Спосіб визначення категорії викидонебезпечності вугільних пластів

Реферат: Спосіб визначення категорії викидонебезпечності вугільних пластів включає відбір проб вугілля з геологорозвідувальних свердловин, відбір з підготовчих або очисних виробок необхідної кількості проб вугілля, визначення лабораторним шляхом вагового виходу пар для конкретної ділянки пласта або крила, блока, шахтопласта в цілому, розрахунок для конкретної ділянки показника степеня метаморфізму вугіль, розрахунок середнього арифметичного значення для всієї конкретної ділянки, порівняння одержаного значення з критичним значенням показника степеня метаморфізму вугіллів. Здійснюють відбір проб для визначення показників міцності вугілля і йодного показника степеня порушеності вугілля. Проводять поточний прогноз викидонебезпечності. UA 75981 U (12) UA 75981 U UA 75981 U 5 Корисна модель належить до галузі гірничої справи, а саме до способів визначення категорії викидонебезпечності вугільних пластів з низькою, середньою і високою стадіями метаморфізму вугіллів. Відомий спосіб визначення категорії викидонебезпечності вугільного пласта [1], в якому за даними відбору проб вугілля з геологорозвідувальних свердловин для пари значень виходу daf летких речовин V і товщини пластичного шару у розраховують комплексний показник степеня daf метаморфізму вугіллів М, який для вугіллів з виходом летких речовин більше 29 %, (тобто V > 29 %) визначають за формулою:    4V daf  91     24, (1)  y  2,9    10 15 20 25 30 35 40 де: daf V - вихід летких речовин, %; у - товщина пластичного шару вугілля, мм; Μ - комплексний показник степеня метаморфізму вугіллів, у.о. Недоліком даного способу є те, що при збільшенні стадії метаморфізму вугіллів від довгополуменевих (Д) до масних (М) і коксівних (К) показник Μ повинен зростати по абсолютній величині, але у формулі (1) показник Μ при збільшенні стадії метаморфізму вугіллів по абсолютних значеннях зменшується. Відомий нормативний спосіб визначення комплексного показника степеня метаморфізму вугіллів [2], який полягає у тому, що відбір проб вугілля з геологорозвідувальних свердловин daf для пари значень виходу летких речовин V і товщини пластичного шару у доповнюють відбором з підготовчих або очисних виробок необхідної кількості проб вугілля, лабораторним daf шляхом визначають V і у, а показник Μ розраховують для всього шахтопласта за формулою (1). Фактичне значення показника М, обчислене за формулою (1), порівнюють з критичним значенням показника Мкрит.. відповідно до нормативного способу [2], Мкрит.. = 27,7 у.о. Якщо фактичне значення показника Μ перевищує Мкрит., то шахтопласт незалежно від природної газоносності Хприр. і глибини розробки Η відносять до невикидонебезпечних і поточний прогноз викидонебезпечності на ньому не проводять. У випадках, якщо фактичне значення показника Μ менше Мкрит., шахтопласт відносять до загрозливих за викидами вугілля і газу і на ньому вводять поточний прогноз викидонебезпечності за початковою швидкістю газовиділення зі шпурів g H відповідно до способу [2]. Недоліками даного способу є: гранична умова, тобто критичне значення показника М крит. = 27,7 у.