Спосіб прогнозу викидонебезпечних зон у вугільному пласті

Спосіб прогнозу викидонебезпечних зон у вугільному пласті, що включає відбір проб з вугільного пласта й визначення в них наявності заліза, який відрізняється тим, що відбір проб здійснюють у вигляді штибу в міру посування вибою штреку по простяганню, фіксують зміну вмісту заліза в пробі відносно фонового і досліджують його валентність, при цьому, якщо кількість заліза в пробі збільшилась не менш ніж в 3 рази, а двовалентне залізо становить не менш ніж 60 % від загальної кількості заліза, то вважають, що зона викидонебезпечна. (19) (21) a200909302 (22) 10.09.2009 (24) 25.02.2011 (46) 25.02.2011, Бюл.№ 4, 2011 р. (72) АЛЄКСЄЄВ АНАТОЛІЙ ДМИТРОВИЧ, УЛЬЯНОВА КАТЕРИНА ВАСИЛІВНА, РАЗУМОВ ОЛЕГ МИКОЛАЙОВИЧ, МЕЗІН МИКОЛА ІВАНОВИЧ, СКОБЛІК ОЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ (73) ІНСТИТУТ ФІЗИКИ ГІРНИЧИХ ПРОЦЕСІВ НАН УКРАЇНИ (56) SU 1606714 А1, публ. 15.11.1990 RU 2011975 С1, публ. 30.04.1994 UA 50010 А, публ. 15.10.2002 SU 1308769 А1, публ. 07.05.1987 3 го, що в способі прогнозу викидонебезпечних зон у вугільному пласті, що включає відбір проб з вугільного пласта й визначення в них наявності заліза, відповідно до винаходу відбір проб здійснюють у вигляді штибу в міру посування вибою штреку по простяганню, фіксують зміну вмісту заліза в пробі щодо фонового і досліджують його валентність, при цьому, якщо кількість заліза в пробі збільшилась не менш чим в 3 рази, а двовалентне залізо становить не менш ніж 60% від загальної кількості заліза, то вважають що зона викидонебезпечна. Причинно-наслідковий зв'язок між ознаками винаходу і технічним результатом, що досягається, встановлюється в такий спосіб. Суттєва ознака, що пов'язана з відбором проб у вигляді штиба в міру посування вибою штреку по простяганню при бурінні свердловин необхідна для одержання інформації про появу викидонебезпечної зони до того моменту, коли вибій увійде в неї, чим може спровокувати викид. Ця дія забезпечує прогноз, а не констатацію викиду що вже відбувся, як у прототипі. Суттєва ознака, що пов'язана із фіксуванням зміни змісту заліза в пробі щодо фонового впливає на підвищення експрес - вимірювання і на досягнення більшої достовірності результатів, тому що застосовуваний нами рентгенофлуоресцентний (РФ) - аналіз може здійснюватися портативним спектрометром, безпосередньо в шахтних умовах, що забезпечує оперативність виявлення надлишкового заліза. Дослідження валентності на предмет переваги двовалентного заліза підтверджує наявність зони що є викидонебезпечна. Це дозволяє зовсім точно діагностувати вихід на зону що є викидонебезпечна, а так само у випадку виникнення газодинамічного явища (ГДЯ) однозначно ідентифікувати це явище. Авторами встановлена закономірність по визначенню викидонебезпечної зони у вугільному пласті, а саме, якщо кількість заліза в пробі збільшується не менш чим в 3 рази, а двовалентне залізо становить не менш 60% від загальної кількості заліза в пробі, то зона є викидонебезпечна. Експериментально встановлено, що підвищення концентрації заліза понад 1,2 ваг. % (фонова кількість 0,4 ваг. %) у сполученні із перевагою двовалентних його з'єднань дозволяє прогнозувати наявність викидонебезпечної зони. Апробування способу проводилося на шахті ім. О.О. Скочинського на пласті h6’ «Смоляниновский». Спосіб, що заявляється, реалізується в таким чином. Відбір проб проводять через кожні 4 м посування вибою штреку по простяганню. Послідовний відбір проб у процесі відпрацьовування пласта, що є викидонебезпечний, необхідний для дослідження змін, які відбуваються у вугільній структурі. Вугільні проби відбирають у вигляді штиба вагою 0,5-0,8 кг при бурінні 2 свердловин на глибину 2,4 м у кутках. Відбирають здрібнену частину проби (розмір фракції не має значення) і досліджують на енергодисперсійному рентгенофлуоресцентному (РФ) спектрометрі ЕІvаХ. Достоїнством енергодисперсійного РФ - Аналізу є можливість одержання інформації про присутність у