Спосіб запобігання викидам вугілля і газу та пристрій для його здійснення

1. Способ предотвращения выбросов угля и газа, включающий бурение из выработки в выбросоопасный угольный пласт дегазационных и технологических скважин, установку в последних источников колебаний и обработку пласта до перевода его в неопасное состояние, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в пласте создают направленный фронт упругих акустических волн с интенсивностью звука от 1,0 до 40 к В т / м 2 и длиной звуковой полуволны, не превышающей мощность обрабатываемого пласта. 2. Устройство для предотвращения выбросов угля и газа, состоящее из цилиндрического корпуса, генератора колебаний и воздухопроводов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с одной стороны корпуса помещен концентратор звука, входная часть которого выполнена в виде цилиндра диаметром, равным диаметру корпуса, а выходная часть выполнена в виде усеченного конуса, в основании которого образовала цилиндрическая полость резонатора, а внутри корпуса соосно с ним жестко установлен акустический генератор с соплом, соосно направленным в сторону полости резонатора, причем между корпусом и концентратором по всему периметру установлен отражатель звуковых волн, выполненный из акустических полупроводников. 3. Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что акустический генератор выполнен в виде газоструйного акустического генератора Гартмана. Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при разработке пластов, опасных по выбросам угля и газа. Известен способ акустического воздействия на горный массив, изменяю щий его газодинамическое состояние и физико-механические свойства и, как следствие, снижающий выбросоопасность [1]. Однако этот способ находится на стадии научных исследований, не доведен до технического решения, отсутствуют также техни м ел О 4577 ческие средства для его применения на выбросоопасных угольных пластах. В качестве прототипа выбран способ борьбы с внезапными выбросами угля и газа при вскрытии выбросоопасного пласта гор- 5 ной выработкой, включающий бурение из выработки в угольный пласт дегазационных и технологических скважин, установку в них источника колебаний и воздействие на угольный пласт знакопеременными нагрузками до пе- 10 ревода его в неопасное состояние [2]. Недостатком этого способа является низкая эффективность обработки пласта изза потерь энергии при ее передаче источни-" ком колебаний через образовавшийся 15 вокруг него разрушенный уголь обрабатываемому угольному пласту. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа предотвращения выбросов угля и газа за счет создания 20 направленного фронта упругих акустических волн с определенными параметрами, что обеспечивает уменьшение потерь энергии при ее передаче источником колебаний обрабатываемому угольному пласту, и в результате 25 повышает эффективность обработки пласта. Указанная задача решается тем, что в способе предотвращения выбросов угля и газа, включающем бурение из выработки в выбросоопасный угольный пласт дегазационных и тех- 30 нологических скважин, установку в последних источников колебаний и обработку пласта до перевода его в неопасное состояние. Отличие предлагаемого способа состоит в том, что а выбросоопасном угольном пла- 35 сте создают направленный фронт упругих акустических волн с интенсивностью звука от 1,0 до 40 кВт/м 2 и длиной звуковой полуволны, не превышающей мощность обрабатываемого пласта. 40 Использование предлагаемого способа повысит эффективность обработки пласта благодаря ускорению разгрузки и дегазации обрабатываемого участка выбросоопасного пласта за счет снижения потерь энергии при 45 ее передаче от источника колебаний угольному пласту. Вследствие акустической обработки участок пласта переходит в неопасное состояние, и после этого осуществляется его безопасная выемка. 50 Известно устройство, предназначенное для акустического воздействия на горный массив, включающее породоразрушающий инструмент, бурильную трубу, гидродинамический генератор колебаний и отражатели 55 волн напряжений, выполненные в виде набора металлических пластин с разными волновыми сопротивлениями [3]. Устройство предназначено для снижения энергоемкости разрушения горной породы и не может быть использовано для предотвращения выбросов угля и газа. В качестве прототипа выбран вибронаконечник дегазатора, предназначенный для виброобработки угольных пластов с целью предотвращения выбросов угля и газа [4]. Вибронаконечник представляет собой пневматический вибратор, состоящий из цилиндрического корпуса с головкой, генератора колебаний, выполненного в виде пневмодвигателя с эксцентричным бегунком и воздухопроводов. Недостатком этого устройства является низкая эффективность обработки массива из-за больших потерь энергии при ее передаче от вибронаконечника угольному пласту. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства для предотвращения выбросов угля и газа путем введения генератора звуковых волн и резонатора, что обеспечивает снижение потерь энергии при ее передаче от генератора колебаний концентратору звука за счет резонансных явлений и от концентратора угольному массиву за счет улучшения акустического контакта устройство - массив, что в результате повышает эффективность работы устройства. