Автоматизированный мониторинг противовыбросных мероприятий при разработке угольных пластов

Шадрин, Александр Васильевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Автоматизированный мониторинг противовыбросных мероприятий при разработке угольных пластов
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Автоматизированный мониторинг противовыбросных мероприятий при разработке угольных пластов"

На правах рукописи

ШАДРИН Александр Васильевич

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ МОНИТОРИНГ ПРОТИВОВЫБРОСНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Специальность 25.00.20 - «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Кемерово - 2004

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет»

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Егоров Петр Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дырдин Валерий Васильевич;

доктор технических наук, профессор Казаков Сергей Павлович;

доктор технических наук, профессор Лудзиш Владимир Станиславович

Ведущая организация - Институт проблем комплексного

освоения недр РАН (ИПКОН РАН)

Защита состоится 14 октября 2004 г. в ( 1_часов

на заседании диссертационного совета Д 212.102.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет» по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет».

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Газодинамические явления (ГДЯ) на угольных шахтах и наиболее сложные из них - внезапные выбросы угля и газа - опасны своими катастрофическими последствиями. Так, внезапные выбросы, происшедшие на шахтах «Первомайская» в 1995 г., «№12» в 1997 г., «Красногорская» в 2000 г., «Коксовая» и «Абашсвская» в 2001 г. сопровождались гибелью 24 человек и большим материальным и моральным ущербом.

В Кузбассе - основном угольном регионе России, в настоящее время 23 шахты отрабатывают пласты с мероприятиями по прогнозу и предотвращению этих явлений. Помимо Кузбасса, проблема мониторинга отработки выбросоопасных угольных пластов с целью обеспечения выбрособсзопасности остро стоит в Печорском угольном бассейне и на шахтах Ростовской области в России, на шахтах Украины, Казахстана, Австралии, ЮАР и ряда других государств.

Большинство противовыбросных мероприятий, которые включают в себя прогноз выбросоопасности, а в опасных зонах - способы борьбы с внезапными выбросами угля и газа и контроль их эффективности, к настоящему времени недостаточно обеспечены методами автоматизированного контроля.

Так, например в Кузбассе, наиболее широко применяется метод текущего прогноза выбросоопасности по структуре пласта и начальной скорости газовыделения при бурении контрольных шпуров. Метод продолжителен и трудоемок, что сдерживает темпы ведения подготовительных выработок и не позволяет использовать его в очистных.

Несмотря на то, что к настоящему времени известно несколько способов автоматизированного прогноза выбросоопасности, в Кузбассе они пока не получили широкого распространения из-за недостаточного научного обоснования.

То же относится к способам борьбы с внезапными выбросами и контролю эффективности их применения. Мониторинг этих способов либо отсутствует, либо осуществляется по устаревшим методикам, либо с помощью приборов, неадекватно оценивающих характер воздействия на горный массив. Так, например, способы гидрообработки пласта различаются интенсивностью развития трещин, а контролируются по давлению нагнетания, устанавливаемому' в зависимости от веса вышележащих пород, без учета большого числа параметров, определяющих условия развития трещин и фильтрации жидкости в уголь. В результате гидрообработка пласта часто бывает недостаточно эффективна.

Таким образом, для снижения продолжительности текущего прогноза и повышения эффективности противовыбросных мероприятий необходимо разрабатывать и внедрять способы и средства их непрерывного мониторинга, основанные на применении новых информа ~ учения и

обработки информации о состоянии горногс

Исследования выполнялись в рамках федеральной программы «Вузовская наука - регионам», региональной НТП «Кузбасс», региональной НТП «Сибирь», а также по заказам угольных предприятий.

Целью работы является разработка методологии, способов и средств автоматизированного мониторинга противовыбросных мероприятий на угольных шахтах для повышения их эффективности и надежности.

Идея- работы состоит в установлении наиболее информативных факторов и параметров, характеризующих противовыбросные мероприятия, обосновании минимально возможного набора геофизических методов для их контроля и разработке на их основе специализированного контрольно-измерительного вычислительного комплекса для автоматизированного мониторинга большинства противовыбросных мероприятий. Задачи исследований'.

• разработать методологию автоматизированного мониторинга противовыбросных мероприятий;

• установить функциональные связи между основными факторами развязывания внезапного выброса угля и газа и параметрами геофизических методов контроля горного массива;

• разработать методы автоматизированного текущего прогноза выбросоопасности;

• установить функциональные связи между основными параметрами способов противовыбросной гидрообработки пластов и параметрами акустической эмиссии;

• разработать малогабаритное оборудование для контроля параметров акустической эмиссии;

• разработать способы автоматизированного мониторинга основных противовыбросных мероприятий для шахт с «сухой» технологией добычи угля;

• разработать способы автоматизированного мониторинга основных противовыбросных мероприятий для гидрошахт.

Методы исследований: анализ и обобщение результатов, полученных в исследуемой области; методы механики сплошной среды; геофизические методы исследования горного массива: акустической эмиссии, спектрально-акустический, газоаналитический; экспериментальные лабораторные и шахтные исследования; статистическая обработка и анализ экспериментальных результатов.

Объекты_исследований: методы текущего прогноза

выбросоопасности, локальные способы борьбы с внезапными выбросами угля и газа, методы контроля эффективности способов борьбы с внезапными выбросами.

Научные положения, выносимые на защиту:

• для автоматизированного мониторинга противовыбросных мероприятий достаточно трех геофизических методов контроля

напряженного состояния газонасыщенного горного массива: спектрально-акустического, акустической эмиссии и газоаналитического;

• фактор напряженного состояния массива, определенный как отношение средних предельных и текущих напряжений, связан логарифмической зависимостью с отношением амплитуд высокочастотной и низкочастотной частей спектра акустических шумов работающего горного оборудования, а газовый фактор выбросоопасности, определяемый давлением газа, пористостью и газопроницаемостью угля, связан степенной зависимостью с разностью текущей и фоновой концентраций метана в атмосфере выработки;

• динамическая выбросоопасность, имеющая место в движущемся забое, в зависимости от свойств горного массива, горно-гсологических факторов и скорости ведения выработки, существенно превышает статическую выбросоопасность, определенную в остановленном забое, и поэтому точно может быть оценена только в процессе ведения выработки геофизическими методами, не мешающими выполнению горных работ;

• при комплексном прогнозе выбросоопасности двумя методами: по начальной скорости газовыдсления из шпуров и спектрально-акустическим методом, опасные значения показателя выбросоопасности Пкр, определенного как сумма отношений текущих и предельных значений показателей выбросоонасности по каждому из методов, лежит в области Пкр>2,

• в выбросоопасной зоне пласта минимальное критическое значение показателя выбросоопасности спектрально-акустического прогноза выбросоопасности близко к значению 3,0 и возрастает до значения 5,5 с уменьшением давления газа в пласте и увеличением прочности угля;

• активность акустической эмиссии при нагнетании воды в пласт с постоянным темпом при давлении нагнетания, меньшем критической величины, равна фоновому значению, замеренному до нагнетания, а при превышении критической величины приобретает дополнительную составляющую, прямо пропорциональную темпу и времени нагнетания, и обратно пропорциональную площади боковых поверхностей трещин и корню квадратному из перепада давления жидкости от стенок трещин до фронта фильтрации;

• автоматизированный мониторинг способов противовыбросной гидрообработки в условиях непрерывных и импульсных акустических помех возможен устройством контроля акустической эмиссии с амплитудной, частотной и пространственной селекцией импульсов АЭ;

• способам локальной противовыбросной гидрообработки угольного пласта соответствует определенная область значений активности АЭ: при низконапорном увлажнении она близка к фоновой, при гидрорыхлении не должна превышать значения в 10 имп/мин, а при гидроотжиме имеет высокие значения до 100 имп/мин;

• при гидротехнологии неприменим спектрально-акустический метод прогноза выбросоопасности, наиболее приемлемы способы борьбы с выбросами, основанные на нагнетании воды в пласт, темп которого контролируется методом акустической эмиссии и регулируется путем отбора части воды из высоконапорного водовода.

Научная новизна работы заключается:

• в разработке принципиально новой методологии автоматизированного мониторинга комплекса противовыбросных мероприятий, заключающейся в установлении наиболее информативных параметров, характеризующих этот комплекс, и обосновании достаточности для их контроля трех взаимно дополняющих геофизических методов;

• в установлении экспоненциальной связи между отношением амплитуд высокочастотной и низкочастотной частей спектра акустических шумов работающего горного оборудования и отношением средних предельных и текущих напряжений, действующих в призабойном пространстве;

• в обосновании связи между статической и динамической выбросоопасностью;

• в обосновании структуры показателя выбросоопасности при раздельном контроле газового фактора и фактора напряженного состояния выбросоопасности;

• в разработке физической модели предвыбросного состояния горного массива, в которой критерий выбросоопасности выражен через параметры геофизических методов контроля;

• в установлении закономерностей, которым подчиняются параметры акустической эмиссии при различных способах противовыбросной гндрообработки угольных пластов, осуществляемых насосными установками с электроприводом — на «сухих» шахтах, и водой из высоконапорного водовода - на гидрошахтах;

• в разработке портативных приборов, позволяющих выделять и считать во времени импульсы акустической эмиссии на фоне акустических помех;

• в разработке аналитической шахтной многофункциональной системы для мониторинга противовыбросных мероприятий на основе газоаналитической шахтной многофункциональной системы «Микон 1Р», системы автоматического газового контроля и автоматической газовой защиты «Метан» и аппаратуры спектрально-акустического прогноза (контроля) выбросоопасности АК-1;

• в установлении особенностей выполнения противовыбросных мероприятий на гидрошахтах.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована:

использованием опубликованных результатов исследований других авторов, выполненных на шахтах Донбасса и Карагандинского угольного бассейна;

• качественным соответствием теоретически установленных закономерностей реальным процессам, зарегистрированным при экспериментальных исследованиях на «сухих» шахтах и гидрошахтах.

Личный вклад автора состоит в следующем:

• в разработке методологии автоматизированного мониторинга противовыбросных мероприятий;

• в обосновании наиболее информативных факторов и параметров, характеризующих противовыбросные мероприятия;

• в установлении функциональных связей между параметрами противовыбросных мероприятий и геофизических методов контроля состояния газонасыщенного горного массива;

• в разработке способов автоматизированного прогноза выбросоопасности и методики определения оптимальных параметров способов противовыбросной гидрообработки пластов;

• в разработке исследовательской аппаратуры контроля параметров АЭ с амплитудной, частотной и пространственной селекцией полезных сигналов на фоне помех.

Научное значение работы заключается в установлении функциональных связей между показателем выбросоопасности, контрольными параметрами способов противовыбросной гидрообработки угольных пластов (объемом закачанной в скважину жидкости — при увлажнении пласта, и величиной выдвигания забоя — при его гидроотжиме), с одной стороны, и параметрами геофизических методов, привлеченных для автоматизированного мониторинга противовыбросных мероприятий, с другой стороны.

Практическая ценность работы заключается в разработке исследовательской аппаратуры и нормативно-методических материалов для автоматизированного мониторинга комплекса противовыбросных мероприятий, включающих текущий прогноз выбросоопасности, способы противовыбросной гидрообработки угольных пластов и контроль эффективности выполнения способов борьбы с внезапными выбросами угля и газа на шахтах с «сухой» технологией разработки и гидрошахтах, а также в получении новых знаний, используемых в практике научных исследований и учебном процессе.

Реализация работы. Полученные результаты и выводы по диссертационной работе использованы при разработке следующих нормативных документов:

1. Методика определения оптимальных гидравлических параметров локальной гидрообработки выбросоопасных угольных пластов с использованием сейсмоакустического метода: утв. В ПО «Кузбассуголь» 04.01.86.-Кемерово, 1986.

2. Руководство по применению способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа с использованием технических средств и технологии гидрошахт Кузбасса: утв. ВПО «Кузбассуголь» 04.01.86. - Кемерово, 1986.

3. Руководство по применению акустического контроля и прогноза выбросоопасности угольных пластов: утв компанией «Кузнецкуголь» 24.05.94. - Люберцы-Новокузнецк, 1994.

4. Руководство по применению акустического прогноза и контроля выбросоопасности угольных пластов на шахтах Северного Кузбасса: утв. АООТ «Северокузбасуголь» 20.09.1995. Люберцы-Ксмерово, 1995.

5. Руководство по прогнозу и предотвращению внезапных выбросов угля и газа на гидрошахтах Кузбасса: утв. Кузнецким управлением Госгортехнадзора России 21.03.00. - Кемерово, 2000.

6. Руководство по выполнению спектрально-акустического контроля (прогноза) выбросоопасности на шахтах Кузбасса: утв. Кузнецким управлением Госгортехнадзора России 23.04.2002. - Кемерово, 2002.

7. Материалы диссертации также вошли в «Инструкцию по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа (РД 05-350-00). Предупреждение газодинамических явлений в угольных шахтах (Сборник документов): утв. постановлением Госгортехнадзора России от 04.04.00 №14. - М: Государственное предприятие НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2000».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: заседаниях ученого совета НЦ ВостНИИ, Комиссии по борьбе с внезапными выбросами угля и газа на угольных шахтах России; Международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии угледобычи и углепереработки» (Кемерово, 1998); Международной конференции «Проблемы безопасности и совершенствования горных работ (Мельниковские чтения) (Москва-С.Петербург, 1999); III и IV Международных научно-практических конференциях «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Сибресурс» (Кемерово, КузГТУ, 1999, 2001); V Международной конференции «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (Новокузнецк, 2000); Международных научно-практических конференциях «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово, 2001, 2003); Международной конференции «Моделирование стратегии и процессов освоения георесурсов» (Мельниковские чтения) (Волгоград-Пермь, 2001); Всероссийских научно-практических конференциях «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах» (Кемерово, КузГТУ, 1994, 1998, 2002); Межвузовской научно-практической конференции «Кузбасс на рубеже столетий» (Кемерово, КузГТУ, 2000); региональной научно-практической конференции «Информационные недра Кузбасса» (Кемерово, КемГУ, 2001); и др.

Инновации, включающие результаты работы автора диссертации «Разработка системы автоматизированного мониторинга отработки выбросоопасных угольных пластов» и «Способы автоматизированного прогноза внезапных выбросов угля и газа, внедряемые на ОАО «Шахта «Первомайская», награждены соответственно дипломом II степени конкурса «Инновация и изобретение года - 2002» и дипломом I степени конкурса «Инновация и изобретение года - 2003», «проводимых администрацией Кемеровской области, Кузбасской торгово-промышленной палатой и Кемеровским областным советом Всероссийского общества изобретателей и рационализаторов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 работ, в том числе 1 брошюра и 2 монографии, 2 авторских свидетельства, 3 патента на изобретения и 1 патент на полезную модель, 10 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук, 11 работ - в материалах всесоюзных, всероссийских и международных конференций и других изданиях.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми разделов и заключения, изложенных на 356 страницах машинописного текста, включая 61 рисунок, 9 таблиц, список использованных источников из 253 наименований и четыре приложения.

Автор искренне признателен и выражает глубокую благодарность за содействие в выполнении исследований и подготовке диссертации В. Н. Пузыреву, |О.И. Хмаре|, В. Н. Захарову, коллективам лаборатории борьбы с внезапными выбросами и газодинамическими проявлениями НЦ ВостНИИ и Совместной геофизической лаборатории КемГУ, ВостНИИ и ННЦ ГП - ИГД им. А. А. Скочинского (при КемГУ).

Особую благодарность автор выражает научному консультанту доктору технических наук, профессору Егорову П. В. за высокопрофессиональные советы и содействие в подготовке диссертации, а также заведующему лабораторией борьбы с внезапными выбросами и газодинамическими проявлениями НЦ ВостНИИ кандидату технических наук Рудакову В. А. за участие в проведении исследований и содействие внедрению результатов работы в производство.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В первой главе проанализирована организация мониторинга противовыбросных мероприятий на угольных шахтах и обоснована методология их автоматизации.

Несмотря на закрытие в последние годы ряда шахт, разрабатывавших угольные пласты в сложных условиях, в том числе и выбросоопасные, опасность проявления газодинамических явлений продолжает оставаться достаточно высокой. Этому способствует увеличение глубины разработки

угольных пластов и применение все более производительной горной техники.

В табл. 1 приведено распределение различных типов ГДЯ по шахтам Кузбасса, основного угольного региона России в настоящее время.

Таблица 1

Распределение газодинамических явлений по шахтам Кузбасса

Количество ГДЯ

Район Шахта внезапных выбросов внезапных высыпаний (обрушений) горных ударов

Анжерский "Судженская" "Анжерская" 0 4 8 4 0 13

Кемеровский "Первомайская" "Бирюлинская" "Березовская" "Северная" "Ягуновская" 4 5 8 112 0 4 1 1 6 4 0 0 6 42 0

№ 12 2 2 0

им. Вахрушева "Черкасовская" "Тайбинская" 0 0 0 1 2 3 0 0 0

Прокопьевско-Киселевский "Красногорская" "Зиминка" им. Калинина 3 0 0 4 3 1 0 0 0

№5-6 2 5 2

"Ноградская" "Коксовая" 22 7 8 14 17 И

"Центральная" им. Дзержинского "Красный Углекоп" 3 1 1 6 0 1 1 0 1

Беловский "Чертинская" "Новая" "Западная" 2 1 0 7 0 2 ООО

Ленинский им. Кирова Инская 0 0 0 0 6 2

Араличевский им. Орджоникидзе им. Димитрова 3 5 2 4 0 0

Ерунаковский №7 0 0 7

"Абашевская" 2 4 1

"Юбилейная" 1 1 1

Байдаевский "Байдаевская" "Полосухинская" "Нагорная" 0 0 0 7 1 2 0 0 0

"Капитальная" 3 20 0

Осиновский "Высокая" "Осинниковская" 0 0 1 0 0 3

_Окончание таблицы 1

Количество ГДЯ

Район Шахта внезапных выбросов внезапных высыпаний (обрушений) горных ударов

"Усинская" I 3 14

Томусинский "Томская" им. Ленина 0 0 3 2 2 0

"Распадская" 0 0 31

Кондомский "Аларда" 0 0 8

Кузбасс 41 192/21* 137/32" 168/18*

* - в знаменателе дроби указано количество шахт, на которых происходили соответствующие явления.

Как видно из таблицы, на шахтах Кузбасса происходят все известные виды ГДЯ, причем на отдельных пластах зарегистрированы и внезапные выбросы, и горные удары, а также подобные им явления. Наибольшую опасность из них сегодня представляют внезапные выбросы, которые происходят преимущественно в подготовительных выработках, большой объем проведения которых в Кузбассе обусловлен преимущественным применением столбовой системы разработки на «сухих» шахтах и системой разработки подэтажными штреками - на гидрошахтах.

