Спосіб прогнозування викидонебезпечності привибійної частини гірничого масиву

Спосіб прогнозування викидонебезпечності привибійної частини гірничого масиву, що полягає в реєстрації генерованого в привибійній частині масиву механізмами акустичного сигналу сейсмоприймачами, встановленими у вибої, вимірюванні поточних значень високочастотної та низькочастотної складових і порівнянні їх з критичними значеннями, визначеними на безпечній ДІЛЯНЦІ, ЯКИЙ відрізняється тим, що додатково визначають енергію акустичного сигналу, причому останній реєструють одночасно двома сейсмоприймачами, розташованими з двох сторін вибою, а поточні та критичні величини визначають у рівновеликих інтервалах Винахід відноситься до гірничої промисловості і призначений для прогнозу викидонебезпеки в привибійній частині гірничого масиву під час ведення очисних робіт Відомий спосіб акустичного прогнозу викидонебезпеки, який включає встановлення в гірничій виробці сейсмоприймача на деякій відстані від вибою, реєстрацію акустичного сигналу одночасно на двох робочих частотах вище й нижче групи резонансних частот, визначення показника викидонебезпеки за відношенням амплітуд високої та низької частот Новим у способі є те, що сейсмоприймач встановлюють на відстані 8-40м від вибою, сигнал реєструють лише під час дії гірничих машин і механізмів на масив, амплітуди складових фіксують окремо, а ситуація вважається викидонебезпеч-ною, якщо одночасно показник викидонебезпеки, низькочастотна та високочастотна складові перевищують критичний рівень, при цьому останній визначають на безпечній ДІЛЯНЦІ (ДИВ патент України №17449, E21F 5/00, опубл 30 10 97р. бюл №5) ходів Недоліки відомого способу зумовлені такими причинами По-перше, в разі встановлення одного сейсмоприймача на деякій відстані від вибою основна частина реєстрованого сигналу зумовлена роботою механізмів на сполученні вибою з лавою і під час віддалення видобувного комбайна від сполучення доля збуджуваного ним сигналу зменшується, одночасно зменшується ймовірність виявлення небезпечної за раптовим викидом вугілля та газу ділянки При віддаленні комбайна на значну відстань навіть високонебезпечна ділянка вибою може викликати тільки незначне підвищення середніх значень прогностичних параметрів, тим самим не виключається помилка першого роду - пропуск викидонебезпечної ділянки, тобто точність прогнозу стає недостатньою По-друге, визначення прогностичних параметрів в цілому у вибої не дозволяє виділити в межах протяжної лінії очисного вибою найбільш небезпечну локальну ділянку, на якій необхідно здійснити противикидні заходи Це призводить до великих витрат часу та коштів на додаткові роботи для визначення такої ділянки, припинення очисних робіт на тривалий час Недоліком способу є те, що в разі прогнозу викидонебезпеки в очисному вибої, протяжність якого досягає 250м і більше реєстрація акустичного сигналу та його наступна обробка, по-перше, не дозволяє оцінити викидонебезпеку з однаковою надійністю на всій довжині вибою і, по-друге, не забезпечує визначення найбільш небезпечної ділянки для застосування на ній противикидних за В основу винаходу поставлено завдання створити такий спосіб прогнозу викидонебезпечності привибійної частини гірничого масиву, при якому за рахунок удосконалення системи реєстрації акустичного сигналу і визначення додаткових параметрів останнього забезпечується виявлення небез О о ю 50901 печних за раптовими викидами ділянок у будь-якій частині очисного вибою та визначення положення такої ділянки по довжині вибою Поставлене завдання розв'язується за рахунок того, що в способі прогнозу викидонебезпечності привибійної частини гірничого масиву, який полягає в реєстрації генерованого в привибійній частині масиву механізмами акустичного сигналу сейсмоприймачами, встановленими у вибої, вимірюванні поточних значень високочастотної та низькочастотної складових і порівнянні їх з критичними значеннями, визначеними на безпечній ДІЛЯНЦІ, ЗГІДНО з винаходом, додатково визначають енергію акустичного сигналу, при цьому останній реєструють одночасно двома сейсмоприймачами, розташованими з двох сторін вибою, а поточні та критичні величини визначають у рівновеликих інтервалах Встановлення сейсмоприймачів з двох сторін очисного вибою - у вентиляційному та конвеєрному штреках - дозволяє, перш за все, забезпечити надійний контроль стану гірничого масиву на ДІЛЯНЦІ сполучення, де сталося біля 95% усіх зафіксованих в очисному вибої викидів Дослідження показали, що в разі встановлення сейсмоприймачів у ПІДГОТОВЧІЙ виробці на відстані 40м від лінії вибою надійний контроль викидонебезпеки буде забезпечений на протязі всього очисного вибою Для реєстрації акустичного сигналу і реалізації прогнозу необхідно використовувати апаратуру з динамічним діапазоном більшим за бОдБ та частотним діапазоном від 20 до 3000Гц Такі параметри має апаратура передачі сейсмосигналу (АПСС), яка забезпечує дальність надійного приймання (відношення "сигнал/завада" >3) пружних коливань, збуджуваних видобувним комбайном, не меншу за 300м ки Спосіб реалізують таким чином Акустичний сигнал, збуджуваний видобувним комбайном під час дії на вугільний пласт, реєструють одночасно два сейсмоприймачі, розташовані з двох сторін очисного вибою При стовповій системі розробки і довжині очистного вибою до 250м сейсмоприймачі розміщують переважно у вентиляційному та конвеєрному штреках При суцільній або змішаній системах, а також при довжині вибою більшій за 250м обидва сейсмоприймачі встановлюють в лаві на відстані до 30м від сполучення з підготовчими виробками В лаві сейсмоприймачі за допомогою важеля притискають до порід покрівлі Для встановлення сейсмоприймачів у виробках бурять шпури довжиною до 1 м у