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для предотвращения выбросов угля и газа, состоящем из цилиндрического корпуса, генератора колебаний и воздухопроводов, согласно изобретению, с одной стороны корпуса помещен концентратор звука, входная часть которого выполнена в виде цилиндра диаметром, равным диаметру корпуса, выходная часть выполнена в виде усеченного конуса, в основании которого образована цилиндрическая полость резонатора, а внутри корпуса, соосно с ним жестко установлен акустический генератор с соплом, соосно направленным в сторону полости резонатора, причем между корпусом и концентратором по всему периметру установлен отражатель звуковых волн, выполненный из акустических полупроводников. Поставленная задача решается также тем, что акустический генератор выполнен в виде газоструйного генератора Гартмана. При использовании заявляемого устройства достигается снижение потерь энергии при ее передаче от генератора колебаний концентратору звука за счет резонансных явлений и от концентратора угольному массиву за счет улучшения акустического контакта устройство-массив. Сущность предложенного устройства для предотвращения выбросов угля и газа, графически представленного на чертеже, заключается в следующем. 4577 Устройство состоит из цилиндрического упругих акустических волн с интенсивнокорпуса 1, с одной стороны которого помещен стью звука от 1,0 до 40 квт/м 2 и длиной концентратор звука с входной цилиндричезвуковой полуволны, не превышаемой мощской 2 и выходной конической 3 частями, а ность пласта, и производят акустическую обвнутри, соосно с корпусом жестко установлен 5 работку пласта. Продолжительность акустический генератор 4 с соплом 5. Входная обработки, как и расстояние между скважиначасть 2 концентратора звука выполнена в виде ми, определяется заранее экспериментально. цилиндра диаметром, равным диаметру корпуПосле окончания обработки устройства извлеса 1, а выходная часть 3 выполнена в виде кают из скважин и выполняют мероприятия усеченного конуса, в основании которого обра- 10 по определению эффективности способа созована цилиндрическая полость резонатора 6, гласно инструкции [5]. В результате акустичесоосно расположенного напротив сопла. Межской обработки происходит раскрытие ду корпусом и концентратором расположен отгазонаполненных трещин, их рост, слияние, ражатель звука 7. К входу генератора образование фильтрационных каналов и выподсоединен подво,г ~*щий воздухопровод 8. 15 ход газа через дегазационные скважины в атмосферу выработки. Вследствие этого пласт Устройство работает следующим обрапереходит в неопасное состояние. зом. Через подводящий воздухопровод 8 под Пример конкретного выполнения спосодавлением 3-5 атм подается сжатый воздух ба и применения устройства. в форкамеру газоструйного генератора 4 и 20 Способ выполняется в горно-геологичезатем через сопло 5 со сверхзвуковой скороских условиях шахты "Кочегарка" (гор. 975 м) стью ударяется о днище резонатора 6 и отпри отработке пласта "Мазурка" очистным ражается. Прямая и отраженная струи забоем с потолкоуступ ной формой. Общая воздуха в пространстве между соплом и ремощность пласта -1,2 м, угол падения - 63°, зонатором образуют скачок уплотнения, из- 25 природная газоносность 9,9 м3/т. Величина лучающий звуковые волны заданной разгруженной призабойной зоны в кутках амплитуды и частоты. Звуковая энергия пеуступов составляет 1,3 м. Продолжительредается во входную часть концентратора 2, ность акустической обработки, определенчастота собственных колебаний которой ная экспериментально, составляет 2,5 часа. совпадает с частотой генерируемого звука, 30 На расстоянии 0,5 от кутка каждого уси, затем, - в выходную часть концентратора тупа, под углом 5-10° к направлению подви3 и обрабатываемый угольный пласт. Отрагания забоя ручным сверлом бурят скважину жатель звуковых волн 7, выполненный из диаметром 50 мм на глубину 1,5 м. В скваакустических полупроводников, препятствужине устанавливают устройство, вдавливая ет передаче звуковой энергии корпусу. От- 35 выходную часть концентратора в угольный работанный воздух через пространство массив в торце скважины. Устройство подмежду корпусом и генератором выводится в соединяют к шахтной сети сжатого воздуха атмосферу выработки. и производят акустическую обработку пласта продолжительностью 2,5 часа с частотой Способ осуществляется следующим об40 звука 6000 Гц. После этого устройство извлеразом. кают из скважины и выполняют контроль Из подготовительной или очистной выэффективности способа по газодинамике в работки в угольный пласт бурят технологисоответствии с п. 2.5.2 "Инструкция ..." (5) и, ческие и дегазационные скважины на затем, - выемку угля в уступе. глубину, превышающую разгруженную приПрименение предлагаемого способа и забойную зону. Количество скважин зависит 45 устройства по сравнению с известными поот величины обрабатываемого участка плазволит повысить эффективность противоста. Расстояние между скважинами опредевыбросных мероприятий за счет ляется заранее экспериментально для уменьшения потерь энергии в 2-3 раза при каждого обрабатываемого выбросоопасного пласта по методике определения радиуса 50 ее передаче от источника колебаний угольному пласту. Снижаются затраты на протиэффективного действия [5]. В технологичевовыбросные мероприятия за счет ские скважины устанавливают устройства сокращения времени обработки. По сравнедля осуществления способа, вдавливания их нию с известными локальными способами в забой скважины на глубину размера вы55 предотвращения выбросов угля и газа в ходной части концентратора звука. Устройпредлагаемом способе повышается безство подсоединяют в шахтной сети сжатого опасность труда горняков за счет его выполвоздуха с давлением 3,0-5,0 атм, создают нанения без присутствия людей. правленный в сторону почвы -кровли фронт 4577 Упорядник Замовлення 589 Техред М.Моргентал Коректор М. Ткач Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл м 8 Виробничо-видавничий комбінат "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101