Выбросоопасность угольного пласта в основном определяют горное давление, давление свободного метана в трещинах и порах, механические, структурные и фильтрационно-коллекторскис свойства угля и вмещающих пород, а также технологические параметры ведения горных работ.

Для обеспечения выбрособезопасности применяется комплекс мероприятий, включающий прогноз внезапных выбросов угля и газа, способы их предотвращения и контроль эффективности примененных способов. Большой вклад в разработку этих мероприятий внесли Ф. А. Абрамов, А. Д. Алексеев, А. Т. Айруни, И. В. Бобров, М. И. Большин-ский, А. А. Борисснко, В. В. Дырдин, П. В. Егоров, А. Н. Зорин, В. С. Зыков, Б. М. Иванов, В. В. Иванов, С. П. Казаков, Г. Д. Лидин, А. М. Линьков, В. С. Лудзиш, В. И. Мурашев, В. И. Николин, А. Е. Ольховиченко, А. Е. Пет-росян, И. М. Петухов, Г. Я. Полевщиков, В. Н. Пузырев, В. А. Рудаков, И. В. Сергеев, А. А. Скочинский, В. С. Черкасов, О. И. Чернов, Г. А. Шевелев, Г. Н. Фейт, В. В. Ходот, С. А. Христианович и др. Поскольку эти мероприятия в последние 10-15 лет существенного развития не получили, особенно в вопросах технического обеспечения автоматизации мониторинга, они во многом морально устарели. Кроме того, эти мероприятия разрабатывались различными научными организациями без достаточного взаимного согласования, что привело к внедрению в практику широкого спектра средств и методов воздействия на горный массив и контроля его параметров. Этим обусловлена необходимость совершенствования всего

комплекса автоматизированного мониторинга противовыбросных мероприятий с единых позиций.

Во второй главе устанавливаются функциональные связи между основными факторами развязывания ГДЯ и параметрами геофизических методов контроля горного массива и рассматриваются статическая и динамическая выбросоопасности.

В большинстве своем методы контроля состояния горного массива основаны на анализе реакции пласта на бурение контрольных шпуров или на использовании геологоразведочных данных, или на изучении физических свойств образцов угля, взятых впереди проходимой выработки. Поэтому они весьма трудоемки и не поддаются автоматизации, что сдерживает применение скоростных методов ведения выработок. В связи с этим достаточно актуальной является разработка оптимального комплекса геофизических методов контроля горного массива, использующего автоматизированные информационные технологии обработки данных, для непрерывного контроля текущего прогноза выбросоопасности, выполнения противовыбросных способов и контроля их эффективности, не мешающих горным работам. Покажем, что в большинстве случаев этому требованию удовлетворяет комбинация двух методов акустического контроля состояния горного массива: спектрально-акустического и акустической эмиссии, в сочетании с контролем аппаратурой контроля метана (АКМ) давления газа и газопроницаемости через концентрацию метана в атмосфере выработки.

Проанализируем, какие параметры и факторы контролируются при выполнении всех противовыбросных мероприятий и какими способами. Для удобства анализа эти данные сведены в табл. 2.

Таблица 2

Противовыбросные мероприятия и их мониторинг

Прогивовыб- росное мероприятие Контролируемые параметры и факторы Необходимость в мониторинге Применяемые способы мониторинга Недостатки мониторинга

1 .Прогноз выбросоопасности

1.1. Региональный Расстояние до земной поверхности Пет Нет -

1.2. Зональный Стратиграфическое положение пласта; Нет Нет -

Данные геологоразведочных скважин Нет Нет -

1.3. Локальный Крепость угля, Нет Нет -

давление газа в пласте Нет Нет -

Продолжение таблицы 2

1.4. Текущий Структура пласта, крепость jyraa, Да Периодически прочностномером Не автоматизирован

Газовый фактор, Да «Инструментальный» Не автоматизирован

По данным АКМ Недостаточная точность

По температуре забоя Недостаточная точность

Фактор напряженного состояния Да «Инструментальный» Не автоматизирован

Метод АЭ Низкая точность

Спектрально-акустический Недостаточная точность

2. Способы предотвращения выбросоопасности

2.1. Региональные

• Над- и подработка Нет Нет Нет -

• Дегазация Крепость, газовый ф-р и ф-р напряж. состояния Да Методами текущего прогноза выбросоопасности То же что в п. 1.4

• Увлажнен ие Влажность угля, Да Электрометрия После ^увлажнения

Интенсивность развития трещин Да Возможен метод АЭ Нет

Противовыб -росное мероприятие Контролируемые параметры и факторы Необходимость в мониторинге Применяемые способы мониторинга Недостатки мониторинга

2.2.'Локальные

• Бурение опережающих скважин Направление и длина скважин Нет Нет -

• Гидроотжи м пласта Величина отжима, .......Да......... Нет -

Интенсивность развития трещин, Да Возможен метод АЭ Нет

Кол-во выделившегося газа, концентрация СН4 Да По данным АКМ Нет

• Гидрорыхле -ние, низконапорная пропитка, низконап. увлажнен. Влажность угля, Да Отсутствует -

Интенсивность развития трещин Да Возможен метод АЭ Нет

_Окончание таблицы 2

• Гидровымывание опережающ их полостей Интенсивность развития трещин, да Возможен метод ЛЭ Нет

Кол-во выделившегося газа, концентрация СНд Да По данным ЛКМ Нет

2.3. При вскрытии пласта

• с бурением дренажных скважин; • с нагнетанием воды Нет Интенсивность развития трещин Нет Да Нет Возможен метод ЛЭ Нет

3. Контроль эффективности способов предотвращения внезапных выбросов

Контроль эффективности Влажность угля увлажненного массива Да Электрометрия Распределение влажности не контролируется

Кол-во выделившегося газа в процессе гидроотжима или вымывания полостей Да По данным ЛКМ Нет

Крепость угля, Да Периодически прочностномероч 11е автоматизирован

Газовый фактор. Да «Инструментальные» Не автоматизированы

Поданным ЛКМ Недостаточная точность

по температуре забоя Недостаточная точность

Фактор напряженного состояния Да «И нструменталь-ные» Не автоматизированы

Метод АЭ Низкая точность

Спектрально-акустический метод Недостаточная точность

Как видно из таблицы, мониторинг необходим при текущем прогнозе выбросоопасности, большинстве способов предотвращения внезапных выбросов и контроле их эффективности. При выполнении ряда мероприятий, таких как контроль эффективности увлажнения, в таблице указано, что мониторинг осуществляется электрометрическим методом. На самом деле это не в полной мере мониторинг, так как метод не дает информации о распределении жидкости по массиву, что сегодня невозможно. Поэтому контроль ведется после выполнения способа - определением влажности образцов угля весовым методом, либо части увлажненного массива электрометрическим методом.

Из табл. 2 видно также, что в настоящее время при выполнении всех противовыбросных мероприятий требуется непрерывно контролировать следующие параметры и факторы: структуру пласта; крепость (прочность) угля; газовый фактор и фактор напряженного состояния развязывания ГДЯ; концентрацию метана в атмосфере выработки во времени; интенсивность развития трещин в угольном пласте; величину отжима (выдвигания) пласта; влажность угля.

Здесь под газовым фактором развязывания ГДЯ понимается результат совокупного влияния на выбросоопасность трех параметров: газоносности, коэффициента газопроницаемости угля и давления газа в пласте. Под фактором напряженного состояния понимается пространственно-временное распределение и величина напряжений в окрестности забоя выработки, вызванных горным давлением.

Длительное время на шахтах Кузбасса в качестве текущего применялся прогноз выбросоопасности по начальной скорости газовыделения и выходу буровой мелочи при бурении контрольных шпуров по наиболее перемятой угольной пачке. При этом начальная скорость газовыделения характеризовала газовый фактор выбросоопасности, а выход буровой мелочи - фактор напряженного состояния массива. Способ хорошо аналитически и экспериментально обоснован, однако давал сбои при выполнении прогноза по увлажненному углю - буровая мелочь прилипала к буровой штанге, в результате чего возникала погрешность при небрежном измерении. С принятием новых «Правил безопасности...» способ текущего прогноза выбросоопасности упростили - из анализа исключили выход буровой мелочи. Чтобы скомпенсировать отсутствие контроля напряженного состояния пласта, в качестве критического установили такое значение максимальной начальной скорости газовыделения: л/мин, которое

несколько меньше самого малого значения когда-либо замеренного при

бурении контрольных шпуров перед внезапным выбросом угля и газа на шахтах восточных районов России. Это привело к значительному увеличению «запаса надежности» при малом выходе буровой мелочи (когда горное давление не достигает предельных значений) и обусловленному этим увеличению расходов на противовыбросные мероприятия.

Излишний «запас надежности» - не единственный недостаток прогноза «по шпуру». Вторым его недостатком является большая продолжительность, вследствие чего прогноз, как правило, осуществляют в ремонтную смену. Если темпы проходки превышают 4 м/сут (расстояние, на которое разрешена проходка при прогнозе «не опасно»), то требуется проводить дополнительный прогноз, а это сдерживает темпы ведения выработки. Третий недостаток состоит в том, что горные работы могут привести к изменению напряженного состояния между циклами прогноза, что останется незамеченным. Есть и четвертый немаловажный фактор, который состоит в том, что излишний «запас надежности» снижает доверие сотрудников службы прогноза ГДЯ к критерию выбросоопасности, и они начинают

фальсифицировать результаты прогноза, что в конечном итоге заканчивается аварией.

Преодолеть указанные недостатки текущего прогноза можно путем автоматизации контроля основных факторов выбросоопасности непрерывными неразрушающими методами, не мешающими ведению горных работ. Однако в Кузбассе такие методы широкого применения длительное время не находили, главным образом из-за отсутствия хорошего их научного обоснования.

Анализ литературных источников показал, что из автоматизированных методов текущего прогноза выбросоопасности лучшие результаты демонстрировал метод спектрально-акустического прогноза (контроля), разработанный СВ. Мирером на основании обработки большого объема экспериментальной информации, полученной на шахтах Донбасса при текущем прогнозе выбросоопасности по акустической эмиссии. В связи с этим данный метод решили испытать и в условиях Кузбасса.

Сопоставление результатов прогноза спектрально-акустическим методом и базовым, по начальной скорости газовыделения и выходу буровой мелочи при бурении контрольных шпуров, полученных вначале на шахтах Южного, а затем и Северного Кузбасса, показало, что метод спектрально-акустического контроля работоспособен, и его критерий выполняется и в условиях Кузбасса. Однако было отмечено, что результаты этого метода и базового при качественном совпадении количественно могут отличаться. Для объяснения этого факта были проведены следующие аналитические исследования.

Рассматривая режущий орган действующего в забое выработки рабочего инструмента (комбайна, буровой штанги, отбойного молотка) как источник широкополосного акустического сигнала, получили следующее соотношение для показателя спектрально-акустического метода контроля массива К в виде отношения высокочастотной части спектра к низкочастотной:

-С^-х "

К = е , (})

с _«„/?(/.-Л)

где ^--- ; /, и /„ - частоты среза соответственно фильтров

/о

верхних и нижних частот, Гц; ао - затухание на частоте /о, м"'; сгпр и ат -соответственно предельное и текущее значения средних напряжений в массиве, Па; у? - коэффициент пропорциональности, определяемый свойствами массива; хи1М - расстояние между источником шума, воздействующим на забой и приемником, установленным в борт выработки, м; п - коэффициент, учитывающий действие автоматической регулировки усиления приемного тракта аппаратуры, 0 < п <1.

Из (1) видно, что, во-первых, подбором частот и /„ можно регулировать чувствительность метода, во-вторых, спектрально-

акустический метод контролирует интегрально фактор напряженного состояния выбросоопасности и свойства пласта, причем с ростом напряжений показатель выбросоопасности К возрастает.

Для автоматизированного контроля газового фактора выбросоопасности использовали результаты измерения концентрации метана в атмосфере выработки, предоставляемые аппаратурой контроля метана (АКМ). При этом, воспользовавшись известной формулой В.В. Ходота, связывающей давление газа в массиве Р с его расходом через поверхность забоя выработки, получили следующее выражение, связывающее давление Р с концентрацией метана в атмосфере выработки:

Р-оППШШ, (2)

К 100

где О = ' схр(-^лгч,); - коэффициент, учитывающий степень

воздействия ¡-го вида оборудования (комбайн, отбойный молоток, буровой станок и диаметр коронки) на забой, 0 < & < 1; т - константа, характеризующая пористость угля; — расход газа с поверхности забоя, м3/с; к,> -коэффициент, характеризующий газопроницаемость пласта, м"3; 5, - площадь поверхности забоя выработки, м2; »/ - коэффициент динамической вязкости метана, Па с; Р„„ - давление газа на плоскости забоя, Па; (р — Мхст -константа, определяемая расстоянием от забоя до участка массива, где давление газа стабилизируется, м"1.

Указанные факторы (параметры) можно оценивать в остановленном забое по начальной скорости газовыделения и выходу буровой мелочи при бурении контрольных шпуров или геофизическими методами в процессе ведения выработки. Поскольку скорость ведения выработки влияет на напряженное состояние призабойного пространства, необходимо различать статическую выбросоопасность, определенную в остановленном забое, и динамическую, определяемую в процессе ведения выработки.

Для уточнения влияния скорости проведения выработки на напряженно-деформированное состояние горного массива на гидрошахте «Красногорская» ООО НПО «Прокопьевскгидроуголь» были проведены экспериментальные исследования зависимости напряжений, деформаций угольного пласта, а также конвергенции (сближения) боковых пород от скорости подвигания очистного забоя. Эти исследования показали (см., например рис. 1), что напряженно-деформированное состояние призабойного пространства существенно зависит от скорости подвигания забоя А именно, с увеличением скорости подвигания очистного забоя с 8 до 25 м/сут (в 3,1 раза) скорость деформации угля возросла в 1,7 раза, скорость конвергенции пород - в 2. раза, а приращение напряжений в массиве увеличилось в 1,8 раза. Следовательно, лишь непрерывный автоматизированный прогноз в состоянии количественно характеризовать динамическую выбросоопасность в каждый текущий момент времени. Если же прогноз ведется в остановленном забое, то показатель динамической выбросоопасности определяется через показатель статической

выбросоопасности П„„ и функцию динамического влияния скорости /(У,) следующим образом:

Пдш, = Л„„-/(У,). (3)

В третьей главе приведены результаты разработки метода полуавтоматизированного текущего прогноза выбросоопасности.

Необходимость его вызвана тем, что Инструкцией по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа (РД 05-350-00), спектрально-акустический метод прогноза выбросоопасности на шахтах восточных районов России рекомендовался как дополнительный к основному, по структуре пласта и начальной скорости газовыделения из контрольных шпуров.

В этом комплексе методов метод прогноза по начальной скорости газовыделения g при бурении контрольных шпуров контролирует газовый фактор выбросоопасности, спектрально-акустический прогноз по показателю К контролирует фактор напряженного состояния массива, а прочность угля оценивается прочностномером П-1. Поскольку оба названных метода прогноза независимы и проводятся в разное время: начальная скорость газовыделения определяется до ведения горных работ, а спектрально-акустический прогноз осуществляется в процессе их выполнения, показатель выбросоопасности комплексного метода прогноза состоит из показателей выбросоопасности обоих методов. По этой же причине и критерий выбросоопасности комплексного метода есть объединение критериев входящих в него методов прогноза, т.е. если > 4 л/мин или К> 3 - зона пласта выбросоопасна, если gшч < 4 л/мин и К < 3 - зона пласта не выбросоопасна.

£2,1

¡1.4

о. с га

¡0.7

у=< Я |,7488е0,ш31х = 0,8858

у=О,5022ео,ма* ^ 0,9968

10 20

Озэрооьггдататч.м'сут

Рис. 1. Зависимость приращений напряжений в угольном пласте в 3 м от забоя от скорости подвигания забоя:

2 подэтаж, 3 подэтаж

Дополнение прогноза спектрально-акустическим методом на ОАО «Шахта «Первомайская» позволило выявить несколько раз вход в опасную зону между циклами прогноза по начальной скорости газовыделения и своевременно применить противовыбросные мероприятия.

Однако оба применяемых метода текущего прогноза выбросоопасности имеют излишний «запас надежности». Это обусловлено тем, что каждый из названных методов контролирует один фактор выбросоопасности и поэтому предполагается, что не контролируемый фактор может достигать выбросоопасного значения. В связи с этим было решено, что для устранения излишнего «запаса надежности» при обосновании показателя и критерия выбросоопасности нужно руководствоваться следующими основными принципами. Во-первых, показатель и критерий выбросоопасности должны содержать как минимум по два слагаемых: одно - учитывает газовый фактор выбросоопасности, второе - фактор напряженного состояния. То обстоятельство, что компоненты показателя и критерия выбросоопасности по газовому фактору и фактору напряженного состояния берутся в виде слагаемых, обусловлено тем, что энергия внезапного выброса складывается из накопленной упругой энергии сжатия пласта и энергии заключенного в нем газа. Во-вторых, поскольку компоненты комплексного показателя выбросоопасности могут иметь различную величину и даже размерность, они должны использоваться в безразмерных относительных единицах. Этим принципам удовлетворяет комплексный показатель выбросоопасности в виде суммы отношений максимального значения g начальной скорости, газовыделения, замеренного на каком-либо интервале при бурении контрольного шпура, и показателя К спектрально-акустического прогноза выбросоопасности к их предельным значениям, равным соответственно

ёы.тахпрЛ = 4 л/мИН И Кпр,.д = 3:

Л = (£„.тах/4) + (А-та>/3) . (4)

При этом критерий выбросоопасности следующий: если П £ 2, зона угольного массива относится к выбросоопасной, а если П < 2 - к невыбросоопасной.

При таком алгоритме определения показателя выбросоопасности «дефицит устойчивости» массива по одному из факторов выбросоопасности может перекрываться «запасом устойчивости» по другому фактору выбросоопасности. Данное положение подтверждено экспериментально в условиях ОАО «Шахта «Первомайская» (см. рис. 2).

В четвертой главе приведены результаты разработки метода автоматизированного текущего прогноза выбросоопасности.

Рассмотренный выше метод текущего прогноза выбросоопасности является полуавтоматизированным, т.к. лишь фактор напряженного состояния контролируется непрерывно автоматически, а газовый фактор контролируется через четыре метра подвигания выработки по начальной скорости газовыделения из шпуров. В результате с его помощью не удается

Рис. 2. Зависимость максимальных значений g тах начальной скорости газовыделения (а), показателя К спектрально-акустического метода прогноза (б) и показателя комбинированного способа прогноза (в) от времени при проведении вентиляционного штрека 370 бис

Для устранения этих недостатков был теоретически разработан метод текущего прогноза, в котором газовый фактор выбросоопасности контролируется по концентрации метана в атмосфере выработки вблизи забоя, фактор напряженного состояния - спектрально-акустическим методом, а прочность угля оценивается прочностномером. Причем прогноз осуществляется спектрально-акустическим методом по показателю К, а

предельное значение показателя Кт„рс1) непрерывно корректируется в зависимости от концентрации метана в атмосфере выработки, измеряемой АКМ, и периодически корректируется в зависимости от прочности угля на поверхности забоя выработки. Покажем это.