вугільному пласті або вміщаючих породах і за допомогою клинів сейсмопрймачі притискають до верхньої стінки та вибою шпура, забезпечуючи надійний контакт з масивом Прогноз починають з проведення розвідувальних спостережень для визначення критичних значень прогностичних параметрів акустичного сигналу За прогностичні параметри використовують високо- та низькочастотну складові, їх відношення, а також суму квадратів амплітуд акустичного сигналу, тобто його енергію Прогностичні параметри в межах кожної чверті довжини вибою осереднюють на протязі 10-15м руху комбайна Робочі частоти вибирають поблизу нижньої і верхньої границь двократного осереднення амплітудночастотної характеристики сигналу (амплітудного спектра) Робочу низькочастотну складову визначають як суму амплітуд спектра нижче від нижньої границі робочої частоти, а робочу високочастотну складову - вище від верхньої границі Оскільки фізичною основою акустичного прогнозу є умови формування сигнал}' в МІСЦІ збудження, то перехід від системи прогнозу за величиною середніх у всьому вибої значень прогностичних параметрів до дискретних, зафіксованих у певних Інтервалах руху видобувного механізму, дозволяє розширити діапазон виявлення небезпечних за викидами ділянок не менше, ніж до 300м Для забезпечення дискретності реєстрації прогностичних параметрів необхідно, по-перше, визначати середні їх значення не в цілому у вибої, а в заданих інтервалах і, по-друге, в цих же інтервалах визначати суму квадратів амплітуд акустичного сигналу, тобто величину, пропорційну до енергії сигналу Для визначення критичних значень прогностичних параметрів будують інтегральні криві розподілу або обчислюють середні значення та середнє квадратичне відхилення кожного параметра, а за критичні значення приймають для високочастотної складової та коефіцієнта викидонебезпеки середнє значення з додаванням подвоєної величини середнього квадратичного відхилення, а для низькочастотної складової - середнє значення з відніманням подвоєної величини середнього квадратичного відхилення Середнє значення енергії акустичного сигналу вздовж очисного вибою також визначають під час проведення розвідувальних спостережень і потім використовують для прив'язки значень прогностичних параметрів по довжині вибою Таким чином, одночасна реєстрація акустичного сигналу, збуджуваного видобувним механізмом під час виймання вугілля в очисному вибої, двома сейсмоприймачами, встановленими з двох сторін лінії очисного вибою, визначення енергії акустичного сигналу та прогностичних параметрів у дискретних інтервалах забезпечують підвищення точності і достовірності прогнозу і дозволяють визначати небезпечну за викидами ділянку Встановлення сейсмоприймачів безпосередньо у вибої на відстані до 30м від сполучення та закріплення їх на породах покрівлі дозволяє скоротити відстань між сейсмоприймачами, що полегшує завдання надійного прогнозу викидонебезпе Сейсмоприймачі підключають до апаратури ПСС, яка по двопровідній лінії передає сигнал на поверхню, де його через плату аналого-цифрового перетворювача (АЦП) вводять у персональний комп'ютер типу IBM Сигнал обробляють за спеціальною програмою, яка включає виконання швидкого перетворення Фур'є (ШПФ), накопичення спектрів, їх осереднення в часових інтервалах та оцінку ступеня викидонебезпечності привибійної частини гірських порід Під час здійснення прогнозу реєстрацію акустичного сигналу, передавання його на поверхню та обробку починають одночасно з початком відбивання вугілля комбайном і завершують після його 50901 закінчення, коли комбайн пройде по всій довжині очисного вибою Якщо в роботі комбайна видається технологічна перерва, то обробка сигналу призупиняється Після завершення циклу виймання вугілля та обробки акустичного сигналу виконують аналіз прогностичних параметрів для кожної чверті очисного вибою, тобто проводять перехід від часової прив'язки результатів до прив'язки значень по довжині очисного вибою (планової) та оцінку викидонебезпеки Для переходу від часових інтервалів осереднення параметрів до планової прив'язки за основу використовують розподіл середньої енергії сигналу вздовж вибою, отриманий в результаті розвідувальних спостережень, Оскільки величину критичного рівня прогностичних параметрів визначали не в цілому у вибої, а окремо для кожної чверті довжини вибою, прогноз "небезпечно" видають шляхом порівняння поточних середніх у кожному дискретному інтервалі з критичним рівнем цих параметрів тієї чи іншої чверті вибою, причому прогноз ведеться в два етапи На першому етапі прогностичні параметри, осереднені в межах кожної чверті вибою, порівнюють з ВІДПОВІДНИМИ критичними значеннями і, якщо вони не перевищують їх, то видається сигнал "безпечно", дозволена глибина виїмки дорівнює величині смужки вугілля, що виймається в циклі посування вибою Якщо в будьякій чверті вибою або у вибої в цілому поточні значення прогностичних параметрів перевищують критичний рівень, то видається прогноз "небезпечно" На другому етапі встановлюють найбільш небезпечну ділянку вибою, для чого аналізують розподіл коефіцієнтів викидонебезпеки за довжиною вибою разом з енергією акустичного сигналу Частину очисного вибою, в межах якої коефіцієнт викидонебезпеки перевищує критичний рівень, відносять до найбільш небезпечної за викидами вугілля та газу зони, а обрамляючі його мінімуми значень - до зони запасу, яка є потенційно небезпечною В подальшому в межах небезпечної зони та зони запасу здійснюють противикидні заходи Спосіб дозволяє отримувати об'єктивну оцінку викидонебезпеки в усьому очисному вибої і дає можливість визначити найбільш небезпечні за викидами вугілля та газу ділянки в межах усієї його довжини ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71