоносного угольного штыба 15. На нижнем цилиндре 13 закреплена ручка (резиновая) 16 для удобства пользования прибором. На соединении нижнего цилиндра 13 с верхним цилиндром 10 между уплотнительной прокладкой 11 и верхним цилиндром 10 расположена мелкая сеточка 17, предохраняющая попадение штыба угля 15 в микроманометр 1. Для соединения емкости 14, в которой расположен газоносный угольный штыб 15 с атмосферой, в верхнем цилиндре 10 выполнен соединительный канал 18, запираемый тщательно подогнанной пробкой 19, обеспечивающей герметичность. На шкале 3 микроманометра 1 имеется красная черта 20, которая фиксирует критическое значение приращения давления газа в замкнутом объеме из угольного штыба 15. Устройство работает следующим образом. Оценку выбросоопасности зон в угольных пластах производят непосредственно в забое выработки. С этой целью необходимо путем разъединения штыкового затвора 12 отсоединить нижний цилиндр 13 от верхнего цилиндра 10 и получить доступ к емкости 14, предназначенной для размещения угольного штыба 15. Далее необходимо извлечь пробку 19 из соединительного канала 18 и тем самым обеспечить соединение с атмосферой канала 9 в верхнем цилиндре 10. Из данной части любого шпура, пробуренного по угольному пласту и, возможно, предназначенного для размещения патронов ВВ при буровзрывном способе проведения выработок, отбирают штыб угля 15 и полностью заполняют им емкость 14 нижнего цилиндра 13, счищая по верхней его кромке лишний штыб линейкой. После заполнения емкости 14 штыбом 15 нижний цилиндр 13 вращением ручки 16 против часовой стрелки на 1/24 оборота относительно верхнего цилиндра 10 с помощью штыкового затвора 12 и уплотнительной прокладки 11 герметично соединяют с верхним цилиндром 10. При этом газ, выходящий из штыба 15 через мелкую сеточку 17 поступает в канал 9 верхнего цилиндра 10 и через соединительный канал 18 выходит в атмосферу. Для определения прироста давления газа, выделяющегося из штыба 15, и фиксирования этого прироста микроманометром 1 необходимо запорной пробкой 19 перекрыть соединительный канал 18. При этом газ, выделяющийся из штыба 15, по соединительному каналу 9 и через штуцер 8 поступает по внутреннее пространство диафрагмы 7, поднимая верхнюю его поверхность и перемещая рейку 6, подвижность которой через шестеренку 5 фиксируется стрелкой 4. Для получения показания стрелки 4 необходимо после перекрытия (герметизации) канала 18 пробкой 19 произвести фиксацию времени и через 30 сек отметить положение стрелки 4 на шкале 3 микроманометра 1. Специально проведенными исследованиями в выбросоопасных и не выбросоопасных зонах угольных пластов установлено, что критическое значение приращения давления газа выделяющегося из угольного штыба 15 весом 9-10 кг и размещаемого в емкости 14 нижнего цилиндра 13 предлагаемого устройства в фиксированном замкнутом объеме за 30 сек составляет 40 единиц и выше. Критическое значение приращения давления газа, выделяющегося из штыба 15, т.е. красная черта 20 на шкале 3 микроманометра 1 является верхней доверительной границей приращения давления газа за 30 сек, выделявшегося из штыба невыбросоопасных угольных пластов. Если стрелка 4 зафиксировала показания ниже критического значения (красной черты 20 на шкале 3 микроманометра 1), то зона откуда взят штыб угля t5 - невыбросоопасная, если выше критического значения, т.е. выше красной черты 20 на шкале 3 - зона выбросоопасна. Поэтому при проведении откаточного штрека по пласту І17 на шахте им. Калинина ПО Донецкуголь был отобран штыб угля из шпура, предлагаемым устройством было определено приращение давления и получен результат - 100мм рт.ст., что выше критического значения и свидетельствует о выбросоопасности пересекаемой зоны угольного пласта. Результат фактического проявления выброса угля 21 мая 1991 г. при проведении выработки буровзрывным способом в режиме сотрясательного взрывания подтвердило справедливость предварительного заключения. Как приращение давления газа в замкнутом объеме из штыба угля, так и начальная скорость газовыделения (см.прототип) характеризуют степень нарушенности угля, которая является основной характеристикой выбросоопасности зоны. Но приращение давления газа из штыба является более надежным показателем выбросоопасности зон, чем начальная скорость газовыделения из шпура, т.к. на приращение давления газа по выходу из штыба угля, отделенного от массива, оказывает влияние только природная нарушенность структуры угля и не сказывается дополнительное влияние таких факторов как напряженность окружающего массива. Напряженность массива существенно сказывается на начальную скорость газовыделения из шпура, расположенного в массиве угля, и испытывающего воздействие окружающего напряженного массива, а следовательно, и на достоверность оценки выбросоопасности зон в угольных пластах. Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает существенным упрощением конструкции, так как: - вес предлагаемого устройства - 360 г - прототипа около 2 кг, т.е. предлагаемое устройство за счет упрощения конструкции весит в 6 раз меньше существующего аналога; - предлагаемое устройство относится к классу индикаторов и по сравнению с устройством, принятым за прототип, не требует метрологических поверок и соответствующего оборудования для метрологических поверок; - конструкция предлагаемого устройства проста и прибор можно изготовить в любой мастерской, имеющей небольшой токарный станок, составная часть устройства ПГ-2МА, (прототипа) изготавливается и поставляется авиационными заводами (сильфонный преобразователь давления УС-450, входящей в устройство ПГ-2МА, предназначен для определения скорости. движения самолетов); - небольшой вес (360 г) и небольшие размеры (18x6x3 см) предлагаемого устройства существенно упрощают вопросы доставки его к трудно доступным местам проведения определения в шахте (он свободно размещается в кармане спецовки). Предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обладает повышенной достоверностью, так как: - в прототипе при проведении испытаний получают результаты непосредственно в условных единицах, которые переводятся по прилагаемой таблице с определенной погрешностью в значении начальной скорости газовыделения, по которой оценивают выбросоопасность угольного пласта. Предлагаемое устройство непосредственно фиксирует приращение давления газа в замкнутом объеме из штыба угля, зависящее от природной нарушенности угольного пласта т.е. от основного показателя выбросоопасности углей. Наличие по шкале прибора красной черты (критического значения) приращения давления газа позволяет непосредственно в забое через 1-2 мин после бурения шпура без промежуточных операций (например, установки герметизатора в шпуре и перевода значений по таблице, снижающих надежность результата) получить оценку выбросоопасности угольного пласта; - устройство, принятое за прототип (ПГ-2МА) основано на определении начальной скорости газовыделения из пробуренного шпура, процесс которого описывается параболой и достоверные значения (наиболее надежные) наступают через 2 мин после окончания бурения шпура. Любые отклонения во времени при замере скорости газовыделения от установленных 2 минут (на практике это трудновыполнимо) приводят к занижению результатов измерения и уменьшения надежности заключения о выбросоопасности.