Спосіб прогнозування викидонебезпечності вугільних пластів

Спосіб прогнозування викидонебезпечності вугільних пластів, що заснований на вимірюванні у повітряному середовищі концентрацій глибинних радіогенних газів з врахуванням варіації природної радіоактивності, який відрізняється тим, що у шахтному повітряному середовищі заміряють концентрації радону та метану, оцінюють їх співвідношення і за динамікою зміни останнього визначають строки проявляння раптового викиду ються тим, що вихідна інформація реєструється у звуковому діапазоні (200 - 4000Гц), через що вони мають спільну істотну ваду, яка полягає у неможливості якісного виділення на фоні виробничих шумів сигналів акустичної емісії Відомий спосіб прогнозування землетрусів [3], заснований на вимірюванні концентрацій глибинних радіогенних газів, що містить вимірювання і обчислення приростання відношення КІЛЬКОСТІ глибинних радіогенних газів - гелія та аргону-40, за яким визначають час настання землетрусу Вада цього способу (стосовно до прогнозування викидонебезпечності вугільних пластів) полягає утому, що він має недостатню точність з точки зору оцінки часових проміжків від моменту реєстрації певних параметрів до моменту настання явища (у патентіаналозі - землетрусу) Так, часовий проміжок від моменту виявлення небезпечної аномалії у приростанні співвідношення КІЛЬКОСТІ різноманітних радіогенних газів (у нашому випадку - гелія та аргону-40) до моменту настання землетрусу може складати від кількох діб до кількох МІСЯЦІВ Така, цілком задовільна для прогнозування строків виникнення землетрусів, точність абсолютно неприйнятна для прогнозування строків проявляння раптових викидів вугілля та газу у конкретному очисному вибої вугільної шахти Викиди постійно провокуються через виймання вугільних пластів з очисних вибоїв і гірничої маси (породи) з підготовчих виробок і обумовлюються порушенням рівноваги гірського масиву У цьому випадку головним є фактор оперативності прогнозування, який би дозволяв прогнозувати настання загрожуючої ситуації безпосередньо у процесі виймання вугільних тестів з очисних вибоїв 00 со ю 53118 Слід підкреслити, що, ВІДПОВІДНО ДО патентуаналогу, увага не акцентується на проникаючій здібності радіогенних газів, головним є достатній їх КІЛЬКІСНИЙ вихід, який забезпечує якісний замір їх концентрації, що, у свою чергу, дозволяє на достатньо презентабельному рівні виявити взаємозв'язок концентрацій глибинних газів з явищем, яке контролюється, тобто з землетрусом Найбільш близьким до передбачуваного винаходу за своєю технічною сутністю і результатом, який досягається, є спосіб оцінки стану (зокрема, газопроникності) пластів земної кори, заснований на вимірюванні у повітряному приземному середовищі концентрацій глибинних радіогенних газів з врахуванням варіації природної радіоактивності, (прототип) [4] Цей спосіб [4], як і розглянутий вище [3], має ту ж саму ваду, а саме - не забезпечує оперативного прогнозування строків виявляння раптових викидів у викидонебезпечному очисному вугільному вибої у процесі виймання вугілля В основу винаходу поставлена задача створення такого способу прогнозування викидонебезпечності вугільних верств, який, завдяки поточному вимірюванню у шахтному повітряному середовищі концентрацій радону та метану і оцінки їх співвідношення, забезпечує визначення за динамікою зміни цього співвідношення строків проявляння раптового викиду, що, у свою чергу, дозволяє ефективно здійснити противикидні інженерні заходи та своєчасно евакуювати людей з небезпечної зони, а за рахунок цього забезпечується запобігання людських жертв та мінімізація матеріальних збитків, які пов'язані з раптовими викидами вугілля та метану Поставлена задача розв'язується тим, що при реалізації способу прогнозування викидонебезпечності вугільних пластів, заснованого на вимірюванні у повітряному середовищі концентрацій глибинних радіогенних газів з врахуванням варіації природної радіоактивності, згідно винаходу, у шахтному повітряному середовищі замірюють концентрації радону та метану, оцінюють їх співвідношення і за динамікою зміни цього співвідношення визначають строки проявляння раптового викиду Як відомо [5], у викидонебезпечній зоні вугілля знаходиться у стані механохімічної активації, який визначає істотне зменшення мінімальних критичних величин енергетичної дії механічних сил, які розв'язують проявляння раптового викиду При цьому стимулюються процеси деструкції внутрішньо- і міжмолекулярних зв'язків З утворенням газової фази (метану), яка значно перевищує за об'ємом природну газоносність пласта (ІНОДІ на порядок), що різко