Формирование выбросоопасной ситуации имеет две основных стадии: подготовительную, при которой в призабойном пространстве под действием сил горного и газового давления развиваются трещины, ориентированные преимущественно параллельно плоскости забоя выработки и разбивающие массив на блоки, и стадию потери устойчивости, характеризующуюся выдавливанием отдельных блоков угля в выработку и началом генерации волны дробления угля, направленной в глубь массива.

Как показали И. М. Петухов и А. М. Линьков, критерий роста трещин, находящихся на расстоянии хкр от забоя выработки, под действием внешних

сжимающих нагрузок 0|(дг) - и внутреннего давления газа Р, имеет вид:

• <5>

где ¥чХх„р /1) = к, /к^; кх и к™ - коэффициенты интенсивности напряжений соответственно в точке наблюдения и вне зоны влияния выработки, Па м"2; хкр - критическое расстояние от забоя выработки, в плоскости которого инициируется развязывание выброса, м; / - полудлина трещины, м; и„ и ар - пределы прочности соответственно на сжатие и растяжение, Па; (Т/(х) и о3(х) - соответственно вертикальная и горизонтальная компонента главных нормальных напряжений, Па.

Значения (Гц и ар угля в плоскости забоя можно оценить по показаниям q прочностномера П-1 конструкции ННЦ ГП им. А. А. Скочинского. Тогда критерий (5) сводится к следующему виду:

- (6) ¥ыр

где = 100-А - прочность угля, определяемая прочностномером, у.е.; А -глубина внедрения конуса прочностномера в массив, мм.

Для оценки величины 4>кр воспользовались результатами многочисленных (около 200) измерений прочности угля и давления газа в нем при вскрытии пластов Кузбасса с последующей оценкой реальной выбросоопасности, приведенных О. И. Черновым и В. Н. Пузыревым. Эти исследования показали, что области опасных и неопасных значений прочности угля и давления газа могут быть разделены кривой вида

Ю5Р-\4/2п, = 0, (7)

где/и - коэффициент крепости угля по М. М. Протодьяконову (/т =

ПО-<?

у.е.; Р - давление газа, Па.

Условие (7) является критерием - выбросоопасности при вскрытии пластов и используется сегодня в Кузбассе. Однако эти же данные можно использовать для оценки величины ^ . Эта возможность обусловлена тем,

что по физическому смыслу левая часть уравнения (7) аналогична [сг/|„г Выразив через <7, получим из (6) следующее, удобное для практического использования, выражение для определения предельного напряжения:

к/и = 2,2-105-М11(Ц|)]2 -Р. (8)

Чтобы воспользоваться выражением (8), нужно уметь непрерывно оценивать [а/|л/, _ а также непрерывно измерять Р и текущее значение |сг;|„.

Поскольку в силу линейности задачи справедливо следующее равенство а„/ат = <т/„;/ег/„, = аз „¡/аз т , соотношение предельного и текущего напряжений можно определить спектрально-акустическим методом по формуле (1).

Подставив в это выражение значение Р, определенное по формуле (2), критерий устойчивости (5) следующим образом выразили через критическое значение показателя выбросоопасности Ккр:

Кч, =ехр

1пАГ„

/,(?Н

в(С„-Сф) 100

(9)

Здесь коэффициенты Ккро и йк определяются опытным путем; /¡(ц) рассчитывается по результатам измерения прочности q наиболее слабой

угольной пачки пласта по формуле /,(<?) = 2.2-10'

{»о%)'

Па; текущее

значение Ст концентрации метана в атмосфере выработки и фоновое значение Сф, замеренное перед началом ведения горных работ, измеряются аппаратурой АКМ.

Таким образом, контролируя газовый фактор аппаратурой АКМ можно непрерывно корректировать Ккр , а контролируя напряженное состояние спектрально - акустическим методом по показателю К можно непрерывно прогнозировать степень выбросоопасности на первой стадии развития выброса - создания трещин и заполнения их свободным газом.

Этими же методами можно прогнозировать выбросоопасность и на второй стадии развития выброса - потери устойчивости и начала генерации волны дробления, направленной в глубь массива. На этой стадии рассматривается следующая модель потери устойчивости массива. На образовавшиеся при растрескивании угля блоки в сторону обнаженной поверхности выработки действует активная сила, состоящая из горизонтальной компоненты нормальных напряжений а давления газа Р и гравитационной силы. Удерживаются блоки пассивной силой, каковой является сила трения боковой поверхности выдвигаемого блока о соседние неподвижные блоки или кровлю и почву выработки. При нарушении равновесия развязывается внезапный выброс угля и газа в соответствии с общепринятым в настоящее время механизмом. Для этой модели условие нарушения равновесия в призабойном пространстве можно записать в виде:

В этом условии в числителе приведены активные (инициирующие), а в знаменателе пассивные (препятствующие) силы развязывания внезапного выброса, причем первое слагаемое в числителе Fr,.a соответствует силе бокового давления, второе слагаемое F,-силе газового давления, третье F„ -силе тяжести, а знаменатель Fc.,m. - силам сцепления и внутреннего трения угля в массиве.

Если рассматривать только горизонтальные выработки, для которых Fm =0, а коэффициент сцепления и угол внутреннего трения, определяющие Fc.e.m.' выразить через показания прочностномера q, силу F6d выразить через вертикальную компоненту нормальных напряжений и коэффициент бокового давления, а вертикальную компоненту нормальных напряжений оценить показателем выбросоопасности К спектрально-акустического метода контроля напряженного состояния массива в соответствии с (2), то (10) удается свести к критерию выбросоопасности следующего вида:

1п(/С„ ист

1-^J

(И)

Ш V юо

где Км - масштабный коэффициент измерительного тракта прибора; Ккр.оЖт ~ истинное (до усиления) критическое значение показателя выбросоопасности акустического прогноза в отсутствие действия газового фактора; Q - расход воздуха на проветривание выработки, м3/с; Ст и Сф - соответственно текущее и фоновое значения концентрации метана в атмосфере выработки у забоя, %;

/¡(q) = 0.7& l0*q sin(0 04^) _ функция прочности, определяемая по прочности l-sin(0.04<?)

q угля в наиболее перемятой пачке, Па; D, = D —---корректирующий

параметр для учета газового фактора выбросоопасности, Па с,д м'зя; г, -эквивалентный радиус боковой поверхности выдавливаемого угольного блока, м.

При таком автоматизированном прогнозе текущее значение Кт показателя выбросоопасности акустического прогноза сравнивают с предельным значением Knnpei показателя выбросоопасности и если К„ < Кт пред, зону угольного пласта относят к невыбросоопасной, а если Кт > зону угольного пласта относят к выбросоопасной.

На рис. 3 изображены полученные при проведении вентиляционного 370 бис штрека на ОАО «Шахта «Первомайская» экспериментальные зависимости во времени прочности наиболее перемятой пачки угля q, максимальных текущих значений концентрации метана в атмосфере выработки С„их и значений показателя выбросоопасности акустического способа прогноза выбросоопасности угольных пластов, соответственно: К юр* - 3 - предельного в соответствии с действующим нормативным

документом, Кттих - максимальных текущих, замеренных аппаратурой АК-1, и К„, „;к() - предельно допустимых текущих, рассчитанных по формуле (11).

а)

100

а>

га

и я Е

в)

О 10 20 30 40

Продолжительность экспериента, сут. -о— Кт, пред - - - - Кнорм —*— Кт.гпах

Рис. 3. Зависимость прочности д (а), максимальных значений концентрации метана Ста„ (б) и показателя выбросоопасности спектрально-акустического метода контроля массива Кт,тах (в) при проведении вентиляционного 370 бис штрека на ОАО «Шахта «Первомайская»

Из рисунка видно, что предельные значения показателя выбросоопасности с учетом газового фактора (концентрация метана) и прочности угля существенно выше рекомендуемой нормативным документом величины (К= 3) и могут достигать значения 5,5.

Выражения (9) и (11) представляют собой предельные значения показателя выбросоопасности в методе спектрально-акустического прогноза для двух этапов развития выброса, скорректированные на воздействие газового фактора и прочность угля. Корректирующая функция представлена в виде разности единицы и отношения давления газа в пласте, выраженного через концентрацию метана в атмосфере выработки, к функции прочности угля. Однако, если в выражении (9) корректирующая функция является сомножителем логарифма критического значения показателя выбросоопасности, определенного в отсутствие газа в пласте, то в выражении (11) корректирующая функция является делителем этого логарифма. Между тем действие корректирующей функции, как это видно из рис. 3, в обоих случаях одинаково - с ростом давления газа и снижением прочности угля предельное значение показателя выбросоопасности уменьшается. Разница в записи при одинаковом характере влияния корректирующей функции объясняется следующим образом. При выводе формулы (9) вместо реальных параметров, характеризующих устойчивость массива, и реального значения Ккр о, были взяты соответственно, эмпирическая функция вида (7) и показания стрелочного прибора больше единицы,

условие выполняется всегда. Поэтому полуэмпирическая,

функция вида (9) корректно описывает влияние давления газа и прочности угля на критическое (предельное) значение показателя выбросоопасности.

При выводе формулы (11) использовались реальные физические параметры, характеризующие устойчивость массива, и реальные значения показателя выбросоопасности Ккрд „1т . Поскольку в выражении (11) всегда выполняется условие то логарифм этого отношения всегда

отрицательный и поэтому строго полученная функция вида (11) также корректно описывает влияние давления газа и прочности угля на критическое значение показателя выбросоопасности.

Для выполнения автоматизированного текущего прогноза выбросоопасности обоснована аналитическая шахтная многофункциональная система, скомпонованная на базе аппаратуры АК-1 спектрально-акустического прогноза (контроля) выбросоопасности и газоаналитической шахтной многофункциональной системы «Микон 1Р» (см. рис. 4).

Система в варианте компьютеризированного накопления и выдачи данных о концентрации метана и показателе выбросоопасности К внедрена на ОАО «Шахта «Первомайская».

Проведем сравнительный анализ критериев выбросоопасности, разработанных в данной работе и известных ранее методов текущего прогноза выбросоопасности.

Рис. 4. Блок-схема аналитической шахтной многофункциональной системы на базе аппаратуры АК-1 и «Микон 1Р» для автоматизированного текущего прогноза внезапных выбросов угля и газа:

ДМ - датчик метана; СПИ «Метан» - стойка приема информации телеметрической системы «Метан»; УСТС «Метан» - устройство сопряжения с телеметрической системой «Метан»

Сотрудниками ВостНИИ показано, что при начальной скорости газовыделения при бурении контрольных шпуров g„,m,¡x < 4,5 л/мин-м внезапные выбросы угля и газа в Кузбассе никогда не происходили. При ён.тах > 7 л/мин-м выбросы происходили практически всегда. Для области значений 4,5 л/мин-м < gн,mn < 7 л/мин м выбросы могут произойти, а могут и не произойти (см. рис. 5, А). В. Н. Пузырев объяснил эту неоднозначность влиянием на выбросоопасность напряженного состояния, прочности и других свойств и параметров угля. Для их учета он предложил показатель выбросоопасности Щ, основанный на анализе начальной скорости газовыделения и выхода буровой мелочи. Благодаря высокой точности и надежности результатов прогноза, этот метод до сих пор является базовым (контрольным) на шахтах Востока страны при разработке новых методов текущего прогноза выбросоопасности.

Последующие четыре критерия выбросоопасности (рис. 5, Б - рис. 5, Д) относятся к известным ранее методам автоматизированного текущего прогноза. Их общей особенностью является учет одного из основных (газового либо напряженного состояния) факторов (признаков) выбросоопасности, и поэтому они для всех шахтопластов всех угольных месторождений имеют лишь две фиксированные области, характеризующие

А Б В Г Д ЕЖ 3

Опасно всегда Л/мшсм Опасно при аномальном росте активности Аэ Опасно • -.г ? • ; ? :■ при С>С№ или в относительных единицах ■ Ау ~> А у.лрцт Опасно при > Ди„ ('„ > Ц.) • • Опасно при А>3 Опасно при £«.««« 5 4 л/мним ■ ' пли А">3 ■ Опасно при * '.: ' П>2 ... Опасно пр К>5 5

При 7 (л/минм) опасность уточняется по показателю Я, Не опасно при 1 <11 <2 (взаимоучет опасности) При 3<А"<5,5 опасность уточняется по показ. А'ет(С,9)

.Нй^.-'-" ОГЩНР ; , Л/ШШ'М . Не опасно при отеут-. ствнц ашь мальнрго роста активности " АЭ " . 1 ' Неопасно при С '<С.Р (К>- Ку.крт! Не опасно при Ц < Не опасно при ,.-А'<3 Не опасно при #„,»„„ < 4 л/мшгм Не опасно щи П р ■ Не опасно • при

Прогноз по показателю л, Прогноз методом АЭ Прогноз по концентрации метана (С) в атмосфере выработки Прогноз по температуре (О забоя (или газа в шпуре) Спектрально-акустический ' прогноз (К) Комплексный прогноз с раздельным учетом факторов АО Комплексный прогноз с взаимоучетом факторов выбросооп-тн О?«.».«« А) Автоматизированный прогноз по /Г, Си?

Рис. 5. Критерии выбросоопасиости способов текущего прогноза выбросоопасностн

выбросоопасиость — «опасно» и «неопасно». Поскольку учет других факторов выбросоопасности в этих методах отсутствует, для того чтобы не допустить развязывания выбросов, критерии выбросоопасности в них взяты с большим запасом. Это хорошо видно из табл. 3, в которой приведены результаты сопоставления различных критериев выбросоопасности автоматизированных методов прогноза, выполненные сотрудниками ИГД им. А. А. Скочинского на шахте им. газеты «Социалистический Донбасс» в условиях особо выбросоопасного пласта «Прасковиевский» в забое восточного конвейерного ходка с 59-й бортовой выработки в процессе проведения ходка. Сопоставлялись следующие критерии:

• показатель начальной скорости газовыделения из шпуров£„Лаг, л/мин;

• показатель критического превышения шумности массива Хч„ импульс/цикл;

• показатель геотермической температуры в шпурах/„, °С;

• безразмерный показатель изменчивости объемов газовыделения Kv (по данным аппаратуры АКМ);

• безразмерный показатель отношения высокочастотной и низкочастотной составляющих искусственного акустического сигнала К (по данным аппаратуры АК-1).

Особая ценность данных испытаний состоит в том, что определение показателей выбросоопасности осуществлялось одновременно и в одних и тех же условиях. Это позволило оценить точность и достоверность каждого из критериев выбросоопасности на каждом конкретном цикле проходки.

За время исследований было зарегистрировано 11 внезапных выбросов угля и газа различной интенсивности.

Пятый критерий выбросоопасности (рис. 5, Е), предложенный уже при выполнении данной работы, соответствует одновременному независимому применению двух методов прогноза и поэтому характеризуется также высоким излишним «запасом надежности». Его применение целесообразно для оценки эффективности способа борьбы с выбросами, основанного на бурении веера разгрузочных скважин, когда трудно пробурить контрольный шпур вне зоны их влияния. В этом случае спектрально-акустический прогноз «страхует» от возможной ошибки результат прогноза по начальной скорости газовыделения из шпура. Во всех остальных случаях применение этого критерия, по-видимому, нецелесообразно.

Шестой критерий (рис. 5, Ж), также предложенный при выполнении данной работы, предназначен для исключения излишнего «запаса надежности» путем компенсации «недостатка устойчивости» массива по одному из факторов выбросоопасности его «избытком» по другому фактору. Данный критерий реализуется полуавтоматизированным методом текущего прогноза выбросоопасности, когда газовый фактор контролируется циклически по начальной скорости газовыделения, а фактор напряженного состояния - непрерывно, спектрально-акустическим методом.

Таблица 3

Результаты сопоставления критериев выбросоопаспости различных автоматизированных методов прогноза

Критерии выбросо-оласности Количество циклов проходки с контролем (прогнозом) Среднее подви-ганке за цикл, м Объем проходки с контролем (прогнозом), м Количество циклов с контролем (прогнозом) опасно неопасно Объем проходки с контролем (прогнозом), м опасно неопасно Суммарная протяженность опасных зон, % Количество происшедших внезапных выбросов угля и газа Доля циклов с прогнозом «опасно», завершившихся выбросом, % Ошибки прогноза первого рода, % Ошибки прогноза второго рода, %

II 156 1.4 218,4 95 85,4 133 39 10 16 - 84

Хкр* импульс ЦИК.1 176 1.4 246,4 0 176 0 246,4 0 И - 100 -

и, °С 151 1,4 211,4 81 70 113,4 98 53 10 12 - 88

К, (по данным аппаратуры АКМ) 172 1.4 240,8 164 8 229,6 112 95 10 6 - 94

К (по данным аппаратуры АК-1) 176 1.4 246,4 53 123 74,2 172Л 30 11 21 - 79

Седьмой критерий (рис. 5, 3), так же, как и базовый критерий по начальной скорости газовыделения и выходу буровой мелочи, учитывает три основных фактора выбросоопасности - напряженного состояния и газовый (определяемые непрерывно автоматически аппаратурой АК-1 и АКМ), и прочность угля. Данный критерий, как и базовый, имеет три области опасности. При К < 3 выбросы не происходили никогда ни на каких шахтопластах. При К > 5,5 выбросы с высокой вероятностью будут происходить почти всегда. При 3 < К <5,5 выбросоопасность определяется прочностью угля и газовым фактором и рассчитывается автоматизирован но по предложенному в настоящей работе алгоритму.

Таким образом, автоматизированный метод прогноза является геофизическим аналогом метода текущего прогноза выбросоопасности по начальной скорости газовыделения и выходу буровой мелочи. Этим обусловлена его наибольшая точность из всех известных методов автоматизированного прогноза выбросоопасности.

В пятой главе приведены результаты разработки методов автоматизированного мониторинга процесса выполнения способов противовыбросной гидрообработки угольных пластов для шахт с «сухой» технологией добычи угля.

В Кузбассе из способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа применяются защитная подработка (надработка) пластов, бурение разгрузочных и дегазирующих скважин, а также способы гидрообработки пласта: увлажнение, гидрорыхление и гидроотжим. Под - и надработка и бурение скважин не требуют текущего контроля технологии их проведения, достаточно лишь выдержать расчетные параметры этих методов. Иначе обстоит дело со способами гидрообработки - для обеспечения их необходимой эффективности нужно определить и реализовать оптимальный темп нагнетания жидкости.

