Спосіб прогнозу викидонебезпеки вугільних пластів

Реферат: Спосіб прогнозу викидонебезпеки вугільних пластів полягає в реєстрації вмісту метану у струмині повітря, що виходить з гірничої виробки, та швидкості повітряної струмини її провітрювання, передачі даних на поверхню і перетворенні їх у цифрові коди. Визначають питому концентрацію метану в циклах виймання вугілля, її фонове значення та коефіцієнт, що дорівнює відношенню максимального значення під час впливу гірничого обладнання на вугільний пласт до фонового. Ситуацію в вибої вважають викидонебезпечною при одночасному зменшенні фонового значення та підвищенні коефіцієнта під час впливу гірничого обладнання на вибій поспіль у 3-х і більше циклах виймання вугілля, відповідно, нижче і вище критичного рівня. UA 71721 U (12) UA 71721 U UA 71721 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до гірничої промисловості та призначена для прогнозу викидонебезпеки в очисних і підготовчих виробках вугільних шахт. Відома система для аерогазового контролю вугільних шахт, в якій реалізовано спосіб, що полягає в контролі вмісту метану в атмосфері гірничої виробки, швидкості і напряму струмини її провітрювання, передачі інформації на поверхню, її реєстрації в цифровому вигляді, порівнянні даних з критичними і світлової та звукової сигналізації про виникненні аварійної або передаварійної ситуації [пат. № 68802 А, Україна, E21F 17/18, E21F 35/24, опубл. 16.08.2004, бюл. № 8]. Недоліком цього способу є відсутність визначення питомої концентрації метану в мінливому об'ємі повітряного середовища. Крім того, до недоліків необхідно віднести відсутність контролю динаміки питомої концентрації метану в періоди, коли в забої не ведуться будь-які роботи, пов'язані з впливом гірничого обладнання на вугільний пласт (фонові значення), а також відносне підвищення питомої концентрації метану під час дії на пласт добувними або прохідницькими машинами та механізмами. Відомий також спосіб прогнозу викидонебезпеки, що полягає у бурінні контрольних шпурів діаметром 42-43 мм і вимірюванні швидкості газовиділення на інтервалах буріння 1,5 м, 2,5 м та 3,5 м при довжині вимірювальної камери 0,5 м. Зону відносять до небезпечної, якщо хоча б на одному з інтервалів шпуру виміряна початкова швидкість газовиділення в літрах за хвилину дорівнює або більше критичної (див. "Правила ведення гірничих робіт на пластах, схильних до газодинамічних явищ. СОУ 10.1.00174088.011-2005, Мінвуглепром України, Київ-2005). До недоліків способу, визначеного за прототип, слід віднести зупинку виконання основних технологічних процесів в забої під час буріння контрольних шпурів. Недоліком також служить можливість отримання у викидонебезпечній зоні швидкості газовиділення нижче критичної [Ольховіченко А.Є. Прогноз викидонебезпеки вугільних пластів. - М.: Надра, 1982.-278 с.]. Крім того, на результати прогнозу впливає суб'єктивний фактор, пов'язаний з вимірюванням та інтерпретацією даних гірничим майстром за відсутності належного контролю. У основу корисної моделі поставлена задача створення способу прогнозу викидонебезпеки, в якому використання автоматизованої системи цифрової інформації про динаміку питомої концентрації метану дозволяє встановити ситуацію в забої, небезпечну за раптовими викидами вугілля і газу. Поставлена задача вирішується тим, що в способі прогнозу викидонебезпеки вугільних пластів, який полягає в тому, що реєструють вміст метану у вихідній струмині повітря з гірничої виробки та швидкості повітряної струмини її провітрювання, передають дані на поверхню і перетворюють їх у цифрові коди, згідно з корисною моделлю, визначають питому концентрацію метану в циклах виймання вугілля, її фонове значення та коефіцієнт, що дорівнює відношенню максимального значення під час впливу гірничого обладнання на вугільний пласт до фонового, а ситуацію в вибої вважають викидонебезпечною при одночасному зменшенні фонового значення та підвищенні коефіцієнта під час впливу гірничого обладнання на вибій поспіль у 3-х і більше циклах виймання вугілля, відповідно, нижче і вище критичного рівня. Встановлено, що викиду вугілля та газу обов'язково передує затримка міжшарових деформацій у вуглевмісних породах, що призводить до концентрації напружень у привибійній частині масиву, зависання порід покрівлі, підвищення тиску на привибійну частину пласта, накопиченню потенційної енергії. Зависання порід покрівлі та підвищення тиску па пласт призводить до замикання метану в породах і тріщинах, різкого зниження дегазації, що служить причиною зменшення концентрації метану у вихідній струмині повітря без впливу на вибій і відбою вугілля. Зниження дегазації пласта збільшує кількість метану у вугіллі в сорбованому стані і вивільнення його при відбою. Тому викидонебезпечні зони, крім підвищених напружень у масиві, характеризуються зменшенням фонової концентрації метану в атмосфері виробки, коли на вугільний пласт немає впливу видобувних механізмів і збільшенням газовиділення з відбитого вугілля під час його виймання. Дослідженнями також встановлено зменшення дегазації вугільного пласта у викидонебезпечних зонах за рахунок зміни в них структури вугілля, різкого зниження газопроникності. У таких зонах основне газовиділення відбуватися в процесі подрібнення вугілля, наприклад під час його виймання комбайном. [Бойко Я.