вугільному зразку залі 93618 4 за протягом п'яти хвилин. Принцип дії РФ - Аналізу заснований на опроміненні зразка рентгенівськими променями з великою енергією. Під їхнім впливом кожний елемент, що входить до складу зразка, з атомами, енергія яких менше максимальної енергії квантів, які опромінюють, випромінює вторинні флуоресцентні рентгенівські кванти з енергією властивої тільки йому (легкі атоми, включаючи вуглець, даний прилад не реєструє). Флуоресцентні спектри, залежність інтенсивності (вісь ординат) вторинних рентгенівських квантів від енергії (вісь абсцис) представлені на фіг. 1, 2. Чим більше досліджуваного елемента в зразку, тим більше інтенсивність його сигналу. Значення енергії для Fе дорівнює 6,4 кэВ - 7.06 кэВ. Крива праворуч (починаючи від 16 кэВ) створюється приладом (фон, притаманний даному приладу). Якщо інтенсивність ліній заліза збільшується (фіг. 1, фіг. 2) це сигнал про те, що увійшли у викидонебезпечну зону. Калібрування приладу для визначення концентрації заліза здійснюється за допомогою стандартних зразків на стаціонарному РФ спектрометрі із хвильовою дисперсією VRA-30. Фонове значення визначають експериментальним шляхом. Це середня кількість заліза, отримана із РФ - спектрів знятих на зразках, узятих зі спокійних ділянок досліджуваного пласта. Якщо при проходженні пласта кількість заліза не перевищує фонового (див. фіг. 1), то пласт можна безпечно розробляти далі. Однак у випадку різкого зростання кількості заліза, а саме не менш чим у три рази (до концентрації 1,2 ваг. %), розробку пласта припиняють для проведення проти викидних заходів, а зразки відправляють на детальний аналіз сполучення заліза на Месбауерівському спектрометрі. Присутність сполучення двовалентного заліза, а також перевага його над сполученням тривалентним залізом підтверджує вхід у викидонебезпечну зону. Валентність заліза визначають по месбауерівському спектру. Месбауерівський спектр вугілля складається з комбінації двох або трьох дублетів (подвійний сигнал) з різними квадрупольними розщепленнями й хімічними зсувами. Дублет із малим квадрупольним розщепленням (0,6270 мм/с) і зрушенням (0,309 мм/с) відноситься до сполучення тривалентного заліза Fе+3, а дублети з більшим значенням квадрупольного розщеплення (2,74 мм/с) і зрушення (1,142 мм/с) - до двовалентного заліза Fе+2. Квадрупольне розщеплення визначають як відстань між вершинами піків дублетів, хімічний (ізомерний) зсув, що вимірювався відносно Fе. Таким чином, з месбауерівських спектрів може бути отримана достовірна інформація про валентний стан месбауерівського іона і його кількості. Присутність двовалентного заліза, а також перевага його над тривалентним залізом (більш ніж у два рази) підтверджує, вхід у викидонебезпечну зону. На фіг. 3, 4 по осі ординат месбауерівських спектрів показане поглинання у відсотках, по осі абсцис швидкість радіоактивного джерела щодо поглинача з вугілля в (мм/с). Порівнюючи месбауеровський спектр зразка вугілля зі спокійної області (див. фіг. 3) і месбауеровський спектр зразка вугілля з викидонебезпечної зони (див. фіг.4) видно, що у зоні яка є викидонебезпечна інтенсивність сигналу 5 від двох валентного заліза на порядок більше (див. фіг. 4). Варто нагадати, що в зразках із зони що не є викидонебезпечною (див. фіг.3), невелика кількість двовалентного заліза все-таки присутня (можлива навіть суміш двох і тривалентного заліза), Запропонований спосіб дозволяє спростити процес вимірів, які проводились за рахунок спро 93618 6 щення відбору зразків, підвищити швидкість вимірів за рахунок використання портативного швидко діючого рентгенофлуоресцентного спектрометра, і збільшити вірогідність отриманих результатів, за рахунок використання месбауерівського спектрометра. Усе разом дозволяє точно визначати викидонебезпечність зони і зменшити трудовитрати при відпрацьовуванні викидонебезпечних пластів. 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 93618 8 Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601