Низконапорное увлажнение и пропитка, гидрорыхление и гидроотжим различаются интенсивностью развития трещин, которую, как показали наши исследования, можно контролировать методом акустической эмиссии. Основные результаты по этому направлению работы следующие.

Рассмотрена расчетная схема в виде плоскости, подвергнутой на бесконечности двухосному внешнему сжатию горным давлением и ослабленной произвольно ориентированной прямолинейной трещиной. Трещина с некоторого момента / = 0 начинает заполняться жидкостью под давлением N. Процесс сопровождается акустической эмиссией (АЭ), активность которой Jr следующим образом зависит от параметров нагнетания и свойств угольного пласта:

где ./г0 - фоновая активность АЭ, обусловленная развитием трещин под действием лишь сил горного давления и замеренная перед заполнением трещины жидкостью, имп7с; N и Л^ - соответственно текущее и критическое (при достижении которого начинается скачкообразное развитие трещин) значения давления жидкости, Па; q темп нагнетания, м3/с; е — коэффициент связи между значениями длины трещины до- и после «скачка», определяемый ориентацией трещин, соотношением компонент горного давления и механическими свойствами пласта; ¡1 — коэффициент динамической вязкости жидкости, Па-с; /—среднее значение текущей длины развивающихся п примерно одинаковых трещин, м; И — мощность пласта, м; тик, — соответственно пористость (отн. ед.) и водопроницаемость пласта (Д); AN - перепад давления жидкости от стенки трещины до фронта фильтрации, Па; / - текущее время нагнетания, с.

Здесь под активностью АЭ понимается число импульсов АЭ, зарегистрированных в интервал времени Г, причем под одним импульсом АЭ понимается весь сигнал, какую бы сложную форму он не имел, соответствующий одному «скачку» трещины (акту АЭ).

Как видно из (12), при давлении нагнетания, меньшем критической величины, активность АЭ равна фоновому значению, а при превышении критической величины, активность АЭ получает дополнительную составляющую, которая определяется свойствами пласта, параметрами и временем нагнетания. Данная закономерность была положена в основу определения методом АЭ оптимальных давления и темпа закачки жидкости для осуществления разных способов гидрообработки пласта: низконапорного увлажнения (низконапорной пропитки), гидрорыхления и гидроотжима. Здесь под оптимальными понимаются такие значения давления и темпа нагнетания, при которых цель способа гидрообработки достигается за минимальное время.

Целью низконапорного увлажнения является максимальная равномерность распределения жидкости по пласту. Это возможно, если жидкость поступает из скважины по природным трещинам без их скачкообразного развития и далее - в микротрещины и поры. Метод АЭ дает возможность определить критическое давление жидкости в конкретной выработке, при превышении которого начинается принудительное развитие трещин. Ему соответствует оптимальный темп нагнетания, замерив который можно оценить требуемое время на увлажнение массива и, следовательно, приемлем ли данный способ с учетом графика горных работ.

Некоторые пласты характеризуются средней фильтрационной способностью. Для них в качестве противовыбросного способа рекомендовано гидрорыхление, целью которого является принудительное развитие сети трещин, из которых далее жидкость поступит в микротрещины и поры. Но интенсивность развития трещин должна быть такой, чтобы к моменту прорыва жидкости по трещинам в выработку в скважину поступило проектное ее количество.

Большинство применяемых в настоящее время на шахтах плунжерных насосных, установок с электроприводом имеют жесткую рабочую характеристику. Для них с возрастанием гидравлического сопротивления скважины давление жидкости возрастает, а темп q сохраняется практически постоянными

Установлено^ что гидрорыхление при условиях q = const, / = I. (средняя длина, f растущих трещин достигнет величины, равной глубине герметизации скважины Л за время /„,„), Q = q„„„-turm, характеризуется увеличением активности- АЭ над фоновым значением на величину J-f, а время /„„„ и темп нагнетания-. связаны с объемом поступившей в скважину жидкости Q следующими соотношениями:

Ji= г; .в, ; Jr,P-ags, (13)

TOS:Si(q)rS2(q)Tarcc,Pn V— параметры, определяемые экспериментально.

Для угольных пластов с низкой водопроницаемостью рекомендуется способ гидрообработки, названный гидроотжимом. Целью гидроотжима является интенсивное разрушение призабойной зоны нагнетаемой в пласт водой и за счет этого разгрузка ее от горного давления и увеличение газопроницаемости способствующее дегазации. Однако интенсивность развития трещин должна быть не настолько большой, чтобы спровоцировать выброс или загазировать выработку. Контролировать интенсивность трещин при этом: можно по активности АЭ. В работе показано, что контрольный параметр гидроотжима — величина выдвигания забоя — функционально связан с суммарным числом импульсов АЭ, зарегистрированных с момента начала отжима.

В шестой главе дается описание разработанных портативных приборов для контроля параметров АЭ, сопровождающей гидрообработку.

Необходимость разработки обусловлена тем, что часто экспериментальные образцы приборов для контроля акустической эмиссии в шахтных условиях (например, производимые НЦ ВНИМИ приборы «Волна», «Импульс», «Ангел») измеряют не активность АЭ, а так называемую «суммарную АЭ» - число превышений регистрируемым сигналом некоторого порогового уровня — уровня дискриминации. В связи с этим были разработаны: специальные: портативные приборы, осуществляющие автоматический подсчет числа, импульсов АЭ в условиях производственных акустических помех со следующими основными функциональными возможностями: амплитуднаяЛ частотная (модель УКАЭ-1) и пространственная (модель УКАЭ-2) селекция полезных сигналов на фоне акустических помех; ручная и автоматическая перестройка чувствительности приемного тракта; выделение- из входных акустических сигналов последовательностей импульсов соответствующих отдельным актам АЭ, и выработка на каждую такую) последовательность по одному импульсу АЭ; подсчет во времени импульсов АЭ для возможности регистрации активности АЭГ а не суммарной АЭ;. "возможность одновременного контроля

акустических сигналов «на слух» с помощью головных телефонов для удобства отстройки от помех и проверки радиуса чувствительности лрибора; искробезопасное исполнение.

Основные технические характеристики одноканалъного устройства контроля акустической эмиссии УКАЭ-1: селекция сигналов АЭ на фоне помех - амплитудная и частотная; коэффициент усиления усилителя с АРУ - 4Л-200;

коэффициент усиления дополнительного усилителя 3; 10; 30; 100; 300; 1000;

уровень амплитудной селекции, мВ: 100; 200; 300; 500; 1000; 2500; частота среза фильтра верхних частот, кГц: 1,0; 1,5; 2,0; индикация числа импульсов АЭ — цифровая, тремя разрядами; индикация текущего времени в минутах - цифровая, двумя разрядами; пределы измерения пикового вольтметра - 0-Л2,5 В; длина кабеля, соединяющего геофон с устройством — до 200 м; тип геофона — СВ-20; уровень и вид взрывозащиты - РО, Иа; защищенность от воздействия окружающей среды — 1Р-54; масса (без геофона с кабелем и без головных телефонов) —3,5 кг; габариты, мм: 220x170x130.

В седьмой главе приводятся результаты экспериментальных исследований на шахтах с «сухой» технологией разработки: фоновой активности АЭ в подготовительных и очистных выработках, зарегистрированной в ремонтную смену перед гидрообработкой пласта, а также активности АЭ при низконапорном увлажнении и низконапорной' пропитке, гидрорыхлении и гидроотжиме пласта, осуществляемых с помощью насосных установок с электроприводом.

Показано, что в подготовительных выработках при остановленных забоях на время выполнения способов гидрообработки пласта фоновая активность АЭ, за редким исключением, равнялась нулю, В очистных выработках, в зависимости от горно-геогогических условий, величины зависания кровли и других факторов, фоновая активность АЭ принимала различные значения - от близких к нулю до 20 имп7ч, однако на лротяжении ремонтной смены, во время которой проводилась гидрообработка пласта, она сохранялась практически неизменной. Это позволило сделать вывод, что фоновую активность АЭ достаточно замерять один раз в смену перед началом гидрообработки.

Исследования низконапорного увлажнения (пропитки) методом АЭ на

десяти шахтопластах в Кузбассе показали, что установленное этим методом

критическое давление, при котором начинается принудительное развитие

трещин нагнетаемой водой, сильно отличается от рекомендуемой

нормативными документами величины, равной.75% от гидростатического

давления, создаваемого вышележащим» народами (щ. та(мь 4).

'ОС Г------------—

ПС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА СПтрвург 03 559 асг

Таблица 4

Оптимальные давления нагнетания определенные методом ЛЭ,

и предельные равные 75% гидростатического давления вышележащих пород, для осуществления низконапорного увлажнения пластов

Производственное объединение Шахта Пласт я, м МПа р МПа.

«Прокопье-вскуголь» «Коксовая» им.Ворошилова «Центральная» Мощный I Внутренний Горелый 400 360 310 7,8 5,2 6,0 4,5 3 5

«Ленинск-уголь» «Чертинская» 3 4 340 350 6,6 6,8 7* 9*

«Северная» Владимиров-ский 360 7,0 8-9

«Северо Кузбассу голь» «Анжерская» Петровский- Тонкий Андреевский Коксовый 680 670 570 13,2 13.0 11.1 8 8 4

Десятый 640 12,5 3-3,5

* Насос не развивал большее давление.

Экспериментальные исследования мониторинга гидрорыхления пласта методом АЭ подтвердили правильность установленных аналитическим путем соотношений, связывающих параметры АЭ и гидрорыхления (13). Вид этих зависимостей, установленный при гидрорыхлении пласта Коксового на шахте «Анжерская», показан на. рис.6 — рис.8, а значения входящих в них

коэффициентов приведены в соотношениях (14) и (15):

/и™=53,3(2-0,01)2,

ч —

* *1ЛТ

53,3(6-0,01)2

0,9 10"3-

/ + 0,27-10"1

измеряется в л/мин, (7— в- м^Гф Е - в импУмин, / - в мин.

(14)

(15)

где?

При экспериментальных исследованиях методом АЭ гидроотжима пласта установлено, что в случае сохранения параметров гидрообработки (длины скважины и глубины ее герметизации) величина выдвигания забоя линейно связана с суммой импульсов АЭ, зарегистрированных с момента начала отжима. Пример завис им ости; приведен нарис. 9.

Другой контрольный параметр — концентрация метана в атмосфере выработки—позволяет не допуститьзагазирования и оценить эффективность гидроотжима по количествувыделившегося метана из обрабатываемой зоны (регулируемый гидроотжимг авторы: ВИН. Пузырев, В. И. Мурашев, Г.Я. По-левщиков и др.)' Контроль эффективности выполнения других способов

противовыбросной гидрообработки пласта можно также проводить методом текущего прогноза выбросоопасности, включающим спектрально-акустический контроль напряженного состояния пласта и контроль аппаратурой АКМ газового фактора выбросоопасности.

В результате обработки экспериментальных данных были установлены акустико-эмиссионные критерии оптимальности гидравлических параметров для локальной гидрообработки пластов. Согласно этим критериям, активность АЭ должна находиться в следующих пределах:

• для низконапорного увлажнения и пропитки - У^о 2J,/, 2о +2, где У^д соответственно текущее и фоновое значения активности АЭ, зарегистрированные за последовательные 20-минутные интервалы контроля, имп./инт.;

• для гидрорыхления - Jф2 </? < У/. 2 + 10, где Уг и У^ - соответственно текущее и фоновое значения активности АЭ, зарегистрированные за последовательные 2-минутные интервалы контроля, имп./инт.;

• для гидроотжима - +10<У^^+ЮО. При этом имели в виду, что если при верхних предельных значениях активности АЭ отжим будет чрезмерно интенсивным, концентрация метана в атмосфере выработки у забоя превысит предельный уровень, и насос будет отключен аппаратурой газовой защиты.

Таким образом, аппаратура акустического контроля, реализующая методы спектрального анализа и акустической эмиссии, в комбинации с аппаратурой АКМ являются практически достаточными для автоматизированного непрерывного мониторинга основных противовыбросных мероприятий при подземной разработке угольных пластов, склонность к проявлению внезапных выбросов которых установлена по наличию пачек нарушенного угля, выявленных прочностномером.

Этот мониторинг частично реализован на «ОАО «Шахта Первомайская» в Кузбассе.

В восьмой главе обсуждаются особенности текущего прогноза выбросоопасности, способов борьбы с выбросами и контроля их эффективности на гидрошахтах.

Показано, что текущий прогноз выбросоопасности на гидрошахтах автоматизированно можно выполнять комбинированным методом, включающим контроль газового фактора аппаратурой АКМ и контроль интенсивности развития трещин акустико-эмиссионным методом. Прогноз спектрально-акустическим методом здесь неприменим, т.к. спектральный состав шумов, генерируемых струей воды гидромонитора, воздействующей на пласт, сильно отличается от состава шумов горного оборудования, применяемого на сухих шахтах (аппаратура АК-1 «не слышит» воздействие струи воды гидромонитора на пласт).

Обосновывается, что на гидрошахтах наиболее приемлемы способы борьбы с выбросами, основанные на использовании энергии воды, подаваемой в выработки по высоконапорному водоводу.

На гидрошахтах увлажнение в режимах низконапорного увлажнения (пропитки) и гидрорыхления осуществляется водой из высоконапорного водовода. Поэтому здесь, в отличие от «сухих» шахт, можно реализовать гидрорыхление при постоянной активности АЭ. При этом отбор воды

осуществляется с помощью вентиля управления по схеме, приведенной на рис. 10.

20м

40м

ой

С:

г=№

/ /

10ч

№

Рис. 10. Схема расположения оборудования и приборов при нагнетании воды в угольный пласт через группу скважин, подключенных к высоконапорному водоводу: 1 - участковая задвижка; 2 - технологический высоконапорный водовод; 3 -тройник; 4 - вентиль управления ВУ-1; 5 - счетчик-расходомер высокого давления СРВД-20; 6 - высоконапорный рукав; 7 - запорный вентиль; 8 -накидная гайка; 9 - песчано-цементный раствор; 10 - фильтрующая часть

скважины

Для этого режима гидрообработки ■ установлено, что оптимальные значения активности АЭ, темпа и времени можно определить из следующих соотношений:

вс

д/

, = пте 1п ■

-Ц & 7.

1_0е-Щ

Т\п — /„

1—1 'г-Ы'

1л

ОР

дс-т{1г-1Л

(16)

(17)

(18)

где параметры п„, е, с - определяются экспериментально; все время нагнетания /„„„ разбивается на у равных интервалов контроля длительностью Т; Iо - средняя начальная длина трещин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, изложены научно обоснованные технические и технологические решения по выполнению автоматизированного мониторинга текущего прогноза выбросоопасности, способов противовыбросной гидрообработки угольных пластов и контроля их эффективности на шахтах с механизированной и гидравлической технологиями добычи угля, с помощью единого комплекта аппаратуры, реализующего методы газоаналитического, спектрально-акустического и акустико-эмиссионного контроля горного массива, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие геомеханических и аэрогазодинамических представлений о процессах, происходящих в массивах горных пород, и в целом в угледобывающую отрасль.

Основные научные результаты и выводы заключаются в следующем.

1. Показано, что для повышения надежности и эффективности, снижения трудоемкости и продолжительности противовыбросных мероприятий, а также влияния субъективного фактора на принятие решений по обеспечению выбросообезопасности необходимо модернизировать противовыбросные мероприятия путем автоматизации их мониторинга с помощью геофизических методов контроля состояния горного массива.

2. Установлено, что отношение амплитуд высокочастотной и низкочастотной частей спектра акустических шумов работающего горного оборудования экспоненциально зависит от произведения разности частот, на которых произведены измерения амплитуд шумов, и отношения средних предельных и действующих в массиве напряжений на участке между источником и приемником шума.

3. Концентрация метана в атмосфере выработки функционально связана с давлением метана в пласте, газопроницаемостью пласта, вязкостью метана и расходом воздуха, подаваемого на проветривание выработки, и характеризует газовый фактор выбросоопасности.

4. Установлено, что показатель выбросоопасности, равный отношению амплитуд высокочастотной и низкочастотной частей спектра акустических шумов работающего горного оборудования, имеет предельное значение, равное 5,5 - в неопасной зоне пласте, а с ростом давления газа и снижением прочности угля уменьшается по обратно экспоненциальной зависимости.

5. Показано, что из всего множества способов борьбы с внезапными выбросами угля и газа автоматизированный мониторинг необходим для контроля способов гидрообработки и должен обеспечивать соответствующий режим внедрения жидкости в пласт, который интегрально характеризуется активностью акустической эмиссии.

б.Установлено, что активность АЭ пласта при давлении жидкости, меньшем критической величины, равна фоновой активности АЭ, замеренной до начала нагнетания. При превышении давлением критической величины активность АЭ приобретает дополнительную составляющую, которая

определяется пористостью и водопроницаемостью пласта, вязкостью жидкости, перепадом давления жидкости от стенок трещин до фронта фильтрации, геометрическими размерами и углами ориентации развивающихся трещин, соотношением вертикальной и горизонтальной составляющих горного давления, механическими свойствами пласта и временем нагнетания.

7. Установлено, что при гидрорыхлении пласта насосами с жесткой рабочей характеристикой между максимальными начальными значениями активности АЭ и объемом жидкости, закачанной в скважину до прорыва ее на забой, существует обратная степенная зависимость, а между суммарным числом импульсов АЭ от начала гидроотжима и величиной выдвигания забоя существует линейная зависимость.

8. Обосновано, что для мониторинга большинства противовыбросных мероприятий на гидрошахтах целесообразно использовать два метода автоматизированного контроля: акустической эмиссии и газоаналитический по концентрации метана в атмосфере выработки. Метод спектрально-акустического прогноза выбросоопасности здесь неприменим, т.к. частотный диапазон, в котором работает метод, лежит выше спектра шумов гидромонитора.

9. Разработана аналитическая шахтная многофункциональная система для автоматизированного текущего прогноза выбросоопасности на основе газоаналитической шахтной многофункциональной системы «Микон 1Р», системы автоматического газового контроля и автоматической газовой защиты «Метан» и аппаратуры спектрально-акустического прогноза (контроля) выбросоопасности АК-1.

10. Обоснован специализированный контрольно-измерительный вычислительный комплекс для осуществления автоматизированного мониторинга основных противовыбросных мероприятий, содержащий ЭВМ, тракт акустического контроля, реализующий методы спектрально-акустический и акустической эмиссии, и тракт газоаналитического контроля концентрации метана в атмосфере выработки.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шадрин А. В. Способ сигнализации о происшедшем внезапном выбросе угля и газа и устройство для его осуществления // Управление вентиляцией и газодинамическими явлениями в шахтах: сб. науч. тр. / ИГД СО РАН. - Новосибирск, 1979. С. 48-51.

2. Шадрин А. В. Сейсмоакустическая реакция угольного массива на процесс его гидрообработки // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1983. - №6. - С. 29-34.