Н., Литовченко Ю.А., Вайнштейн А.Л. "К вопросу о причинах аномального удельного металовыделения в выбросоопасных зонах", "Способы и технические средства обеспечения безопасных и здоровых условий труда на угольных шахтах". Зборник научных трудов МакНИИ. - Макеевка-Донбасс, 1988. - С. 123128]. 1 UA 71721 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Будь-який вплив на вибій сприяє створенню серії тріщин у вугільному пласті і вміщуючих породах, що призводить до інтенсифікації газовіддачі під час виймання вугілля. Оскільки основним джерелом метану в атмосфері виробки служить газовіддача вугільного пласта, то при вході вибою у викидонебезпечну зону, внаслідок затримки деформацій і зниження газопроникності вугілля, скорочується притік метану в атмосферу гірничої виробки, а під час дії на вугільний пласт, тобто його руйнуванні, відбувається збільшення газовіддачі. Дослідженнями також встановлено, що вхід вибою у викидонебезпечну зону відзначається зниженням фонової концентрації метану на 15-70 % при відсутності робіт по вугільному пласту і підвищенням у два і більше разів під час впливу на пласт добувного або прохідницького комбайна. Перераховані зміни концентрації метану в атмосфері гірничої виробки відбуваються протягом не менше трьох циклів виймання вугілля та посування вибою. На фігурі 1 наведено приклад визначення фонового значення питомої концентрації метану 3 при постійній подачі у вибій 1000 м повітря на хвилину і перевищення над фоном значення питомої концентрації під час роботи комбайна з виймання вугілля. На фігурі 2 наведено поточні фонові значення питомої концентрації метану та величини відносини питомої концентрації метану Gк під час роботи комбайна в 2-ій західній лаві пласта УПЦП h6' шахти ім. О.О. Скочинського перед викидом вугілля та газу при струсному підриванні в ніші, що стався 03.06.10 р. Поточні значення істотно нижче критичних. Спосіб здійснюють так. На струмині повітря, що виходить із вибою, встановлюють датчик автоматизованого контролю метану і пристрій автоматизованого визначення швидкості повітряної струмини. Інформацію від обох датчиків по лініях зв'язку виводять на поверхню, де за допомогою аналогово-цифрового перетворювача виміряні значення цих параметрів переводять в цифрові коди. На підставі останніх визначають питому концентрацію метану. Потім визначають фонові значення (Сф*), коефіцієнт Gк, який дорівнює відношенню максимальних питомих концентрацій при впливі на вугільний пласт, наприклад, добувного комбайна, до фонових. За фонове значення питомої концентрації метану Сф* приймають середнє значення із зафіксованих за останню добу, виключаючи момент впливу на вибій комбайна, профілактичні заходи (наприклад гідрорихлення) і період їх впливу на концентрацію метану у вихідній струмині. Знаходять максимальні значення питомої концентрації метану в кожному циклі виймання вугілля й обчислюють коефіцієнт Gк, який дорівнює відношенню максимальної питомої концентрації метану до фонової. Для визначення критичних значень фонової питомої концентрації метан і коефіцієнта Gк, на завідомо безпечній по викидах вугілля та газу ділянці в 10-ти й більше циклах виймання вугілля визначають середнє їх значення і величину середньоквадратичного відхилення. Критичне фонове значення питомої концентрації Сф* дорівнює середньому за вирахуванням потроєної величини середньоквадратичного відхилення, а критичне значення коефіцієнта G к дорівнює середньому, збільшеному на потроєне значення середньоквадратичного відхилення. Після кожного циклу виймання вугілля обчислюють поточні значення С ф*, коефіцієнта Gк, і порівнюють їх з критичними значеннями. Якщо протягом трьох і більше циклів виймання вугілля фонові значення Сф* будуть менше за критичні, а значення коефіцієнта Gк більше за критичні, доходять до висновку про знаходження забою у викидонебезпечній зоні. Використання запропонованого способу дозволить підвищити безпеку робіт на викидонебезпечних пластах за рахунок підвищення точності прогнозу викидів вугілля і газу. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Спосіб прогнозу викидонебезпеки вугільних пластів, який полягає в реєстрації вмісту метану у струмині повітря, що виходить з гірничої виробки, та швидкості повітряної струмини її провітрювання, передачі даних на поверхню і перетворенні їх у цифрові коди, який відрізняється тим, що визначають питому концентрацію метану в циклах виймання вугілля, її фонове значення та коефіцієнт, що дорівнює відношенню максимального значення під час впливу гірничого обладнання на вугільний пласт до фонового, а ситуацію в вибої вважають викидонебезпечною при одночасному зменшенні фонового значення та підвищенні коефіцієнта під час впливу гірничого обладнання на вибій поспіль у 3-х і більше циклах виймання вугілля, відповідно, нижче і вище критичного рівня. 2 UA 71721 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3