о. помилкове, оскільки призводить до помилок 1-го роду у визначенні категорії викидонебезпечності вугільних пластів; не регламентується кількість визначень показника Μ по daf парах значень {V , у} для окремої ділянки пласта, крила, блока, а також для шахтопласта в цілому. Найбільш близьким до передбачуваної корисної моделі за технічною суттю і результатом, що досягається, є спосіб визначення категорії викидонебезпечності вугільних пластів низької і середньої стадії метаморфізму вугіллів [3], в якому показник степеня метаморфізму вугіллів Sm daf визначають по n мінімально необхідних парах значень {V , y} лабораторним шляхом для конкретної ділянки пласта, крила, блока або для шахтопласта в цілому, розраховують для конкретної ділянки показник степеня метаморфізму вугіллів S m за формулою: S m = 100 - [28,1 +1,093 V daf - 0,434 y], у.o., (2) для n значень Sm розраховують середнє арифметичне значення для всієї конкретної ділянки 45 50 55 Sm факт., одержане значення Sm факт, порівнюють з критичним значенням показника степеня метаморфізму вугіллів Sm крит., рівним 29,5 у.о., за результатами порівняння Sm факт. і Sm крит. встановлюють категорію викидонебезпечності вугільного пласта, проводять повторне контрольне визначення категорії викидонебезпечності вугільного пласта за вищеописаним способом після посування підготовчого або очисного вибою: для окремої ділянки вугільного пласта - через 300 м посування; для крила, блока - через 500 м посування; для шахтопласта в цілому - через 800 м посування. Недоліками даного способу є: відсутність формули для розрахунку по кожній парі значень daf daf {V , у} показника степеня метаморфізму вугіллів Sm при V = 9,0 - 28,9 %; відсутність диференційованого підходу для пластів пологого і крутого падінь при визначенні мінімальної глибини Нmin, з якої необхідно ввести поточний прогноз викидонебезпечності вугільних пластів; при визначенні Нmin не враховуються для конкретних гірничо-геологічних умов абсолютні 1 UA 75981 U 5 значення показників: міцності вугілля; степеня порушеності вугільного пласта, в'язкості, а природна газоносність вугільних пластів враховується дискретно. В основу передбачуваної корисної моделі поставлена задача створення способу визначення категорії викидонебезпечності вугільних пластів, у якому за рахунок відбору проб для daf визначення показників V , у, f i J; визначення показника степеня метаморфізму вугіллів S m daf daf за формулою Sm = 100 - [1,98 V - 9,03 - 0,11у], % для V 10 15 20 = 9,0 - 28,9 %, для діапазону значень S м факт. = 29,5 - 91,0 % уведення поправок i , що враховують абсолютні значення параметрів f, J, у, Хприр., обчислення мінімальної фактичної глибини пласта Нmin для похилого падіння за = daf формулою Нmin кр. 200,0 м + 5,02 V - 0,19 Хприр. - i а для пологого падіння - за формулою daf Нmin пол. = 135,0 м + 9,94 V - 0,34 Χприр. - i і з цієї глибини введення поточного прогнозу викидонебезпечності, досягається технічний результат - надійне і достовірне визначення категорії викидонебезпечності для пластів з низькою, середньою і високою стадіями метаморфізму вугіллів, своєчасне введення поточного прогнозу викидонебезпечності на даному пласті і, тим самим, забезпечення підвищення рівня безпечного ведення гірничих робіт на зазначеному шахтопласті. Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення категорії викидонебезпечності вугільних пластів, який включає відбір проб вугілля з геологорозвідувальних свердловин для daf пари значень виходу летких речовин V і товщини пластичного шару у, відбір з підготовчих або очисних виробок необхідної кількості проб вугілля, визначення лабораторним шляхом вагового daf daf виходу пар {V , у), визначення мінімально необхідної кількості значень {V , у) для конкретної ділянки пласта або крила, блока, шахтопласта в цілому, розрахунок для конкретної ділянки daf показника степеня метаморфізму вугіллів Sm для V =29-43 %, розрахунок для n значень Sm середнього