3. Пузырев В. Н. Исследование влияния параметров гидрорыхления на активность акустической эмиссии / В. Н. Пузырев, А. В. Шадрин, В. И. Крючков // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело: науч.-техн. реф. сб./ ЦНИЭИуголь. - 1983. - №5. - С. 14-15.

4. Шадрин А. В. Теоретические основы автоматической регулировки параметров нагнетания на базе непрерывного сейсмоконтроля при гидрообработке угольных пластов. - Кемерово, 1983. - 11 с. Рукопись представлена ВостНИИ. Деп. в ЦНИЭИуголь 7.12.83, №2661.

5. Пузырев В. Н. Сейсмоакустический способ контроля параметров гидрорыхления / В. Н. Пузырев, А. В. Шадрин // Уголь Украины. - 1984, №7.-С. 37-38.

6. Шадрин А. В. Основные технические характеристики комплекта приборов для оптимизации параметров гидрообработки // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело: Реф. карты ЦНИЭИуголь. - 1984. -Вып. 2, серия 6. - Карта №17.

7. Пузырев В. Н. Сейсмоакустический метод определения предельного давления нагнетания жидкости при увлажнении угольных пластов / В. Н. Пузырев, А. В. Шадрин // Вопросы предотвращения внезапных выбросов: науч. сообщ. / ИГД им. А. А. Скочинского.-М, 1987. - С. 92-99.

8. Шадрин А. В. Акустическая эмиссия выбросоопасных пластов. Обзорная информация / А. В. Шадрин, В. С. Зыков; ЦНИЭИуголь. - М., 1991.-42 с.

9. Шадрин А. В. Установка для исследования спектрального состава давления воздуха / А. В. Шадрин, Г. И. Зайцев, О. П. Сидоркина // Физ.-техн. пробл. разработки полезных ископаемых. - 1991. - №2. - С. 85-89.

10. Пузырев В. Н. Обеспечение выбрособезопасности на гидрошахтах Кузбасса / В. Н. Пузырев, В. А. Рудаков, А. В. Шадрин и др. // Безопасность труда в промышленности. - 1991. -№12.-С.28-31.

11. Шадрин А. В. Спектральный состав давления воздуха в шахтном трубопроводе / А. В. Шадрин, Г. И. Зайцев, О. П. Сидоркина // Известия вузов, Горный журнал. - 1992. - №12. - С. 56-59.

12. Rudakov V. A., Shadrin A. V. Sadden Coal and Gas Outbursts Forecast at Kuzbass Mines: Coalbed Methan: Forecasting, Monitoring, Utilization; the first English language issue ofCBM Center's News letters. - 1995. - Pp. 3-5.

13. Рудаков В. А. Особенности обеспечения противовыбросных мероприятий при гидротехнологии добычи угля в Кузбассе / В. А. Рудаков, А. В. Шадрин, В. А. Ковалев, В. А. Кнуренко // Вестник КузГТУ. - 1998. -№4.-С.27-29.

14. Егоров П. В. Выбросоопасность угольных пластов шахты «Красногорская» в зонах их вскрытия в нетронутом массиве / П. В. Егоров, В. А. Рудаков, А. В. Шадрин, В. А. Ковалев // Вестник КузГТУ. - 1998. - №5. - С. 1417.

15. Мирер С. В. Спектрально-акустический прогноз выбросоопасности угольных пластов / С. В. Мирер, О. И. Хмара, А. В. Шадрин. - М.-Кемерово: Кузбассвузиздат, 1999. - 92 с.

16. Шадрин А. В. Акустоэмиссионный мониторинг профилактической гидрообработки угольных пластов // Физ.-техн. пробл. разработки полезных ископаемых. - 2000. - №5. - С. 98-102.

17. Егоров П. В. Выбрособезопасность на гидрошахтах Кузбасса / П. В. Егоров, В. А. Рудаков, А. В. Шадрин, В. А. Ковалев и др. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000. — 153 с.

18. Шадрин А. В. О непрерывном дистанционном контроле напряженного состояния массива спектрально-акустическим методом // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: труды V международной конференции / СибГИУ. -Новокузнецк, 2000. - С. 173-175.

19. Шадрин А. В. Основы автоматизированного непрерывного ГДЯ-мониторинга на угольных шахтах Кузбасса / А. В. Шадрин, В. А. Коновален-ко // Вестник КузГТУ. - 2001. - №3. - С. 28-31.

20. Шадрин А. В.Применение спектрально-акустического прогноза выбросоопасности на шахтах Кузбасса / А. В. Шадрин, В. А. Коноваленко, B. А. Рудаков, С. Е. Трусов и др. // Вестник КузГТУ. - 2002. - №2. - С. 31-39.

21. Шадрин А. В. Критерии выбросоопасности, применяемые и разрабатываемые для угольных шахт Кузбасса / А. В. Шадрин, П. В. Егоров, С Е. Трусов // Вестник КузГТУ. - 2003. - №4.-С. 14-20.

22. Шадрин А. В. Полуавтоматизированный комбинированный текущий прогноз выбросоопасности // Динамика и прочность горных машин. Сборник докладов. Т. 1.- Новосибирск: Институт горного дела СО РАН, 2003. - С. 104-112.

23. Шадрин А. В. Автоматизация мониторинга противовыбросных мероприятий - назревшая необходимость развития технологий подземной добычи угля / А. В. Шадрин, О. Я. Шадрина, А. О. Чугулев // Региональные проблемы устойчивого развития природоресурсных регионов и пути их решения: труды IV Всероссийской научно-практической конференции. -Кемерово: ИУУ СО РАН. - 2003: - В 2 томах. - С. 484-488.

24. Шадрин А. В. Поэтапный переход от текущего прогноза выбросо-опасности «по шпуру» к автоматизированному прогнозу на ОАО «Шахта «Первомайская» / А. В. Шадрин, А. О. Чугулев, С. Е. Трусов, В. А. Рудаков // Региональные проблемы устойчивого развития природоресурсных регионов и пути их решения: труды IV Всероссийской научно-практической конференции. - Кемерово: ИУУ СО РАН. - 2003: - В 2 томах. - С. 489-493.

25. Пузырев В. Н. А.с. 911048 (СССР), М.Кл. Е 21 F 5/02. Способ профилактической обработки горного массива и устройство для его осуществления / В.Н. Пузырев, А. В. Шадрин, Г. Ф. Спирина, В. И. Крючков и др. - Опубл. Б.И. - 1982. - №9.

26. Шадрин А. В. А.с. 994718 (СССР), М.Кл. Е 21 С 7/00; G 0Ш 11/26. Устройство для измерения выхода буровой мелочи / А. В. Шадрин, Е. А. Соколов, В. Н. Пузырев, Г. Ф. Спирина. - Опубл. в Б.И. - 1983. - №5.

27. Зайцев Г. И. Патент РФ №2040789 на изобретение, М.Кл. G 01 N 29/02. Способ измерения физических параметров веществ. / Г. И. Зайцев, А. В. Шадрин, В. П. Бервено. - Опубл. в Б.И. - 1995. - №21.

28. Зайцев Г. И. Патент РФ №2052774 на изобретение, М.Кл. О 01 Н 5/00. Ультразвуковое устройство для измерения физических параметров жидких сред / Г. И. Зайцев, А. В. Шадрин, В. П. Бервено. - Опубл. в Б.И. - 1996. - №2.

29. Шадрин А. В. Патент РФ на полезную модель № 34202, МПК Е 21 Б 5/00. Аналитическая шахтная многофункциональная система / А. В. Шадрин, В. А. Рудаков, С. Е. Трусов.-Опуб. в Бюл. - 2003. - №33.

30. Шадрин А. В. Патент РФ на изобретение №2231649, МПК Е 21 Б 5/00. Способ текущего прогноза внезапных выбросов угля и газа. - Опубл. в Бюл.-2004.-№ 18.

Подписано в печать 9.06.2004 г. Печать офсетная. Печ. л. 2,7. Тираж 100 экз. Заказ № 138/616

ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет». 650043, г. Кемерово, ул. Красная, 6.

Отпечатано в типографии издательства ЗАО «Кузбассвузиздат». 650043, г. Кемерово, ул. Ермака, 7.

#15596

Содержание диссертации, доктора технических наук, Шадрин, Александр Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

• 1. ОРГАНИЗАЦИЯ МОНИТОРИНГА ПРОТИВОВЫБРОСНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ ИХ АВТОМАТИЗАЦИИ.

1.1. Проявление газодинамических явлений на шахтах Кузбасса и мероприятия по их предотвращению.

1.2. Организация и мониторинг прогноза внезапных выбросов.

1.3. Мониторинг способов предотвращения внезапных выбросов и контроля их эффективности.

1.3.1. Способы, режимы и насосные установки, применяемые для гидрообработки угольных пластов.

1.3.2. Мониторинг гидрообработки угольных пластов.

1.4. Мониторинг операций контроля эффективности способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа.

1.5. Мониторинг мероприятий по предотвращению внезапных выбросов на гидрошахтах Кузбасса.

1.6. Методологические основы и задачи исследований, направленных на обеспечение автоматизированного мониторинга противовыбросных мероприятий.

2. УСТАНОВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ ОСНОВНЫМИ ФАКТОРАМИ РАЗВЯЗЫВАНИЯ ГДЯ

И ПАРАМЕТРАМИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ГОРНОГО МАССИВА.

2.1. Обоснование наиболее информативных факторов и параметров, ф характеризующих противовыбросные мероприятия.

2.2.Мониторинг фактора напряженного состояния развязывания ГДЯ спектрально-акустическим методом контроля массива.

2.3.Мониторинг газового фактора развязывания ГДЯ с помощью аппаратуры контроля метана.

2.4.Структура показателя выбросоопасности: статическая и динамическая составляющие.

2.5. Выводы.

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОЛУАВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ТЕКУЩЕГО ПРОГНОЗА ВНЕЗАПНЫХ ВЫБРОСОВ УГЛЯ И ГАЗА.

3.1. Предпосылки разработки полуавтоматизированного метода текущего прогноза выбросоопасности. ф 3.2. Адаптация метода спектрально-акустического прогноза выбросоопасности на шахтах Кузбасса.

3.2.1. Используемая аппаратура.

3.2.2. Результаты испытаний метода спектрально-акустического прогноза выбросоопасности на шахтах Южного Кузбасса.

3.2.3. Результаты испытаний метода спектрально-акустического прогноза выбросоопасности на шахтах Северного Кузбасса.

3.2.3.1. Исследования на шахте «Березовская» АОЗТ

Северокузбассуголь».

3.2.3.2. Исследования на ОАО «Шахта «Первомайская».

3.3. Полуавтоматизированный текущий прогноз внезапных выбросов угля и газа с раздельным учетом основных факторов выбросоопасности.

3.4. Полуавтоматизированный комплексный текущий прогноз внезапных выбросов угля и газа с взаимоучетом основных факторов выбросоопасности.

3.5. Выводы.

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ТЕКУЩЕГО ПРОГНОЗА ВНЕЗАПНЫХ ВЫБРОСОВ УГЛЯ И ГАЗА.

4.1. Предпосылки разработки метода автоматизированного текущего прогноза выбросоопасности.

4.2. Критерий выбросоопасности на подготовительной стадии.

4.3. Критерий выбросоопасности на стадии потери устойчивости.

4.4. Работа аналитической шахтной многофункциональной системы при автоматизированном текущем прогнозе внезапных выбросов угля и газа.

4.5. Сравнительный анализ критериев выбросоопасности методов текущего прогноза.

4.6. Выводы.

5. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОНИТОРИНГА ПРОЦЕССА ВЫПОЛНЕНИЯ СПОСОБОВ ПРОТИ-ВОВЫБРОСНОЙ ГИДРООБРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

ДЛЯ ШАХТ С «СУХОЙ» ТЕХНОЛОГИЕЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ.

5.1. Обоснование возможности применения метода акустической эмиссии для классификации способов (режимов) гидрообработки.

5.1.1. Общая формулировка задачи.

5.1.2. Исследование зависимости активности акустической эмиссии от гидравлических параметров способов гидрообработки.

5.2. Акустико-эмиссионные критерии оптимальности параметров нагнетания для основных способов гидрообработки.

5.2.1. Критерии оптимальности параметров для низконапорного увлажнения и низконапорной пропитки угольного пласта.

5.2.2. Критерии оптимальности параметров для гидрорыхления пласта.

5.3. Критерии оптимальности параметров для двухэтапного увлажнения пласта.

5.4. Критерии оптимальности параметров для гидроотжима пласта.

5.5. Выводы.

6. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ

ПРИБОРОВ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ АКТИВНОСТИ АЭ.

6.1. Устройство контроля акустической эмиссии УКАЭ-1 с амплитудной и частотной селекцией импульсов АЭ.

6.2. Устройство контроля акустической эмиссии УСК-3 с амплитудной, частотной и пространственной селекцией импульсов АЭ.

6.3. Выводы. 7. ОРГАНИЗАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОНИТОРИНГА МЕТОДОМ АЭ ЛОКАЛЬНЫХ СПОСОБОВ ПРОТИВОВЫБРОСНОЙ ГИДРООБРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ НА ШАХТАХ С «СУХОЙ» ТЕХНОЛОГИЕЙ.

7.1. Фоновая активность АЭ.

7.2. Активность АЭ при низконапорном увлажнении и пропитке.

7.3. Активность АЭ при гидрорыхлении пластов.

7.4. Активность АЭ при двухэтапном увлажнении пластов.

7.5. Активность АЭ при гидроотжиме пластов.

7.6. Автоматизированный мониторинг способов профилактической гидрообработки выбросоопасных пластов при использовании насосных установок с нерегулируемыми параметрами нагнетания.

7.6.1. Определение акустико-эмиссионных критериев оптимальности * гидравлических параметров локальных способов гидрообработки пластов.

7.6.2. Выбор наиболее приемлемых способов гидрообработки для конкретных условий и обоснование оптимальных технологических параметров для имеющейся насосной установки.

7.7. Выводы.

8. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ МОНИТОРИНГ МЕРОПРИЯТИЙ

ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ВНЕЗАПНЫХ ВЫБРОСОВ НА ГИДРОШАХТАХ.

8.1. Особенности мониторинга способов противовыбросной щ гидрообработки угольных пластов на гидрошахтах.

8.2. Обоснование автоматизированного непрерывного мониторинга методом АЭ противовыбросной гидрообработки угольных пластов водой из высоконапорного водовода в режимах низконапорного увлажнения и гидрорыхления.

8.3. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Автоматизированный мониторинг противовыбросных мероприятий при разработке угольных пластов"

Актуальность работы. Газодинамические явления (ГДЯ) на угольных шахтах и наиболее сложные из них - внезапные выбросы угля и газа - опасны своими катастрофическими последствиями. Так, внезапные выбросы, происшедшие на шахтах «Первомайская» в 1995 г., «№12» в 1997 г., «Красногорская» в 2000 г., «Коксовая» и «Абашевская» в 2001 г. сопровождались гибелью 24 человек и большим материальным и моральным ущербом.

В Кузбассе - основном угольном регионе России, в настоящее время 23 шахты отрабатывают пласты с мероприятиями по прогнозу и предотвращению этих явлений. Помимо Кузбасса, проблема мониторинга отработки выбросоопасных угольных пластов с целью обеспечения выбрособезопасности остро стоит в Печорском угольном бассейне и на шахтах Ростовской области в России, на шахтах Украины, Казахстана, Австралии, ЮАР и ряда других государств.

То же относится к способам борьбы с внезапными выбросами и контролю эффективности их применения. Мониторинг этих способов либо отсутствует, либо осуществляется по устаревшим методикам, либо с помощью приборов, неадекватно оценивающих характер воздействия на горный массив. Так, например, способы гидрообработки пласта различаются интенсивностью развития трещин, а контролируются по давлению нагнетания, устанавливаемому в зависимости от веса вышележащих пород, без учета большого числа параметров, определяющих условия развития трещин и фильтрации жидкости в уголь. В результате гидрообработка пласта часто бывает недостаточно эффективна.

Идея работы состоит в установлении наиболее информативных факторов и параметров, характеризующих противовыбросные мероприятия, обосновании минимально возможного набора геофизических методов для их контроля и разработке на их основе специализированного контрольно-измерительного вычислительного комплекса для автоматизированного мониторинга большинства противовыбросных мероприятий.

Задачи исследований: • разработать методологию автоматизированного мониторинга противовыбросных мероприятий;

• разработать методы автоматизированного текущего прогноза выбросоопасности;

• разработать малогабаритное оборудование для контроля параметров акустической эмиссии;

Объекты исследований: методы текущего прогноза выбросоопасности, локальные способы борьбы с внезапными выбросами угля и газа, методы контроля эффективности способов борьбы с внезапными выбросами.

Научные положения, выносимые на защиту:

• для автоматизированного мониторинга противовыбросных мероприятий достаточно трех геофизических методов контроля напряженного состояния газонасыщенного горного массива: спектрально-акустического, акустической эмиссии и газоаналитического;

• динамическая выбросоопасность, имеющая место в движущемся забое, в зависимости от свойств горного массива, горно-геологических факторов и скорости ведения выработки, существенно превышает статическую выбросоопасность, определенную в остановленном забое, и поэтому точно может быть оценена только в процессе ведения выработки геофизическими методами, не мешающими выполнению горных работ;

• при комплексном прогнозе выбросоопасности двумя методами: по начальной скорости газовыделения из шпуров и спектрально-акустическим методом, опасные значения показателя выбросоопасности Пкр, определенного как сумма отношений текущих и предельных значений показателей выбросоопасности по каждому из методов, лежит в области Пкр > 2;

Научная новизна работы заключается:

• в обосновании связи между статической и динамической выбросоопасностью;

• в установлении закономерностей, которым подчиняются параметры акустической эмиссии при различных способах противовыбросной гидрообработки угольных пластов, осуществляемых насосными установками с электроприводом - на «сухих» шахтах, и водой из высоконапорного водовода - на гидрошахтах;

• в установлении особенностей выполнения противовыбросных мероприятий на гидрошахтах.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована'.

• необходимым и достаточным для статистической обработки массивом экспериментальной информации, полученной автором на 11 шахтах, расположенных в Томь-Усинском, Прокопьевско-Киселевском, Беловском, Кемеровском и Анжерском угольных районах Кузбасса, а также использованием опубликованных результатов исследований других авторов, выполненных на шахтах Донбасса и Карагандинского угольного бассейна;

• качественным соответствием теоретически установленных закономерностей реальным процессам, зарегистрированным при t экспериментальных исследованиях на «сухих» шахтах и гидрошахтах.