підвищує імовірність раптового викиду У той же час внаслідок енергетичної дії механічних сил на гірський масив з його пор еманує (виділяється) глибинний радіогенний газ радон Газ радіогенного походження - радон є продуктом радіоактивного розпаду радію Як відомо, у розсіяному стані радій присутній у всіх гірських породах, грунтах і водах, тобто у всіх елементах земної кори У земній корі газу радону дуже мало, проте його небагаточисленні атоми надійно фіксуються за допомогою спеціальних приладів Чим більше тиск на гірський масив, тим більша інтен сивність виходу радону з його пор Цей факт вперше був експериментально зафіксований у 1981 році американськими вченими Р Хоулабом і В Брейді [6], які піддали стисканню кусок звичайного граніту і зафіксували ефект зростання інтенсивності виділення радону з нього при збільшенні тиску Концентрація радону у порах гірських порід у десятки МІЛЬЙОНІВ разів вища, ніж, наприклад, у приземному повітрі Якщо, наприклад, в основі стовпа атмосферного повітря розташувати шар повітря, яке вилучено з пор гірської породи, то у кілометровій товщі атмосфери радіоактивність збільшиться у 10 разів [6] Це свідчить про те, що атоми глибинного радіогенного газу радону, які витиснуті під дією гірничого тиску з пор гірничого масиву, можуть бути надійно зафіксовані за допомогою ВІДПОВІДНИХ приладів Згідно З передбачуваним винаходом у шахтному повітряному середовищі заміряють концентрації радону та метану і визначають їх співвідношення У процесі виймання вугілля відбувається перерозподіл гірського тиску у навколишньому гірничому масиві, внаслідок чого окремі його ДІЛЬНИЦІ (зокрема і окремі ДІЛЬНИЦІ вугільного пласта) підлягають діянню підвищеного гірського тиску До тих пір, поки ситуація безпечна, тобто, поки рівень енергетичного діяння механічних сил нижче того критичного значення, перевищення якого обумовлює розв'язання механізму прояву викиду, відношення концентрації у повітряному середовищ радону до концентрації метану майже не змінюється Концентрація радону у цьому випадку визначається величиною діючого гірського тиску, а концентрація метану - природною газоносністю вугільною пласта і інтенсивністю її десорбції, тому при запровадженій продуктивності виймання вугілля в умовах конкретного очисного вибою значення вищеназваних концентрацій радону та метану (при відсутності небезпеки викиду) майже не змінюються При наближенні рівня енергетичного діяння механічних сил до критичного значення співвідношення концентрації радону до концентрації метану почне динамічно зменшуватись (або навпаки співвідношення концентрації метану до концентрації радону почне динамічно збільшуватись) Це свідчить про виникнення небезпечної ситуації, яка пов'язана з тим, що поряд з джерелом газовиділення сорбцюнного походження починає діяти додаткове набагато потужніше джерело газовиділення механохімічного походження Досить зрозуміло, що оскільки концентрація радону (внаслідок того, що гірський тиск у цьому випадку практично ще лишається незмінним) тримається приблизно на одному рівні, а концентрація метану у шахтному повітряному середовищі починає динамічно зростати, співвідношення цих величин (першого до другого) динамічно зменшується Наслідком подальшого нарощування цього процесу є розв'язання механізму раптового викиду Наведені вище ознаки, які характеризують запропонований винахід, мають істотну новину у порівнянні з прототипом [4] На відміну від прототипу [4] істотна ознака, що полягає у вимірюванні у шахтному повітряному середовищі концентрації радону (а не концентрацій гелія і аргону-40, як у прототипа) забезпечує у 53118 запропонованому способі отримання якісно нового позитивного ефекту - можливість більш раннього виявлення небезпечної ситуації (передвикидної аномалії} навіть в умовах, коли величина енергетичного діяння механічних сил, які розв'язують прояв раптового викиду, має понижений рівень Це обумовлено тим, що з усіх відомих газів радон має найбільш високу проникаючу здібність Через це, наприклад, радоновими індикаторами користуються навіть для контролю противогазів на герметичність [7] Таким чином, з одного боку, завдяки високій проникаючій здібності радону, а з другого боку, можливості надійної реєстрації змінення його концентрації у повітряному середовищі навіть в умовах пониженого рівня величин енергетичної дії механічних сил, які обумовлюють раптовий викид, можливо завчасно і з достатньою точністю висновувати про наближення фактичних величин енергетичного діяння механічних сил в умовах певної викидонебезпечної зони до небезпечної границі, за якою буде розв'язаний механізм раптового викиду Відома ознака [8], яка стосується вимірювання концентрації радону з метою прогнозування наближення часу руйнуючого діяння гірничого тиску на масив гірських порід На відміну від наведеного аналогу у запропонованому винаході ми маємо справу зі співвідношенням концентрації радону до концентрації метану Порівняно з аналогом [8] це забезпечує отримання якісно нового позитивного ефекту, який полягає утому, що за динамікою зміни величини цього співвідношення висновують про наближення небезпечної ситуації, яка обумовлена дією ведучого фактору механізму раптового викиду, який пов'язаний зі станом механохімічної активності вугільного пласта у викидонебезпечній зоні, яка при певних умовах веде до реалізації механізму генерації величезного об'єму газу додатковим (окрім десорбційного джерела) потужним джерелом механохімічного походження Якісно новий позитивний ефект досягається лише при використанні всіх без виключення ознак, які наведені у формулі винаходу Так, наприклад, якщо з наведеної сукупності ознак послідовно ВІДДІЛЯТИ окремі ознаки, то згаданий якісно новий позитивний ефект досягнутий бути не може Якщо з наведеної у формулі сукупності ознак ВІДДІЛИТИ ознаку, яка стосується вимірювання концентрації радону, то тільки за даними реєстрації концентрації метану згаданий якісно новий позитивний ефект досягнутий бути не може Це обумовлено тим, що початок генерації додаткового об'єму метану механохімічного походження (тобто момент вчасного прогнозування виникнення небезпечної ситуації} не може бути розпізнаний тільки за даними концентрації у повітряному середовищі метану, оскільки це явище починає творитись при нижній границі значень гірського тиску і підвищення концентрації метану у цьому випадку буде сприйнято як природна варіація газоносності вугільного пласта сорбційного походження при коливаннях гірського тиску Поява небезпечної ситуації в таких умовах зафіксована не буде Друга справа, якщо окрім даних зміни концентрації метану, є дані і по концентрації радону, який є своєрідним індикатором зміни гірського тиску У цьому випадку при розпізнанні небезпечної ситуації, яка утворюється, збільшення концентрації метану буде здійснюватись при практично незмінній концентрації радону А це, у свою чергу, веде до того, що співвідношення концентрації радону до концентрації метану по абсолютній величині буде динамічно зменшуватись Іншими словами, це СВІДЧІТЬ про те, що концентрація метану зростає при постійному гірському тиску, тобто величина енергетичної дії механічних сил підійшла до небезпечної границі, коли до виділення метану почало підключатись небезпечне джерело механохімічного походження Подальший розвиток цього процесу веде до раптового викиду Якщо з наведеної у формулі винаходу сукупності ознак ВІДДІЛИТИ ознаку, яка стосується вимірювання концентрації метану, то тільки за даними реєстрації концентрації радону вказаний якісно новій позитивний ефект також не може бути досягнутий Це обумовлено тим, що за даними концентрації радону посередньо можна висновувати тільки про зміну гірського тиску Зафіксувати ж виникнення небезпечної ситуації, яка пов'язана з початком генерації метану небезпечним джерелом механохімічного походження, тільки по концентрації радону неможливо, а виходячи з цього, неможливе і прогнозування небезпечної ситуації Це свідчить про те, що ознаки тісно взаємопов'язані як структурно, так і функціонально Якісно новий позитивний ефект досягається лише за допомогою всієї сукупності ознак, що свідчить про додержання єдності винаходу Викладений вище аналіз свідчить, що ознаки запропонованого винаходу у порівнянні з розглянутими аналогами мають ІСТОТНІ ВІДМІННОСТІ Запропонований спосіб прогнозування викидонебезпечності вугільних пластів порівняно з прототипом забезпечує оперативне прогнозування строків наближення раптового викиду у викидонебезпечному очисному вугільному вибої Джерела інформації 1 UA № 17449, Е21 F 5/00, 31 10 97 Бюл № 5 2 UA № 21328, G01 S 15/00, Е21 F 5/00, 30 04 98 Бюл №2 3 SU № 46509, G01 V 5/00, ЗО 03 75 Бюл № 12 4 SU № 465610, G01 V 5/00, ЗО 03 75 Бюл № 12 (прототип) 5 Фролков ГД, Малова Г В , Французов С А, Фролков А Г Механохимические превращения углей при метаморфизме как ведущий фактор внезапных выбросов // Уголь — М 1998 — № 7 — с 60-64 6 Шемьи-заде А Э Есть ли в доме горный дух //Свет — М —1991 — № 6 — С 2 9 - 3 3 7 Популярная библиотека химических элементов Книга вторая Серебро-нильсборий // — М Наука, 1983, —573 с 8 SU № 548720, Е21 F 5/00, Е21 F 7/00, 28 02 77 Бюл №8 53118 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24