арифметичного значення для всієї конкретної ділянки 25 35 40 45 50 55 факт., порівняння одержаного значення Sm факт. з критичним значенням показника степеня метаморфізму вугіллів Sm крит., рівним 29,5 у. о., згідно з корисною моделлю, здійснюють відбір проб для визначення daf показників V , у, а також показників міцності вугілля а і йодного показника степеня порушеності вугілля J, визначення показника степеня метаморфізму вугіллів S m здійснюють за формулою: Sm =100 - [1,98 V 30 Sm daf daf - 9,03 - 0,11y], % для V = 9,0 - 28,9 %, для діапазону значень S М факт. = 29,5 - 91,0 % уводять поправки i що враховують абсолютні значення параметрів f, J, у, а також параметра природної газоносності пласта Х прир., обчислюють мінімальну фактичну глибину пласта Нmin для крутого падіння за формулою: daf Нmin кр. = 200,0 м + 5,02V - 0,19 Хприр. - i , для пологого падіння за формулою: daf Нmin пол. = 135,0 м + 9,94V - 0,34 Хприр. - i і з цієї глибини проводять поточний прогноз викидонебезпечності. Спосіб ґрунтується на таких основних принципах: 1) із зростанням степеня метаморфізму вугіллів повинні зростати й абсолютні значення показника степеня метаморфізму вугіллів Sm; 2) при визначенні категорії викидонебезпечності вугільних пластів повинні бути принципово виключені помилки 1-го роду; 3) фактичне значення мінімальної глибини Нmin факт., з якої пласт необхідно віднести до загрозливого за раптовими викидами вугілля і газу, повинно визначатися безперервно; 4) при розрахунку фактичного значення мінімальної глибини Нmin факт., з якої пласт необхідно віднести до загрозливого за раптовими викидами вугілля і газу, слід враховувати абсолютні значення параметрів: f, у.о.; J, мг/г; у, мм; Хприр., куб. м/т.с.б.м. З метою об'єктивного урахування неоднорідного розподілу абсолютних значень параметрів f, J, у; Хприр. в межах викидонебезпечного шахтопласта при обчисленні Нmin вводяться такі поправки Ні. 1) Для показника міцності вугілля f, у.о.: При f > 0,8 ΔH = 0,0Μ; При f  0,8 H =-5,0м. Показник міцності вугілля f є нормативним і визначається відповідно до [2] або [4]. Докладна методика визначення показника міцності вугілля f методом товчіння за способом М. Протод'яконова описана в роботі [5]. 2) Для йодного показника степеня порушеності вугілля J, мг/г: 2 UA 75981 U 5 10 15 20 При J 30,1 куб. м/т.с.б.м. Н = -20,0 м. Природна газоносність пласта Хприр визначається за даними геологорозвідувальних свердловин. За способом, що заявляється, мінімальна кількість визначень (п) показника степеня метаморфізму вугіллів Sm становить: daf 25 30 35 40 45 50 55 а) для виїмкової дільниці - не менше ніж по 12 парах значень {V і y); daf б) для крила, блока пласта - не менше ніж по 24 парах значень {V і у); daf в) для шахтопласта в цілому - не менше ніж по 36 парах значень {V і y); Порівняльний аналіз рішення, що заявляється, з найближчим аналогом дозволяє зробити висновок, що пропонований спосіб відрізняється від відомого такими операціями: 1) встановленням нової мінімальної кількості визначень (n) показника степеня daf метаморфізму вугіллів Sm по парах значень {V , y) для окремої ділянки пласта, крила, блока або для шахтопласта в цілому; daf 2) розрахунком по кожній парі значень {V , у} показників степеня метаморфізму вугіллів не тільки за формулою daf daf Sm =100-[28,1+1,093 V - 0,434y], у.