Личный вклад автора состоит в следующем:

• в разработке методологии автоматизированного мониторинга противовыбросных мероприятий;

• в разработке исследовательской аппаратуры контроля параметров АЭ с амплитудной, частотной и пространственной селекцией полезных сигналов на фоне помех. щ Научное значение работы заключается в установлении функциональных связей между показателем выбросоопасности, контрольными параметрами способов противовыбросной гидрообработки угольных пластов (объемом закачанной в скважину жидкости - при увлажнении пласта, и величиной выдвигания забоя - при его гидроотжиме), с одной стороны, и параметрами геофизических методов, привлеченных для автоматизированного мониторинга противовыбросных мероприятий, с другой стороны.

Ф Практическая иенность работы заключается в разработке исследовательской аппаратуры и нормативно-методических материалов для автоматизированного мониторинга комплекса противовыбросных мероприятий, включающих текущий прогноз выбросоопасности, способы противовыбросной гидрообработки угольных пластов и контроль эффективности выполнения способов борьбы с внезапными выбросами угля и газа на шахтах с «сухой» технологией разработки и гидрошахтах, а также в получении новых знаний, используемых в практике научных исследований и учебном процессе.

1. Методика определения оптимальных гидравлических параметров локальной гидрообработки выбросоопасных угольных пластов с использованием сейсмоакустического метода: утв. ВПО «Кузбассуголь» 04.01.86. - Кемерово, 1986.

Госгортехнадзора России от 04.04.00 №14. - М.: Государственное предприятие НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2000».

Инновация и изобретение года - 2002» и дипломом I степени конкурса «Инновация и изобретение года - 2003», «проводимых администрацией Кемеровской области, Кузбасской торгово-промышленной палатой и Кемеровским областным советом Всероссийского общества изобретателей и рационализаторов.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Шадрин, Александр Васильевич

8.3. Выводы

1. Из всей совокупности противовыбросных мероприятий на гидрошахтах автоматизирован мониторинг следующих из них:

• текущий прогноз выбросоопасности при проведении скатов по концентрации метана в атмосфере выработки, регистрируемой аппаратурой АКМ;

• процесс гидровымывания опережающей щели и контроль эффективности этого мероприятия по показаниям аппаратуры АКМ;

• определение приемлемости способа гидрообработки и оптимальных параметров низконапорного увлажнения, пропитки и гидрорыхления методом АЭ (выполняется исследовательскими организациями).

2. На гидрошахтах неприменим спектрально-акустический метод контроля напряженного состояния горного массива, т.к. спектр акустических шумов, генерируемых разрушаемым горным массивом под действием струи гидромонитора, существенно отличается от спектра шумов, производимого режущими органами оборудования, используемого при проведении выработок на «сухих» шахтах, для которых разрабатывался этот метод.

3. При автоматизированном мониторинге методом АЭ способов противовыбросной гидрообработки пластов на гидрошахтах в сравнении с «сухими» шахтами выявлены следующие особенности.

• Гидрообработка осуществляется водой из высоконапорного водовода при примерно постоянном давлении в 12 МПа и темпе, регулируемом вентилем управления в пределах 0-150 л/мин.

• Выбор способа противовыбросной гидрообработкки на гидрошахтах определяется совместимостью способа с гидротехнологией. По совместимости в порядке ее убывания способы можно расположить в следующем порядке: гидровымывание опережающих полостей, увлажнение в режимах гидрорыхления и низконапорного увлажнения (пропитки). Совместимость и приемлемость гидроотжима и гидроразрыва пласта на гидрошахтах не исследовались, т.к. достаточно хорошая фильтрационная способность угля на действующих глубинах не предполагает применение этих способов.

• Областью применения противовыбросных способов являются выбросоопасные зоны, которые могут встречаться только при вскрытии пластов, при проведении аккумулирующих штреков и при проведении выработок под межучастковыми целиками вышележащих пластов.

4. Для приблизительной оценки давления и темпа увлажнения целесообразно использовать установленные зависимости этих параметров от выхода летучих. Более точно оптимальные давление и темп можно установить методом АЭ, как для «сухих» шахт, или по кривой зависимости темпа от давления нагнетания.

5. Применение метода АЭ при высокой концентрацией горных работ на гидрошахтах Прокопьевского района Кузбасса, обусловленной близким расположением одновременно отрабатываемых крутых пластов и применением системы разработки с подэтажной гидроотбойкой угля, осложнено высокой интенсивностью импульсных акустических шумов, производимых кусками отбитого и транспортируемого водным потоком угля.

Определение оптимальных параметров увлажнения в этих условиях возможно либо при временном прекращении работ гидромониторов в зоне чувствительности геофона, либо путем селекции и счета импульсных акустических помех оператором «на слух» с последующим вычитанием результата счета из показаний счетчика импульсов АЭ прибора УКАЭ-1 в конце каждого интервала контроля. Такая селекция шумов возможно при интенсивности помех не свыше 10-15 имп./мин.

6. Из-за отсутствия серийно выпускаемых приборов для контроля активности АЭ метод доступен только исследовательским организациям.

7. При высоких значениях темпа нагнетания воды в скважины, достижимых при отборе ее из высоконапорного водовода, для снижения вероятности преждевременного прорыва воды в выработки целесообразно осуществлять нагнетание в режиме, характеризующемся постоянной активностью акустической эмиссии. Оптимальное значение активности АЭ, темп и время нагнетания определяются путем контроля гидрообработки методом АЭ в процессе опытных нагнетаний в соответствии с разработанным в данной работе алгоритмом.

304

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные результаты и выводы заключаются в следующем.

6.Установлено, что активность АЭ пласта при давлении жидкости, меньшем критической величины, равна фоновой активности АЭ, замеренной до начала нагнетания. При превышении давлением критической величины активность АЭ приобретает дополнительную составляющую, которая определяется пористостью и водопроницаемостью пласта, вязкостью жидкости, перепадом давления жидкости от стенок трещин до фронта фильтрации, геометрическими размерами и углами ориентации развивающихся трещин, соотношением вертикальной и горизонтальной составляющих горного давления, механическими свойствами пласта и временем нагнетания.

8. Обосновано, что для мониторинга большинства противовыбросных мероприятий на гидрошахтах целесообразно использовать два метода автоматизированного контроля: акустической эмиссии и газоаналитический по концентрации метана в атмосфере выработки. Метод спектральноакустического прогноза выбросоопасности здесь неприменим, т.к. частотный диапазон, в котором работает метод, лежит выше спектра шумов гидромонитора.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Шадрин, Александр Васильевич, Кемерово

1. Ковалев В.А. Выбросо- и ударобезопасность на пластах гидрошахт Кузбасса/ В.А. Ковалев, В.Д. Славников, А.В. Шадрин и др.// Подземная разработка месторождений полезных ископаемых/ КузГТУ. Кемерово, 2000. С. 386-411.

2. Рудаков В.А. Научные основы прогноза опасных газопроявлений на шахтах Кузбасса / В.А. Рудаков, С.И. Денисенко, В.В. Сидорчук, Н.Н. Волков. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000. - 67 с.

3. Зыков B.C. Прогноз и предотвращение внезапных выбросов угля и газа в очистных забоях угольных шахт/ B.C. Зыков, П.В. Егоров, П.В. Потапов и др. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2003. - 198 с.

4. Шадрин А.В. Критерии выбросоопасности, применяемые и разрабатываемые для угольных шахт Кузбасса/ А.В. Шадрин, П.В. Егоров, С.Е. Трусов // Вестник КузГТУ. 2003. - №4.-С. 14-20.

5. Ходот В.В. Внезапные выбросы угля и газа. М.: Гос. науч.-техн. изд-во лит-ры по горному делу, 1961. - 364 с.

6. Чернов О.И. Прогноз внезапных выбросов угля и газа / О.И. Чернов, В.Н. Пузырев. М.: «Недра», 1979. - 296 с.

7. Зыков B.C. Предупреждение газодинамических явлений при проведении выработок по угольным пластам/ B.C. Зыков, А.В. Лебедев, А.В. Сурков. Кемерово, 1997. - 262 с.

8. Кнуренко В.А. Зональность газодинамических явлений в шахтах Кузбасса / В.А. Кнуренко, В.А. Рудаков. Кемерово: КузГТУ, 1998. - 227 с.

9. Кнуренко В.А. Региональный прогноз выбросоопасности угольных пластов Кузбасса/ В.А. Кнуренко, В.А. Рудаков, П.В. Егоров, А.В. Сурков. Кемерово: Академия горных наук, 1997. - 119 с.

10. Сидорчук В.В. Прогнозирование опасных газопроявлений в шахтах Ленинского района Кузбасса/ В.В. Сидорчук, П.В. Егоров, В.А. Кнуренко, В А. Рудаков и др. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000. - 137 с.

11. Егоров П.В. Оценка опасности газопроявлений и обрушений при разработке угольных пластов на горизонте ±0 м шахты №12 Киселевского месторождения/ П.В. Егоров, В.А. Рудаков, Ю.В. Куртобашев, В.М. Рыч-ковский. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000. - 112 с.

12. Кнуренко В.А. Экспертная оценка тектоники и построения зон газодинамических проявлений при отработке пластов Ленинского месторождения/ В.А. Кнуренко, Н.М. Хвещук, В.В. Сидорчук, И.Г. Осколков и др. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2001. - 168 с.

13. Ольховиченко А.Е. Прогноз выбросоопасности угольных пластов. М.: «Недра», 1982.-278 с.

14. Вылегжанин В.Н. Структурные модели горного массива в механизме геомеханических процессов/ В.Н. Вылегжанин, П.В. Егоров, В.И. Му-рашев. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990. 295 с.

15. Петухов И.М. Механика горных ударов и выбросов/ И.М. Петухов, A.M. Линьков. М.: «Недра», 1983. -280 с.

16. Мурашев В.И. Разработка научных основ безопасного ведения горных работ в угольных шахтах на основе исследования геомеханическихпроцессов. Автореф. дисс. на соискание уч. степ. докт. техн. наук. М., 1980.-35 с.

17. А.с. СССР № 1384789, М. кл. Е 21 F 5/00. Способ определения выбросоопасности угольных пластов./ М.И. Болыыинский и др. Опубл. 30.03.88, бюл. № 12.

18. Тельгарин А.Н. Сейсмоакустический прогноз на шахтах./ А.Н. Тельгарин и др. // Безопасность труда в промышленности.-1989.-№10.-С. 59-61.

19. Глушко В.Т. Геофизический контроль в угольных шахтах/ В.Т. Глушко, B.C. Ямщиков, А.А. Яланский. Киев, Наук, думка.- 224 с.

20. Тарасов Б.Г. Физический контроль массивов горных пород/ Б.Г. Тарасов, В.В. Дырдин, В.В. Иванов и др. М.: Недра. 1994. 240 с.

21. Методические указания по шахтной электроразведке малоамплитудных нарушений угольных пластов. Д., 1986.-84 с. (М-во угольной пром-сти

22. СССР. Всесоюз. ордена Трудового Красного Знамени науч.-исслед. ин-т горн, геомех. и маркшейд. дела).

23. Задериголова М.М. Применение радиоволнового метода при изучении деформации горных выработок (Обзор)/ М.М. Задериголова, A.M. Демин. М.: ЦНИЭИуголь, 1972. 52 с.

24. Уткин А.С. Прогнозирование нарушенности горных пород (Обзор). М.: ЦНИЭИуголь, 1973. 69 с.

25. Захаров В.Н. Разработка методологии и обоснование критериев прогнозирования состояния горного массива сейсмоакустическими методами при подземной угледобыче. Автореф. дисс. на соискание уч. степ. докт. техн. наук. М., 2003. 37 с.

26. Бойко Г.К. Прогнозирование выбросоопасности в проходческих комбайновых забоях/ Г.К. Бойко, А.Ф. Липчанский // Уголь Украины.-1986.-№4. С. 41-42.

27. А.с. СССР № 1245715. М. кл. Е 21 F 5/00.Устройство для прогноза выбросоопасности пластов./Л.Ю. Вьюшков и др. Опубл. 23.07.86, бюл. №27.

28. Шульгин Е.И. Выбор словаря признаков системы распознавания ситуаций при прогнозе выбросоопасности сейсмоакустическим методом // Изв. вузов. Горный журнал.-1996.-№1, с. 16-19.

29. Watanabe Y., Nakajima J. The application of AE techniques as a forecasting method to the rock and gas outburst in coal mine. XIX International conference of research institutes in safety in mines. Katowice, Poland, 1981, p.564-573.

30. Brady B.T. Theory of earthquakes, I. A scale independent theory of rock failure. Pure and Appl. Geophys., vol. 112,1974, p. 701-725.

31. Brady B.T. Prediction of failures in mines an overview. U.S. Dept. Of the Interior, Bu Mines RI 8285,1978.-16 p.

32. Brady B.T. Tilt precursors in rock before failure: a laboratory investigation. Bu Mines RI810K 1975. 9p.

33. Шадрин А.В. Акустическая эмиссия выбросоопасных пластов. Обзорная информация/ А.В. Шадрин, B.C. Зыков// ЦНИЭИуголь. М., 1991.-42 с.

34. Hanson D.R. Rock stability analysis by acoustic spectroscopy. Mining Engeneering, Vol. 37, #1. January 1985, p. 54-60.

35. A.c. СССР № 1222853. Способ акустического прогноза выбросоопасности угольных пластов и устройство для его осуществления./ С.В. Мирер и др. Опубл. - 07.04.86, Бюл. №13.-С.130.

36. Зорин А.Н., Акустический способ контроля выбросоопасности пород при комбайновой проходке/ А.Н. Зорин, Е.Д. Ковтун, И.И. Качан // Уголь Украины,- 1987.-№2. С. 29-30.

37. А.с. СССР № 1696729. М. кл. Е 21 F 5/00. Способ прогноза выбросоопасности в очистном или подготовительном забое./ Г.И. Колчин и др. Опубл. 07.12.91, Бюл. №45.

38. Бобров И.А. Совершенствование способа прогноза выбросоопасности по амплитудно-частотным характеристикам акустического сигнала для подготовительных выработок, проводимых буровзрывным способом. Автореф. дисс.канд. тех. наук.-М., 1994. 21 с.

39. Методика по прогнозу выбросоопасных угольных пластов по изменению температуры их в призабойной части.- Киев: Ин-т технической теплофизики АН Украинской ССР. 1988.

40. А.с. СССР № 1559205. М.кл. Е 21 F 5/00. Устройство автоматического контроля выбросоопасности пласта при его выемке./ А.М.Александров и др. Опубл. 23.04.90, Бюл. № 15.

41. Иванов Б.М., Автоматизированный способ прогноза выбросоопасных зон угольных пластов на шахтах Донбасса / Б.М. Иванов, А.Г. Хейфец,

42. B.Д. Аюров // Прогноз и предотвращение внезапных выбросов при проведении подготовительных выработок на выбросоопасных пластах. Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинского, № 252. Москва. 1986.1. C. 70-74.

43. Временная методика прогноза газодинамических явлений с использованием аппаратуры контроля метана при проведении подготовительных выработок. Кемерово: ИУ СО РАН, 1992. - 12 с.

44. Бабенко B.C. Сопоставление различных критериев выбросоопасности угольных пластов при проведении подготовительной выработки / B.C. Бабенко, Е.С. Ткаченко, Е.И. Зеленская // Уголь, №7. 1991.-С. 60-61.

45. Рудаков В.А., Обеспечение контроля выбросоопасности угольных пластов в условиях Кузбасса/ В.А. Рудаков, П.В. Потапов, А.В. Шадрин// Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах.: Тез. докл. Кемерово. 1994.-С. 17-18.

46. Шадрин А.В., Совершенствование автоматизации текущего прогноза выбросоопасности на шахтах Кузбасса/ А.В. Шадрин, В.А. Рудаков // Отчетная сессия Кузбасского РНОК за 1993-1995 гг.: Тез. Докл. -Кемерово: Кузбассвузиздат. 1996.-С.201-202.

47. Азбель М.Д. Некоторые вопросы автоматизации текущего прогноза, обнаружения и контроля развития выбросов угля и газа/ М.Д. Азбель, A.M. трегуб // Автоматизированное управление и связь на угольных шахтах и обогатительных фабриках. М., 1995. - С.51-55.

48. Шадрин А.В. Комплексный аналого-цифровой контроль опасности проявления газодинамических явлений/ А.В. Шадрин, В.А. Рудаков // Безопасность угольных предприятий: Сб. науч. тр./ ВостНИИ,- Кемерово, 2000. С. 63-68.

49. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам (РД 05328-99). Предупреждение газодинамических явлений в угольных шахтах

50. Сборник документов). М.: Государственное предприятие НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2000. - С. 4-119.

51. Методика дифференцированного текущего прогноза опасности газодинамического явлений, выбора и контроля эффективности способов их предотвращения для условий восточных районов. Кемерово: ВостНИИ, 1979. 16 с.

52. Временное руководство по применению автоматизированного метода прогноза выбросоопасных зон угольных пластов и контроля эффективности противовыбросных мероприятий на шахтах Кузбасса. -Москва-Кемерово: ИГД им. А.А. Скочинского, 1992. 16 с.

53. Методика прогноза газодинамических явлений с использованием аппаратуры контроля метана при проведении подготовительных выработок. Кемерово: Ин-т угля СО РАН, 1994. - 48 с.

54. Полевщиков Г.Я. Разработка адаптивных методов предупреждения и локализации динамических газопроявлений при проведении выработок по угольным пластам. Автореф. дисс. на соискание уч. степ. докт. техн. наук. Кемерово, 1998. 48 с.

55. Руководство по применению акустического прогноза и контроля выбросоопасности угольных пластов на шахтах Северного Кузбасса: утв. АООТ «Северокузбасуголь» 20.09.1995. Люберцы-Кемерово, 1995. 9 с.

56. Руководство по применению акустического контроля и прогноза выбросоопасности угольных пластов: утв компанией «Кузнецкуголь» 24.05.94. Люберцы-Новокузнецк, 1994. - 9 с.

57. Ломизе Г.М. Фильтрация в трещиноватых породах. М.: Госгортехиздат, 1951.- 127 с.

58. Ван-Кревелен Д.В., Наука об угле/ Д.В. Ван-Кровелен, Ж.М. Жуер Ж. М.: Госгортехиздат, 1960. 304 с.

59. Яновская М.Ф. Лабораторная оценка способности к увлажнению некоторых углей пластов Донбасса / М.Ф. Яновская, Г.К. Васючкова, Н.Р. Бирюкова-// Научные сообщения ИГД им.А.А.Скочинского, № 157, М., 1977,с.24-31.

60. Журавлев В.П. О методе подсчета количества воды на предварительное увлажнение угольного массива.- // Научные труды КНИУИ, 1963. вып.7, с. 229-232.

61. Шиленков В.П. Модель гетеротрещиноватой среды для исследования процессов предварительного увлажнения угля. -// Научные труды КНИУИ, вып. 28. М.: Недра, 1967, с. 51-55.

62. Морозов И.Ф. Разработка выбросоопасных угольных пластов/ И.Ф. Морозов, Ф.Д. Шевяков, В.Г. Аршава. М.: Недра, 1975. - 205 с.

