Способ оценки выбросоопасности призабойной части массива при механизированной выемке угля
Использование: для создания безопасных условий труда при разработке газоносных и выбросоопасных угольных пластов. Сущность изобретения: измеряются объем газа, выделившегося в выработку в течение последних 10 мин работы комбайна, и объем газа, выделившегося в течение первых 10 мин после окончания его работы. Затем определяется показатель оценки выбросоопасности Ha. Оценку выбросоопасности призабойной части массива осуществляют путем сравнивания с критическим значением 0,8, при Hа. > 0,8 - состояние призабойной части масссива считают неопасным по внезапным выбросам, а при Hа> 0,8 Hа 0,8 0,8 - вибросоопасным. 2 ил., 1 табл.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для создания безопасных условий труда при разработке газоносных и выбросоопасных угольных пластов.
В горной промышленности известен способ оценки выбросоопасности по динамике газовыделения во времени, который осуществляется путем измерения на определенном метровом интервале пробуренного шпура начальной скорости газовыделения (gн) и измерения на этом же интервале спустя 5 мин величины скорости газовыделения (gt5). При gt5/gн > 0,65 зона пласта является неопасной по выбросам, а при gt5/gн0,65 - выбросоопасной. Недостатки способа - его нетехнологичность в виду необходимости бурения шпуров длиной до 6,5 м, а также низкая достоверность, обусловленная разной квалификацией и добросовестностью исполнителей. Наиболее близким техническим решением является автоматизированный способ контроля состояния массива в призабойной части выбросоопасного угольного пласта, который заключается в том, что в каждой выработке определяется безопасный предел газоносности призабойной части угольного пласта Хб, ниже которого внезапные выбросы не происходят. В дальнейшем определяют газоносность призабойной части угольного пласта при выемке угля Хп.з и газоносность призабойной части угольного пласта после выемки угля Хп.з.'. Контроль состояния угольного забоя осуществляют путем сравнения Хп.з. и Хп.з.' с Хб, так что при Хп.з. < Хб и Хп.з.' < Хбсостояние забоя считают неопасным по выбросам, а при Хп.з.Хб, Хп.з.'Хб- опасным. Недостатком способа является то, что при определении Хп.з.' обратная зависимость величины снижения газоносности от протяженности зоны разгрузки не соответствует положению о том, что уменьшение зоны разгрузки влечет за собой увеличение опасности внезапного выброса и, наоборот, увеличение зоны разгрузки свидетельствует о снижении выбросоопасности пласта. Величина Хп.з.' не дает объективной характеристики изменения во времени газовыделения в выработку после остановки комбайна. Недостатком также является то, что газоносность угла Хп.з на предыдущем цикле выемки условно переносится на следующий цикл. Цель изобретения - повышение оперативности и достоверности оценки выбросоопасности призабойной части массива при механизированной выемке угля. Поставленная цель достигается тем, что измеряются объем газовыделения в выработку при выемке угля в течение последних 10 мин до ее окончания и объем газовыделения в течение первых 10 мин после окончания выемки. Затем определяют показатель оценки выбросоопасности Напо формуле: Ha = Qп/Qp, где Qп - объем газовыделения после окончания выемки в течение первых 10 мин, м3; Qр - объем газовыделения во время выемки в течение последних 10 мин, м3. При На > 0,8 призабойная часть пласта оценивается как неопасная по внезапным выбросам, а при На0,8 - как выбросоопасная. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ существенно отличается от известного и, таким образом, соответствует критерию изобретения "новизна". Известны технические решения, в которых определяют начальную скорость газовыделения на метровом интервале контрольного шпура и скорость газовыделения спустя 5 мин, и затем их отношение сравнивается с критериальным значением. Однако этот способ оценки выбросоопасности основан на бурении шпуров длиной до 6,5 м и не обеспечивает оперативности, технологичности и достоверности прогноза, которые достигаются в заявляемом техническом решении. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "существенные отличия". Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В выработке на исходящей струе воздуха на расстоянии 30-50 м от угольного забоя устанавливаются (датчик ДМТ-3) аппаратура контроля метана (АКМ) и датчик скорости воздуха ИСВН, которые периодически переносятся к забою для соблюдения указанного расстояния. Информация о работе комбайна (время начала работы и окончания) поступает с датчика ППТ-1. Данные от датчиков ДМТ-3, ИСВН и ППТ-1 с помощью телеметрии передаются на стойки СПН, установленные на поверхности, и фиксируются самописцами Н-372. Одновременно информация с датчиков передается на ЭВМ шахтной службы АСУ ТП и фиксируется в ее памяти на магнитных дисках. На каждом цикле выемки определяется объем газовыделения в выработку в течение последних 10 мин работы комбайна по выемке угля Qр и объем газовыделения в выработку в течение первых 10 мин после окончания выемки угля Qп по формулам: Qp = - 10Iф м3 и Qп = - 10Iф м3, где Ci и Qi - соответственно концентрация метана (%) и расход воздуха (м3/мин) в призабойном пространстве выработки в i-тую минуту работы комбайна; Iф - фоновое газовыделение в выработку, за которое принимается минимальный уровень газовыделения, установившийся в ремонтную смену, м3/мин; Cj и Qj - соответственно концентрация метана (%) и расход воздуха (м3/мин) в призабойном пространстве выработки в j-тую минуту после окончания выемки угля; ti, tj - интервал квантования во времени значений концентрации метана, ti = tj = =1 мин. Затем определяется показатель оценки выбросоопасности На по формуле На = Qп/Qр. Оценка выбросоопасности призабойной части массива осуществляется путем сравнения показателя оценки выбросоопасности На с критическим значением, равным 0,8, и при На > 0,8 призабойная часть массива оценивается как неопасная по внезапным выбросам, а при На0,8 - как выбросоопасная. Обработка результатов производится на ЭВМ по заданной программе. Выбросоопасные зоны характеризуются высоким градиентом давления газа в призабойной области. Вследствие этого газовыделение в выработку при отбойке угля и сразу после ее прекращения имеет высокую величину. Однако как только отбойка прекращается, оно начинает резко снижаться, поскольку трещины вблизи забоя быстро истощаются, а приток газа из глубины массива вследствие низкой проницаемости нарушенного угля, сжатого вмещающими породами, в выбросоопасных зонах очень низкий. Поэтому через 5-10 мин после окончания отбойки газовыделение становится значительно ниже газовыделения в процессе отбойки угля. Исследованиями, проведенными на шахтах ПО "Карагандауголь" установлено, что наибольшая сходимость результатов определения выбросоопасности по характеру газовыделения в выработку во времени (100% в неопасных зонах и 95,9% в опасных зонах) наблюдается при принятии 10-минутных периодов времени, в течение которых производится измерение объемов газа, выделившихся во время работы комбайна и после его остановки (см.таблицу). На фиг. 1 представлены значения показателя На, полученные в опасных зонах (крестики), где наблюдалась бурная реакция пласта при бурении контрольных и опережающих скважин в виде выбросов газа и штыба из скважины, а также в неопасных зонах (черные точки), где массив при бурении скважин вел себя спокойно. Граничным значением, отделяющим выбросоопасные и невыбросоопасные зоны, является величина показателя На= 0,75. Доверительная граница выбросоопасной зоны с вероятностью 0,98 определена по формуле: x = где t - коэффициент, равный 2,42; x - среднеквадратическое отклонение при t = 2,42;n - количество измерений. При полученном значении x = 0,05 с учетом верхней границы доверительного интервала (На + x) граничным значением, отделяющим выбросоопасные и невыбросоопасные зоны, является значение показателя оценки выбросоопасности На = 0,80. Если На > 0,80 - призабойная часть массива оценивается как неопасная по выбросам, а если На0,80 - как выбросоопасная. Применение способа показано на примере проведения 2-го восточного вентиляционного штрека пласта Д6 гор. +120 шахты им. В.И.Ленина объединения "Карагандауголь". Исследования проводились на протяжении 80 м подвигания забоя выработки. Пласт Д6 "Кассинский" мощностью до 6,5 м отнесен к особо выбросоопасным с глубины 320 м. Выработка проводилась на глубине 390-400 м. На фиг. 2 приведены результаты исследований. На верхнем графике показано применение нормативного показателя выбросоопасности R, на нижнем - изменение показателя На в зависимости от подвигания забоя. Результаты исследований показывают достаточную сходимость результатов с нормативным способом прогноза выбросоопасности и с фактическим состоянием угольного забоя при проведении выработки. Таким образом, предлагаемый способ оценки выбросоопасности призабойной части массива при механизированной выемке угля позволяет по сравнению с прототипом повысить надежность и достоверность способа за счет исключения условных допущений и введения полной автоматизации сбора и обработки информации, передаваемой из забоя.
Формула изобретения
Ha= п/p ,
где п - объем газовыделения после окончания выемки угля в течение первых 10 мин,
p - объем газовыделения до окончания выемки угля в течение последних 10 мин;
и при Hа > 0,8 призабойная зона пласта оценивается как невыбросоопасная, а при Hа 0,8 - выбросоопасная.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3