о. при V = 29-43 %, але і за формулою daf daf Sm = 100 - [1,98 V - 9,03 - 0,11 у], % при V = 9,0-28,9 %; 3) відбором проб вугілля з вибоїв гірничих виробок з метою визначення надалі показників: f, daf J, V ,у; daf 4) визначенням у лабораторії показників: f, J, V ,y; 5) встановленням граничних значень для параметрів Хприр., f, у, J і введенням поправок Hi при обчисленні Нmin з метою урахування неоднорідного розподілу абсолютних значень параметрів по пласту: а) міцність вугілля f, у.о.; б) йодний показник степеня порушеності вугілля J, мг/г; в) товщина пластичного шару y, мм; г) природна газоносність пласта Х прир., куб. м/т.с.б.м.; 6) окремим розрахунком мінімальної глибини Нmin (з якої пласт необхідно віднести до категорії «загрозливий за раптовими викидами вугілля і газу») для пластів крутого і пологого падінь, при цьому розрахунок Нmin для пластів крутого падіння виконують за формулою: daf Нmin кр. = 200,0 м + 5,02 V - 0,19Хприр. - i а для пластів пологого падіння розрахунок Нmin виконують за формулою: daf Нmin пол. = 135,0 м + 9,94 V - 0,34 Хприр. - i ; 7) мінімальну фактичну глибину Нmin, з якої пласт відносять до загрозливих за викидами вугілля і газу, визначають у пропонованому способі безперервно, а не дискретно, як це регламентується у відомих способах [1,2]; 8) видачею висновку про Нmin з урахуванням поправок i , які враховують абсолютні значення параметрів: f, J, Хприр,.У· Спосіб визначення категорії викидонебезпечності вугільних пластів здійснюють таким чином. Визначають категорію викидонебезпечності вугільного пласта для гірничо-геологічних умов 3 UA 75981 U daf шахти «Красний Профінтерн» ВО «Орджоникідзевугілля» - пласт К3: V = 15,5 %; у = 0; Хприр.. = 3 13,8 м /т.с.б.м.; глибина, на якій відбувся раптовий викид Нв = 290 м, f = 1,0; J=2,9. daf daf Оскільки V = 15,5 % потрапляє в діапазон V = 9,0 - 28,9 %, то показник степеня метаморфізму вугіллів S m розраховується за формулою: 5 10 15 20 25 daf S m = 100 - [1,98 V - 9,03 - 0,11 у], % [граничні умови: у = 0-30 мм; Хприр. 8,0 куб. м/т.с.б.м.]. Sm = 100 - [1,98  15,5 - 9,03 - 0,11x0] = 78,3 %, Sm = 78,3 %. Таким чином, SM факт. = 78,3 % і SM факт. > SM крит. або 78,3 % > 29,5%, отже, пласт належить до загрозливих за викидами вугілля і газу. Далі визначають для крутого падіння розрахункове значення Нmin: daf Нmin.кр. = 200,0 м + 5,02V -0,19 Xприр- i =200,0 м +5,02  15,5-0,1913,8 = 275 м- i . а) по міцності вугілля f· f =1,0і H =0,0м; б) по йодному показнику степеня порушеності вугілля J: J =2,9ΜΓ/Γ i H = 0,0Μ; в) по товщині пластичного шару у: у = 0 і Н = 0,0м; г) по природній газоносності пласта Х прир.: 3 Хпрцр, = 13,8 м /т.с.б.м. і Н= -10,0 м; Разом сума поправок для обчислення Нфакт. склала: i = -10,0 м; Тоді Нmin кр. = 275 м - i =275 м - 10,0 м = 265 м. Нmin кр. = 265 м, і з цієї глибини необхідно вести поточний прогноз викидонебезпечності вугільного пласта по початковій швидкості газовиділення з шнурів gн, л/хв. Приклад здійснення пропонованого способу для пласта пологого падіння: частина початкових даних узята з раніше розглянутого прикладу по шахті "Горська" [3]. По пласту К8 3 daf глибина викиду склала Нв =970 м; Хприр., = 15 м /т.с.б.м.;  = 6°; марка вугілля - Γ; V = 41 %; у = 14; f = 0,9; ΔJ = 3,1. Показник степеня метаморфізму вугіллів Sm визначають за формулою: daf 30 35 40 45 50 S m = 100 - [28,1+1,09 V - 0,43y], % = 100 - [28,1+1,0941 - 0,4314] = 33,2%. S m = 33,2 %. Таким чином, SM факт. = 33,2 % і SM факт. > SM крит. або 33,2 % > 29,5 %; отже, пласт належить до загрозливих за викидами вугілля і газу. Далі визначають для пологого падіння розрахункове daf значення Нmin пол.. = 135,0 м + 9,94 V - 0,34 Хприр. - i = 135 м + 9,94  41 - 0,34  15 - i = 537,4 м. Потім розраховують i . Поправки i при обчисленні Нmin пол. склали: а) по міцності вугілля f, у. о., середнє арифметичне значення по f =0,9 і H =0,0м; б) по йодному показнику степеня порушеності вугілля J: J=3,1 мг/г і H=0,0м; в) по товщині пластичного шару y, мм: y =14 і H =-10,0м; г) по природній газоносності пласта Х прир.: 3 Хприр. = 15 м /т.с.б.м. і ΔH =-10,0 м; Разом сума поправок для обчислення Нmin пол. склала: i = -20,0 м; Тоді Нmin пол. = 537 м - 20,0 м =517 м. Нmin пол. = 517 м, і з цієї глибини необхідно вести поточний прогноз викидонебезпечності вугільного пласта по початковій швидкості газовиділення зі шнурів - gH, л/хв. Джерела інформації 1. Забигайло В.Е. Влияние катагенеза горных пород и метаморфизма углей на их выбросоопасность/ Забигайло В.Е., Николин В.И. - Киев: Наук. думка, 1990.- 168 с. 2. СОУ 10.1.00174088.011-2005. Правила ведення гірничих робіт на пластах, схильних до газодинамічних явищ. Мінвуглепром України, Київ, 2005.-225 с. 3. Спосіб визначення категорії викидонебезпечності вугільних пластів низької і середньої стадії метаморфізму вугіллів [Текст]: заявка № u 201109993: МПК Ε21F5/00/ Канін В.О., Кисельов М.М., Радченко О.Г, Радченко О.О., Жолоб Н.В. - № u 201109993; заявл. 12.08.2011; висновок про видачу патенту від 06.01.2012. 4 UA 75981 U 5 10 15 20 4. Выбросы угля, породы в шахтах Донбасса в 1906 - 2007 гг., справочник / Волошин Η.Ε., Вайнштейн Л.Α., Брюханов Α.Μ. [и др.] - Донецк: СПД Дмитренко, 2008, 920 с. 5. Минеев С.П., Рубинский Α.Α., Витушко О.В., Радченко А.Г. Горные работы в сложных условиях на выбросоопасных угольных пластах: [монография]. - Донецк: ООО «Східний видавничий дім», 2010, 603 с. 6. Метрология. Угли каменные и антрациты. Определение йодного показателя титриметрическим методом. Методика выполнения измерений 061-05/05-2011. Свідотство про атестацію МВВ № 061, видане 21.01.2011. ДП «Донецькстандартметрологія». ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб визначення категорії викидонебезпечності вугільних пластів, що включає відбір проб daf вугілля з геологорозвідувальних свердловин для пари значень виходу летких речовин V і товщини пластичного шару у, відбір з підготовчих або очисних виробок необхідної кількості проб daf вугілля, визначення лабораторним шляхом вагового виходу пар {V , у} для конкретної ділянки пласта або крила, блока, шахтопласта в цілому, розрахунок для конкретної ділянки показника daf степеня метаморфізму вугіль Sm для V = 29 - 43 %, розрахунок для n значень Sm середнього арифметичного значення для всієї конкретної ділянки Sm факт., порівняння одержаного значення Sm факт., з критичним значенням показника степеня метаморфізму вугіллів Sm крит., рівним 29,5 у. daf о., який відрізняється тим, що здійснюють відбір проб для визначення показників V , у, а також показників міцності вугілля f і йодного показника степеня порушеності вугілля J, визначення показника степеня метаморфізму вугіллів Sm здійснюють за формулою: Sm =100 - [1,98 Vdaf - 9,03 - 0,11 у], % для Vdaf = 9,0 - 28,9 %, для діапазону значень S м 25 факт. = 29,5 - 91,0 % вводять поправки Hi, що враховують абсолютні значення параметрів f,  J, у, а також параметра природної газоносності пласта Хприр., обчислюють мінімальну фактичну глибину пласта Нmin для крутого падіння за формулою: daf Hmin кр. = 200,0 м + 5,02V - 0,19 Хприр. - Hi для пологого падіння за формулою: daf Hmin пол. = 135,0 м + 9,94V - 0,34 Хприр. - Hi і з цієї глибини проводять поточний прогноз викидонебезпечності. 30 Комп’ютерна верстка В. Мацело 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 5