63. Ножкин Н.В. Заблаговременная дегазация угольных месторождений. М.: Недра, 1979.-271 с.

64. Яновская М.Ф. К методике исследования проникновения воды в насыщенный газом уголь. // Научные сообщения ИГД им. А.А. Ско-чинского, № 94, М., 1972, с. 95-103.

65. Потураев В.Н. Исследование самопроизвольного диспергирования угля применительно к проблеме его бесшахтной добычи / В.Н. Потураев, Ф.А. Абрамов, В.В. Репка. ДАН УССР, серия А (физико-математические и технические науки), № 3. 1982, с. 39-43.

66. Дырдин В.В. Оценка ударо- и выбросоопасности увлажненных зон угольных пластов/ В.В. Дырдин, А.И. Шиканов, О.П. Егоров, Ю.П. Набатников и др. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000. - 134 с.

67. Елкин И.С. Совершенствование методов низконапорного увлажнения угольных пластов. Автореф. дисс. на соискание уч. степ. канд. техн. наук. Кемерово, 2000. 17 с.

68. Пузырев В.Н. Исследование региональных способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа применительно к условиям Кузбасса. -Дис. канд.техн.наук Кемерово: КУзПИ, 1965. -205 с.

69. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа. М.: Недра. 1977. - 159 с.

70. Шатилов В.А. Гидроотжим призабойной зоны угольного пласта как способ борьбы с внезапными выбросами/ В.А. Шатилов, А.В. Котелевец, В.Е. Кулемин // Сборник научных статей МакНИИ, № 19. Макеевка -Донбасс, 1962, с. 3-6.

71. Методика экономической оптимизации вариантов и параметров раздельного или совместного применения дегазации и увлажнения незащищенных выбросоопасных пластов /ВостНИИ. Кемерово, 1980. - 36 с.

72. Elder С.Н., Deul М. Hydraulic stimulation increases degasification rate of coalbeds // BuMines RI 8047, 1975. 17p.

73. Elder C.H. Effects of hydraulic stimulation on coalbeds and associated strata. // BuMines RI 8260, 1977. 20p.

74. Гельфанд Ф.М. Новые способы борьбы с пылью в угольных шахтах / Ф.М. Гельфанд, В.П. Журавлев, А.П. Поелуев, Л.И. Рыжих. М.: Недра, 1975.-288 с.

75. Медведев Б.И. Метод расчета основных параметров микрокапиллярного увлажнения угля/ Б.И. Медведев, И.Ф. Морозов, В.К. Тарасенко. Уголь Украины, 1971, № 4, с. 20-22.

76. Ксенофонтова А.И. Нагнетание воды в угольный пласт и расчет гидравлических параметров пластов/ А.И. Ксенофонтова, А.С. Бурчаков, В.П. Журавлев. Уголь, 1962, № 2, с.30-35.

77. Карагодин JI.H. Расчетно-экспериментальное определение параметров нагнетания воды через глубокие скважины/ Л.Н. Карагодин, Р.Н. Криг-ман. Уголь, 1967, № 9, с.47-50.

78. Чернов О.И. Движение жидкости в угольных пластах / О.И. Чернов, B.C. Черкасов, А.Т. Горбачев. Новосибирск: Наука, 1981. - 129 с.

79. Качармина И.С. О совмещении очистных работ с профилактическим увлажнением массива. Уголь, 1981, № 6, с. 19-21.

80. Временное руководство по применению метода профилактической обработки угольных пластов жидкостью для ведения одновременной борьбы с внезапными выбросами угля и газа, горными ударами, газовыделением и угольной пылью / ВостНИИ. Кемерово, 1966. - 76 с.

81. Шадрин А.В. Метод определения оптимальных параметров профилактической гидрообработки выбросоопасных угольных пластов по акустической эмиссии. Дисс. на соискание уч. степ. канд. техн. наук. Кемерово, 1985. 212 с.

82. Петрухин П.М. Борьба с угольной инородной пылью в шахтах / П.М. Пет-рухин, Г.С. Гродель, Н.И. Жиляев и др.- М.: Недра, 1981. 271 с.

83. Ефремов А.И. Насосная установка УН-2/ А.И. Ефремов, А.С. Чернявский, Л.М. Васильев. Горные машины и автоматика, 1967, № 6, с. 72-74.

84. Васильев Л.М. Изменение гидравлических параметров предварительного увлажнения угольных пластов Донбасса от глубины залегания // Внезапные выбросы на больших глубинах: Сб ст. Киев: Наук, думка, 1979, с. 175-181.

85. Николин В.И. Борьба с выбросами угля и газа в шахтах/ В.И. Николин, И.И. Балинченко, А.А. Симонов. М.: Недра, 1981. - 300 с.

86. Теория и практика экспрессного контроля влажности твердых и жидких материалов. Под общей ред. Е.С. Кричевского. М.: Энергия, 1980. -240 с.

87. Берлинер М.А. Измерение влажности. М.: Энергия, 1973. - 400 с.

88. Грешников В.А. Акустическая эмиссия. Применение для испытаний материалов и изделий/ В.А. Грешников, Ю.Б. Дробот. М.: Изд-во стандартов, 1976. - 272 с.

89. Геомеханические проблемы высокопроизводительной разработки тонких и средней мощности угольных пластов на глубоких горизонтах. Тезисы докладов. Донецк, 1980. - 203 с.

90. Иванов В.В. Определение коэффициента трещиноватости массива горных пород и ориентации преобладающей системы трещин в пространстве/ В.В. Иванов, В.В. Дыр дин, А.Н. Зюзин. Информационный лист № 90-80. -Кемерово: ЦНТИ, 1980. 4 с.

91. Иванов В.В. Оценка среднего коэффициента трещиноватости участков массива горных пород/ В.В. Иванов, ВВ. Дырдин, А.Н. Зюзин. Информационный лист № 101-80. Кемерово: ЦНТИ, 1980. - 4 с.

92. Дубров Н.С., Многопараметрические влагомеры для сыпучих материалов/ Н.С. Дубров, Е.С. Кричевский, Б.И. Невзмин. М.: Машиностроение, 1980. - 144 с.

93. Тарасов Б.Г. Рудничная геоэлектрика/ Б.Г. Тарасов, В.В. Дырдин. М.: Недра, 1977.- 126 с.

94. Рудничная геоэлектрика. Межвузовский сборник, вып. 1. -Кемерово, 1977.-220 с.

95. Тарасов Б.Г. Физический контроль массива горных пород/ Б.Г. Тарасов, В.В. Иванов, В.В. Дырдин, А.Н. Фокин. М.: Недра, 1994. - 240 с.

96. Потапкин И.Ф. Возможность применения радиоволнового метода контроля нарушенное™ кровли очистного забоя / И.Ф. Потапкин, Н.Н. Гавриш // Разработка месторождений полезных ископаемых, 1980, вып. 57, с. 22-25.

97. Глушко В.Т. Геофизический контроль в угольных шахтах / В.Т. Глу-шко, B.C. Ямщиков, А.А. Яланский. Киев: Наук.думка, 1978. - 224 с.

98. Ржевский В.В. Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве/ В.В. Ржевский, B.C. Ямщиков. М.: Наука, 1973. - 224 с.

99. Гречухин В.В. Геофизические методы исследования угольных скважин. -М.: Недра, 1965.-468 с.

100. Правила изготовления взрывозащищенного и рудничного электрооборудования ОАА.684.053-67. М.: Энергия, 1969. - 223 с.

101. И.Ф. Морозов. Микрокапиллярное увлажнение угля в борьбе с внезапными выбросами./Морозов И.Ф., Горелик Л.Г., Столпинская Т.Ю. и др. -Безопасность труда в промышленности, 1974, № 7, с. 38-40.

102. Кочетов В.Г. Оценка результатов гидрорасчленения по динамике пластового давления. Добыча угля подземным способом, 1979, № 2, с. 1979, №2, с. 7-8.

103. Петухов И.М. Геофизические исследования горных ударов / И.М. Петухов, В.А. Смирнов, Б.Ш. Винокур, А.С. Дальнов. М.: Недра, 1975. -136 с.

104. Obert L. Use of subaudible noises for prediction of rock bursts. USBM, RI 3555, 1941.

105. Obert L., Duvall W.J. Use of subaudible noises for prediction of rook bursts. Part II. USBM, RI 3654, 1942.

106. Zuberek Waclaw. Stan bodan se'ismoacustycznych w USA oraz kierunki ich rozwojci. /Przeglad gorniczy, № 7-8, 1976.

107. Рыбкин И.Д. Применение микросейсмического метода в условиях Криворожского бассейна/ И.Д. Рыбкин, В.П. Запольский. Горный журнал, 1951, № 2, с. 7-12.

108. Ветров С.В. Опытное применение пьезоэлектрического прибора. -Горный журнал, 1951, № 2, с. 12-14.

109. Назарный С.А. Установление предупредительных признаков внезапных выбросов угля и газа с помощью микросейсмических приборов. Уголь, 1953, №3, с. 32-37.

110. Ризниченко Ю.В. Сейсмоакустические методы изучения напряженного состояния горных пород на образцах и в массиве / Ю.В. Ризниченко, О.М. Симеза, О.Г. Шамина и др. // Тр. геофизического института АН СССР, 1956, № 34 (161), с. 74-163.

111. Анцыферов М.С. Сейсмоакустические исследования и проблема прогноза динамических явлений/ М.С. Анцыферов, Н.Г. Анцыферова, Я.Я. Каган. М.: Наука, 1971. - 136 с.

112. Константинова А.Г. Сейсмоакустические исследования предвыбросных разрушений угольных пластов. М.: Наука, 1977. - 132 с.

113. Лысенко В.Н. Прогноз выбросоопасных зон по сейсмоакустическим данным // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. № 12, 1978. с. 6-7.

114. Липчанский А.Ф. О пространственной привязке сейсмоакустической шумности к месту воздействия на угольный пласт // Уголь Украины, № 12, 1978, с. 37-38.

115. Сатинов А.С. Сейсмоакустический экспресс-метод контроля выбросоопасности в подготовительных забоях / А.С. Сагинов, Ю.А. Векслер, А.Т. Шакиров // Рудничная геоэлектрика. Межвузовский сборник, вып. 1 Кемерово, 1977, с. 183-187.

116. Векслер Ю.А. Изменение частотного спектра акустического последствия при выбросоопасной ситуации / Ю.А. Векслер, А.Т. Шакиров, Д.Б. Сыздаков // ФТПРГШ, № 4, 1978, с. 113-114.

117. Каган Я.Я. Изучение местоположения очагов сейсмоакустических импульсов в угольном пласте / Я.Я. Каган, И.М. Лавров // Применение сейсмоакустических методов в горном деле. М.: Наука, 1964. С. 117-125.

118. Сахаров Г.Д. Многоканальная аппаратура для сейсмоакустических исследований // Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинского, № 169, 1978, с. 99-101.

119. Макаров В.М. Автоматический счетчик естественных сейсмоакустических импульсов // В кн.: Применение сейсмоакустических методов в горном деле. М.: Наука, 1964, с. 72-78.

120. Automatic roof fall warning system. Mining research review// An annual review of selected mining research activities of the Bureau of Mines. 1978, pp. 18-19.

121. Денисов Д.А. Теория узнавания и проблема прогноза выбросоопасности угольных пластов // В кн.: Создание способов и средств для разработки выбросоопасных угольных пластов. Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинского, вып.169, М., 1978, с. 114-121.

122. Dechman G.H. Itarative approximation techniques for microseismic source location. U.S.Dept. of the Interior, BuMines, RI 8254, 1977. 23p.

123. Watanabe Y., Nakajima J. The application of AE techniques as a forecasting method to the rock and gas outburst in coal mine. XIX International conference of research institutes in safety in mines. Katowice, 5-13 October, 1981, Poland, pp. 564-573.

124. Leighton F., Blake W. Rock noise source location techniques. BuMines RI 7432, 1970.-18 p.

125. Leighton F., Duvall W.J. A least squares method for improving the source location of rook noise. BuMines RI 7627, 1972. 19 p.

126. Blake W. Rock burst mechanics. O. Colo. School of Mines, v. 67, No. 1, 1972.-64 p.

127. Blake W. Design, installation and operation of computer controlled rock burst monitoring systems. Proc. of conf. on acoustic emission in geologic structures and materials. The Penn. State Univ., 1975.

128. Blake W., Leighton F., Duvall .W.J. Microseismic techniques for monitoring the behaviour of rock structures, BuMines Bull. 665, 1974. 65p.

129. Хохолев B.K. О зависимости параметров акустической эмиссии от свойств разрушаемого массива. Разработка месторождений полезных ископаемых, вып. 57, 1980, с. 98-101.

130. Brady B.T. Theory of Earthquakes, I. A scale independent theory of rock failure. Pure and appl. Geophys., Vol. 112, 1974, p. 701-725.

131. Brady В.Т. Seismic precursors before failures in mines. Nature, v. 252, N 5484, 1974, p. 549-552.

132. Brady B.T. Prediction of failures in mines an overview. U.S. Dept. of the Interior, BuMines RI 8285, 1978. - 16 p.

133. Brady B.T. Tilt precursors in rock before failure: a laboratory investigation. BuMines RI 8101, 1975. 9 p.

134. Brady B.T. Anomalous seismicity prior to rock bursts: implication for earthquake prediction. Pure and appl. Geophys., vol. 115, 1977, p. 357-375.

135. Махутов H.A. Сопротивление элементов конструкции хрупкому разрушению. М.: Машиностроение, 1973. - 201 с.

136. Болотин Ю.И Теоретические предпосылки измерения развивающейся трещины с помощью акустической эмиссии / Ю.И. Болотин, В.А. Грешников, Ю.Б. Дробот и др. Измерительная техника, 1974, № 12, с. 64-66.

137. Болотин Ю.И Анализ акустической эмиссии, вызванной ростом трещины в прямоугольной пластине / Ю.И. Болотин, В.А. Грешников, Ю.Б. Дробот и др. Измерительная техника, 1975, № 1, с. 54-57.

138. Gerberich W.W., Hartbower С.Е. Some observations on stress wave emission as a measure of crack growth. Int. J. Fracture Mech., 1967, v.3, p. 181-192.

139. Коломин Р.Г. Применение сейсмоакустического метода в шахтной геологии / Р.Г. Коломин, В.Е. Крупин // Разведка и охрана недр, № 7, 1965, с. 40-43.

140. Гильбертштейн П.Г. Модельные исследования двумерного сейсмического волновода с резкими границами / П.Г. Гильбертштейн, И.И. Гурвич, B.C. Почтовик// Изв. АН СССР. Физика Земли, № 12, 1966, с. 11-27.

141. Анцыферов М.С. Исследование дальности приема сейсмоакустических импульсов / М.С. Анцыферов, я.я. Каган. М.: ИГД им. А.А. Скочинского (ротапринт), 1967. - 35 с.

142. Метод контроля эффективности гидровымывания опережающих полостей с использованием аппаратуры автоматической газовой защиты АГЗ. Информ. листок/ Кемеровский ЦНТИ; №135-78. Кемерово, 1978. -6 с.

143. Митенев В.П. О критерии стоимостной оценки сравнительной эффективности разработки месторождений шахтами и гидрошахтами // Совершенствование способов и средств гидравлической добычи угля: Сб. науч. тр. ВНИИгидроугля. Новокузнецк, 1989. - С. 156-165.

144. Казаков С.П. Развитие гидравлической технологии добычи угля: Обзор/ ЦНИЭИуголь/ С.П. Казаков, А.А. Атрушкевич, Б.П. Одиноков и др.-М„ 1992.-32 с.

145. Об образовании комиссии по определению шахт для перехода на гидравлическую добычу угля: Приказ министра топлива и энергетики № 123 от 14.04.1998.

146. Коденцов А.Я. Гидротехнология на шахтах. М.: Недра, 1984. - 320 с.

147. Мучник B.C. Подземная гидравлическая добыча угля / B.C. Мучник, Э.Б. Голланд, М.Н. Маркус. М.: Недра, 1986. - 223 с.

148. Фрянов В.Н. Прошлое, настоящее и будущее гидротехнологии // Современные технологии разработки полезных ископаемых: Сб. научных работ / СибГИУ. Новокузнецк, 1998. - С. 44-47.

149. Перспективы развития горнодобывающей промышленности: Тез. докл.

150. Международной научно-практической конференции /Под общей ред. В.Н Фрянова, А.И. Федоренко / СибГГМА. Новокузнецк, 1995. - 79 с.

151. Перспективы развития горнодобывающей промышленности: Тез. докл.

152. I Международной научно-практической конференции /Под общей ред. А.И. Федоренко, В.Н Фрянова / СибГГМА. Новокузнецк, 1996. - 160 с.

153. Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Тез. докл. 1 Международной науч,-практ. конференции / СибГГМА. Новокузнецк, 1996. - 79 с.

154. Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых: Межвузовский научно-технический сборник. Вып. 3 / СибГГМА. Новокузнецк, 1997. 177 с.

155. Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Тез. докл. II Международной науч.-практ. конференции / СибГГМА. Новокузнецк, 1997. - 164 с.

156. Современные технологии разработки месторождений полезныхископаемых: Сб. научных работ / СибГИУ. Новокузнецк, 1998. - 207 с.

157. Атрушкевич А.А. Гидротранспорт угольных шахт / А.А. Атрушкевич, С.П. Казаков, Б.М. Стефанюк и др. / КузНЦ АИН РФ. Новокузнецк, 1994. 144 с.

158. Атрушкевич А.А. Сравнительный анализ традиционной гидротехнологии и технологии нового уровня // Современные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Сб. научных работ/ СибГИУ. Новокузнецк, 1998. - С. 48-50.

159. Стефанюк Б.М. Структура воды и осветление шламовых вод физико-электрическим способом // Современные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Сб. научных работ / СибГИУ. -Новокузнецк, 1998. С. 51-53.

160. Атрушкевич О.А. Интегрированная подземная технология добычи угля // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Тез. докл. II Международной науч.-практ. конференции/ СибГГМА. Новокузнецк, 1997. - С. 69-70.

161. Сенкус Вас. Вит. Повышение экономической эффективности работы шахт за счет улучшения качества угля // Современные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Сб. научных работ / СибГИУ. Новокузнецк, 1998. - С. 195.

162. Сенкус В.В. Способ подземной переработки угля на гидроучастках с подземным замкнутым циклом // Современные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Сб. научных работ / СибГИУ. -Новокузнецк, 1998. С. 71-74.

163. Митенев В.П. Научно обоснованная концепция высокоэффективной работы шахт Кузбасса в рыночных условиях // Перспективы развития горнодобывающей промышленности: Тез. докл. III Международной научно-практической конференции / Под общей ред. А.И. Федоренко,

164. B.Н Фрянова / СибГГМА. Новокузнецк, 1996. - С. 32-33.

165. Щемелихин С.И. Адаптация элементов технологий открытых и подземных горных работ при комбинированной отработке запасов угля /

166. C.И. Щемелихин, С.И. Каппес, Е.В. Аладышкин // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Тез. докл. II Международной науч.-практ. конференции / СибГГМА. Новокузнецк, 1997. - С. 148-149.

167. Сенкус В.В. Гидротехнология отработки тонких пластов гидромеханизированным способом // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых: Тез. докл.

168. Международной науч.-практ. конференции / СибГГМА. Новокузнецк, 1997.-С. 44-45.

169. Егоров П.В. Выбрособезопасность на гидрошахтах Кузбасса / П.В. Егоров, В.А. Рудаков, А.В. Шадрин, В.А. Ковалев и др. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000. - 153 с.

170. Фрянов В.Н. Управление геомеханическими процессами при отработке угольных пластов короткими забоями / В.Н. Фрянов, П.В. Егоров, В.А. Ковалев, В.Д. Славников / Академия горных наук. Кемерово, 1999. - 110с.

171. Рудаков В.А. Особенности обеспечения противовыбросных мероприятий при гидротехнологии добычи угля в Кузбассе / В.А. Рудаков, А.В. Шадрин, В.А. Ковалев, В.А. Кнуренко // Вестн. КузГТУ. 1998. -№4.-С. 27-29.

172. Егоров П.В. Выбросоопасность угольных пластов шахты «Красногорская» в зонах их вскрытия в нетронутом массиве / П.В. Егоров, В.А. Рудаков, А.В. Шадрин, В.А. Ковалев// Вестн. КузГТУ. 1998. - №5.-С. 14-17.

173. Ковалев В.А. Адаптация способов прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля и газа к шахтам с гидравлической технологией добычи угля. Автореф. дисс. канд. Техн. Наук. -Кемерово, 2000. 26 с.

174. Система газоаналитическая шахтная многофункциональная «Микон IP»/ Hi III ООО «ИнГорТех». Екатеринбург: «Ирида-пресс», 2003. - 19 с.

175. Руководство по оборудованию и эксплуатации Системы газоаналитической шахтной многофункциональной «Микон 1Р». -Екатеринбург: НЛП ООО «ИнГорТех», 2002. 70 с.

176. Мирер С.В. Спектрально-акустический прогноз выбросоопасности угольных пластов / С.В. Мирер, О.И. Хмара, А.В. Шадрин. М.Кемерово: Кузбассвузиздат, 1999. - 92 с.

177. Ноздрев В.Ф. Молекулярная акустика. М.: Высшая школа, 1974. -288 с.

178. Новик Г.Я. Физико-техническое обеспечение горного производства / Г.Я. Новик, С.В. Ржевская. М.: Недра, 1995. 256 с.

179. Руководство по определению степени (категории) выбросоопасности угольных пластов и забоев горных выработок с учетом глубины и технологии ведения горных работ. Люберцы-Кемерово: ННЦ-ГП ИГД им. А.А. Скочинского и ВостНИИ, 1998. -13 с.

180. Руководство по определению степени (категории) выбросоопасности угольных пластов и забоев горных выработок с учетом глубины и технологии ведения горных работ. Люберцы-Кемерово: ННЦ-ГП ИГД им. А.А. Скочинского и ВостНИИ, 1999. - 8 с.

181. Шадрин А.В. Автоматизация текущего прогноза внезапных выбросов угля и газа в Кузбассе / А.В. Шадрин, В.А. Коноваленко, В.А. Рудаков //

182. Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб. науч. тр. №17 / Научно-технический центр «Кузбассуглетехнология». Кемерово, 2001. - С. 96-103.

183. Руководство по измерению изменений напряжений в угольном массиве скважинными гидравлическими датчиками. Новосибирск: ИГД СО АН СССР. - 54 с.

184. Аппаратура акустического контроля выбросоопасности угольных пластов АК-1: Техническое описание и инструкция по эксплуатации У2. 076. 001 ТО. Изд. ДГУ, 1978. 18 с.

185. Мирер С.В. Испытания акустического метода прогноза выбросоопасности угольных пластов в Кузбассе /С.В. Мирер, О.И. Хмара, А.В. Шадрин // Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах: Сб. тезисов. Кемерово: КузГТУ, 1994. - С. 41.

186. Текущий прогноз выбросоопасности по амплитудно-частотным характеристикам акустического сигнала (руководство по применению). Утверждено Минуглепромом СССР 19.07.1990 г. М., 1990. - 7 с.

187. Временное руководство и методика проведения промышленных испытаний текущего прогноза (контроля) выбросоопасности угольных плавстов по амплитудно-частотным характеристикам акустического сигнала на шахтах Северного Кузбасса. Утверждено главным инженером

188. АОЗТ «Северокузбассуголь» Б.Г. Лоценюком. Люберцы-Кемерово, 1994. Юс.

189. Руководство по выполнению спектрально-акустического контроля (прогноза) выбросоопасности на шахтах Кузбасса: Утв. 23.04.2002/ Составители: А.В. Шадрин, B.C. Зыков, В.А. Рудаков, В.А. Коноваленко и др. (НЦ ВостНИИ). Кемерово, 2002. - 9 с.

190. Основы теории внезапных выбросов угля, породы и газа. М.: Недра, 1978,- 164 с.

191. Христианович С.А. О волне выброса // Изв. АН ССР, ОТН, №12, 1953. -С. 1679-1688.

192. Христианович С.А. О волне дробления // Изв. АН ССР, ОТН, №12, 1953.-С. 1689-1699.

193. Волошин Н.Е. Внезапные выбросы и способы борьбы с ними в угольных шахтах. К.: Техшка, 1985. - 127 с.

194. Рогов Е.И. Математические модели адаптации процессов и подсистем угольной шахты / Е.И. Рогов, Г.И. Грицко, В.Н. Вылегжанин. Алма-Ата: «Наука» КазССР, 1979. - 240 с.

195. Беспятов Г.А. Синергетика выбросоопасной горной среды / Г.А. Беспятов, В.Н. Вылегжанин, С.С. Золотых. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1996. - 191 с.

196. Штумф Г.Г. Горное давление в подготовительных выработках угольных шахт / Г.Г. Штумф, П.В. Егоров, А.И. Петров и др. М.: недра, 1996.-352 с.

197. Фейт Г.Н. Прочностные свойства и устойчивость выбросоопасных угольных пластов. М.: Изд-во «Наука», 1966. - 80 с.

198. Шадрин А.В. Основы автоматизированного непрерывного ГДЯ-мониторинга на угольных шахтах Кузбасса / А.В. Шадрин, В.А. Конно-валенко // Вестник КузГТУ. 2001. - №3.-С. 28-31.

199. Пузырев В.Н. Научные основы и метод текущего прогноза газодинамических явлений в подготовительных выработках угольных шахт. Дисс. на соискание уч. степ. докт. техн. наук. Кемерово, 1981. 411 с.

200. Москалев А.Н. Предельное равновесие трещин в угольном пласте при нагнетании в него жидкости / А.Н. Москалев, JI.M. Васильев, В.Р. Мло-децкий // ФТПРПИ, 1979, №5, с. 91-96.

201. Бреховских JT.M. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. - 343 с.

202. Седов Л.И. Механика сплошной среды, т.2. М.: Наука, 1976. - 576 с.

203. Градштейн И.С. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений / И.С. Градштейн, И.М. Рыжик. М.: Наука, 1971. - 1108 с.

204. Аммосов И.И., Трещиноватость углей / И.И. Амосов, И.В. Еремин. -М.: Изд-во АН СССР, 1960. 110 с.

205. Журавлев В.П. Изменение фильтрационных свойств пласта по его сечению / В.П. Журавлев, В.Н. Шиленков, Е.З. Скачков. Научные труды КНИУИ, 1964, вып. 16, с.3-5.

206. Hubbert М.К., Willis D.E. Mechanics of hydraulic fracturing. Trans. AIME, v.210,1957, p.153-166.

207. Чернов О.И. Подготовка шахтных полей с газовыбросоопасными параметрами / О.И. Чернов, Е.С. Розанцев. М.: Недра, 1975. - 287 с.

208. Баренблатт Г.И. Об основных представлениях в теории неустановившихся течений в трещиноватых породах // Труды Всесоюзного совещания по трещинным коллекторам нефти и газа. Д.: Гостоптехиздат, 1961.

209. Мащенко И.Д. Исследование влияния напряженно-деформированного состояния угольных пластов на газовыделение в подготовительные выработки в условиях Кузбасса: Автореф. дисс. . канд. техн. наук. -Кемерово: 1968, 24 с.

210. Шадрин А.В. Установка для исследования спектрального состава давления воздуха / А.В. Шадрин, Г.И. Зайцев, О.П. Сидоркина // ФТПРПИ, 1991, №2. С. 85-89.

211. Шадрин А.В. Спектральный состав давления воздуха в шахтном трубопроводе / А.В. Шадрин, Г.И. Зайцев, О.П. Сидоркина // Известия ВУЗов, Горный журнал, 1992 г., №12. С. 56-59.

212. Анцыферов М.С. Физические основы сейсмоакустического прогноза опасности угольных пластов по динамическим явлениям / М.С. Анцыферов, Н.Г. Анцыферова. Тезисы докладов. Горная геофизика. Тбилиси, 1981, с. 11-13.

213. Руководство по применению способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа с использованием технических средств гидрошахт в Кузбассе. Кемерово, 1986. - 9 с.

214. Корн Г., Корн И. Справочник по математике. М.: Наука, 1970. 720с.

215. Савич А.И. О зоне «захвата» упругих волн // Труды Гидропроекта, 1971, №21. С. 29-40.

216. Промышленные испытания проведены шахтными службами с участием сотрудников ИГД им.А.А.Скочинского, Днепропетровского горного института (ДГИ), Кемеровского госуниверситета (КГУ) под руководством вышеуказанной комиссии.

217. Комиссия отмечает следующее:

218. Краткие сведения об условиях и объемах испытаний

219. В пределах шахт "Томская" и "Усинская", на которых проводились промиспытания метода акустического прогноза и контроля выбросоопасности угольных пластов, газодинамические явления (ГДЯ) происходят с 1975 года.

220. Природная газоносность 16,5 18,0 м3/т с.б.м.

221. Общие положения испытуемого метода

222. Область применения прогноза по АЧХ: забои подготовительных (нарезных) выработок при любой технологии ведения работ на выбросоопасных и угрожаемых пластах.

223. Исходной информацией для прогноза по АЧХ является отношение амплитуды высокочастотной составляющей спектра акустического сигнала Ав к амплитуде низкочастотной составляющей Ан9 т.е.

224. К = , где К безразмерный показатель выбросоопасности.1. Ан

225. В опасной по прогнозу зоне пласта должны применяться локальные способы предотвращения внезапных выбросов угля и газа.

226. Текущий прогноз по АЧХ применяют также для контроля эффективности способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа после выполнения способов.

227. В неопасных по внезапным выбросам угля и газа зонах, установленных текущим прогнозом по АЧХ, способы предотвращения внезапных выбросов угля и газа могут не применяться.

228. Цель и задачи промышленных испытаний

229. Промышленные испытания метода проводились с целью проверки объективности акустических критериев выбросоопасности угольных пластов, их уточнения, оценки технологичности метода.

230. В задачи испытаний входили:- оценка объективности критериев выбросоопасности в различных горногеологических условиях;- проверка оперативности и технологичности метода.

231. Результатом промиспытаний должна быть окончательная редакция "Руководства по применению метода акустического прогноза (контроля) выбросоопасности угольных пластов".

232. Результаты промышленных испытаний

233. Промышленные испытания метода акустического прогноза и контроля выбросоопасности угольных пластов проведены в условиях пласта Ш на шахтах "Томская" и "Усинская" при комбайновом проведении подготовительных выработок.

234. За время испытаний было пройдено в общей сложности 415 м конвейерного штрека.

235. За время промышленных испытаний в спокойной зоне пласта показания аппаратуры АК-1 (коэффициент К) колебания от 1,2 до

236. Коэффициент К при этом фиксировал зону как угрожаемую (К = 2,6).

237. В процессе промиспытаний метода имели место отказы самописца типа Н390 (поломки механизма лентопротяжки, высыхания чернил) Один раз за время испытаний вышел из строя электронный блок (его рел трансформатор).5. Выводы и рекомендации

238. Промышленные испытания метода акустического прогноза и контроля выбросоопасности угольных пластов проведены в соответ ствии с утвержденными "Временным руководством и методикой.",в полном объеме, в установленные сроки.

239. Результаты испытаний позволяют рекомендовать "Временное руководство по применению метода акустического прогноза и контроля выбросоопасности угольных пластов" к утверждению и применению на шахтах Кузбасса.

240. Председатель комисс: Заместитель председателя/ Заместитель председателя Члены комиссииiCTyiT '.И.Бедарев (И.Хмара .В.Мирер1. A.В.Шадрин

241. Евстратенко И.К, Бучатский В.М.1. Актуганов В.А.начальник научного управления

242. Протокол промышленных испытаний прилагается.-С*

243. Председатель комиссии у.;/^ '-,- СХ Г ♦ В Таллинt

244. Замостит ль председателя ^; ' В.А.Рудаков

245. Заместитель председателя / .И.Хмара1. Члены комиссии0 v.- У / ? Аi-.Г.Хейфец1. И.К.Евстратенко1. ПРОТОКОЛпромышленных испытаний метода акустического прог-т ноза и контроля выбросоопасности угольных пластов^ на шахтах АООТ "Северокузбассуголь"1. Кемерово

246. Межведомственная комиссия в составе:1. Председатель:зам.главного инженера1. АООТ по безопасности

247. Промышленные испытания проведены шахтными службами с участием сотрудников ИГД им.А.А.Скочинского, Востнии, Кемеровского госуниверситета (КемГУ) под руководством вышеуказанной комиссии.

248. Комиссия отмечает следующее:

249. Краткие сведения об условиях и объемах испытаний3 пределах шзхты "Березовская", ка которой проводились промиспытакия метода акустического прогноза и контроля выбросоопасности угольных пластов, газодинамические явления (ГДЯ) происходят с 1968 г.

250. Для проведения промиспытании метода акустического прогноза и контроля выбросоопасности выбран дренажный штрек 79 по пласту ХП (верхний). Штрек проводился на глубинах 350 355 м от дневной поверхности.

251. Почва пласта песчаник темносерый средней крепости, ин'оЬда алевролит мощностью 0,6 м и крепостью f=l,5. Основная кровля - песчаник мощностью 10 м и крепостью f=6,0.

252. V Выработка проводилась комбайном ГПК С. Сечение выработки в ^оходке составляло 13.5 м2. Шаг крепи 0,8 м, в зонах геологических нарушений 0,4 м. Крепь арочная, металлическая.

253. Общие положения испытуемого метода

254. Область применения прогноза по АЧХ: забои подготовительных (нарезных) выработок при любой технологии ведения работ на выбросоопасных и угрожаемых пластах.

255. Исходной информацией для прогноза по АЧХ является отношение амплитуды высокочастотной составляющей спектра акустического сигнала А к амплитуде низкочастотной составляющей JLe т.е.

256. К , где К - безразмерный показатель выбросоопасности.1. Ан

257. В опасной по прогнозу зоне пласта должны применяться локальные способы предотвращения внезапных выбросов угля и газа.

258. Текущий прогноз по АЧХ применяют также для контроля эффективности способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа после выполнения способов.

259. В неопасных по внезапным выбросам угля и газа зонах, установленных текущим прогнозом по АЧХ, способы предотвращения внезапных выбросов угля и газа могут не применяться.

260. Цель и задачи промышленных испытаний

261. Промышленные испытания метода проводились с целью проверки объективности акустическизгД" критериев выбросоопасности угольныхпластов, их уточнения, оценки технологичности метода.

262. В задачи испытаний входили:- оценка объективности критериев выбросоопасности в различных горногеологических условиях;- проверка оперативности и технологичности метода.

263. Результатом промиспытаний должна быть окончательная редакция "Руководства по применению метода акустического прогноза (контроля) выбросоопасности угольных пластов".

264. Промышленные испытания метода акустического прогноза и контроля выбросоопасности угольных пластов проведены в соответствии с утвержденными "Временным руководством и методикой — б полном объеме, в установленные сроки.

265. Результаты испытаний позволяют рекомендовать "Руководство по применению метода акустического прогноза и контроля еы6росоопасности угольных пластов шахтах Северного Кузбасса.

266. Председатель комиссии Заместитель председателя Заместитель председателя Члены комиссиик утверждению и применению на1. Г.В.Лапшин1. В.А.Рудаков1. О.И.Хмара

267. А.Г.Хейфец И.К.Евстратенко -В. М. Бучатс кий1. В.А.Актуганов А.В.Шадрин1. С.Титов1. УТВЕРЖДАЮ:

268. Заместитель rtyjefgpfgH^o директорасетингу ркого, д.т.н. 1ерзляков 2003 г.1. АКТвнедрения результатов диссертационной работы соискателя Шадрина А.В.

269. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ МОНИТОРИНГ ПРОТИВОВЫБРОСНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ1. УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ»

270. Результаты диссертационной работы Шадрина А.В. вошли в следующие нормативные документы:

271. Методика определения оптимальных гидравлических параметров локальной гидрообработки выбросоопасных угольных пластов с использованием сейсмоакустического метода/ ВостНИИ; Сост.: В.Н. Пузырев, А.В. Шадрин. Кемерово, 1986. - 19 с.

272. Руководство по выполнению спектрально-акустического контроля (прогноза) выбросоопасности на шахтах Кузбасса: Утв. 23.04.2002/ А.В. Шадрин, B.C. Зыков, В.А. Рудаков, В.А. Коноваленко и др. (НЦ ВостНИИ). Кемерово, 2002. - 9 с.

273. Указанные нормативные материалы используются при разработке мероприятий по предотвращению внезапных выбросов угля и.,газа на угольных шахтах России.

274. АДМИНИСТРАЦИЯ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ КУЗБАССКАЯ ТОРГОВО-ПРОМЫШЛЕННАЯ ПАЛАТА КЕМЕРОВСКИЙ ОБЛАСТНОЙ СОВЕТ ВСЕРОССИЙСКОГО ОБЩЕСТВА ИЗОБРЕТАТЕЛЕЙ Й РАЦИОНАЛИЗАТОРОВ1.степени

275. Победителю конкурса «Инновация и изобретение года»

276. Кемеровскому государственному университетуза инновацию на основе изобретений «Способы автоматизированного прогноза внезапных выбросов угля и газа, внедряемые на ОАО «Шахта «Первомайская»

Информация о работе

Шадрин, Александр Васильевич
доктора технических наук
Кемерово, 2004
ВАК 25.00.20

Диссертация

Автоматизированный мониторинг противовыбросных мероприятий при разработке угольных пластов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы