Способ предотвращения внезапных выбросов угля и газа

)5 Е 21 Р 5/00 ЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМ чноакеевскии нтут по безошленности,Колчин ство СССР , 1980.ство СССРО, 1988. ЕВРАЩЕНИЯЛЯ И ГАЗАодобывающаия разработк япри вы мере изменения на я в степени расслое им к предлагаемому ключающийся в опрественных колебаний и глевмещающих пород, ив импульсами с частоной частоте собственранных слоев горных сное воздействие на с частотой, равной или бственных колебаний риводит к перераспдавления, вследствие енных колебаний слоя йшее воздействие на ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Государственный мисследовательский инстисти работ в горной промь(54) СПОСОБ ПРЕДОТСАПНЫХ ВЫБРОСОВ УГ(57) Использование; горнмышленность, технолог Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для обеспечения безопасности при ведении очистных или подготовительных работ на выбросоопасных угольных пластах.Известен способ разработки крутых выбросоопасных пластов, заключающийся в генерировании синфазных поверхностных волн системой вибраторов, действие которых обеспечивает интерференционный максимум на участке неоднородности пласта.Недостатками указан ного способа являются низкая эффективность воздействия возбуждаемых колебаний на массив вследствие несогласованности их частоты с частотой собственных колебаний слоев горных пород, а также отсутствие контроля за частотой собственных колебаний массива, кобросоопасных угольных пластов в очистных и подготовительных выработках. Сущность изобретения: предварительно определяют частоты собственных колебаний и добротность слоев углевмещающих пород, производят импульсное воздействие на угольный массив с частотой, равной или кратной частоте собственных колебаний породного слоя с максимальной добротностью, определяют изменение частоты собственных колебаний этого слоя, поддерживают частоту воздействия равной или кратной этой частоте при ее изменении и прекращают воздействие при снижении добротности указанного слоя до величины, при которой скорость гаэоотдачи угольного пласта ниже безопасного по вы- ф бросам уровня, 3 ил,торая изменяется ипряженного состоянния массива,Наиболее близкявляется способ, заделении частоты собдобротности слоев увоздействии на масстой, равной или кратных колебаний выбпород,Однако импульмассив горных породкратной частоте совыбранного слоя, иределению горногочего частота собствизменяется. Дальне20 массив заранее определенной частотой резко снижает его эффективность. Кроме того, к снижению эффективности воздействия ведет и отсутствие контроля эа состоянием слоя горных пород, После появления в нем серии трещин его добротность резко снижается.Цель изобретения - снижение выбросоопасности угольного массива путем управления процессом воздействия.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу предотвращения выбросов угля и газа, заключающемуся в предварительном определении частоты собственных колебаний и добротности слоев углевмещающих пород, импульсном воздействии на угольный массив с частотой, равной или кратной частоте собственных колебаний породного слоя с максимальной добротностью, определяют периодически частоту собственных колебаний слоя с максимальной добротностью и ее изменение в процессе импульсного воздействия, поддерживают частоту воздействия равной или кратной этой частоте при ее изменении и прекращают воздействие при снижении добротности слоя до безопасного уровня.На фиг,1 приведены графики изменения горного давления Р и частоты собственных колебаний в слое песчаника, залегающего в кровле угольного пласта; на фиг.2 - кривая изменения добротности слоя с течением времени по мере воздействия на угольный пласт; на фиг.3 - схема, поясняющая сущность изобретения.Горная выработка 1 вскрывает угольный пласт 2, который перекрыт слоем 3 песчаного сланца и слоем 4 песчаника, а в почве залегает слой 5 песчаника. На кровле вблизи забоя закреплен сейсмоприемник 6, который соединен с аппаратурой 7, регистрирующей сейсмоакустический сигнал и определяющей резонансные частоты и добротность слоев. Между кровлей и почвой помещена распорная стойка 8 с источником 9 импульсных сигналов, частота которых регулируется с пульта 10.Способ осуществляют следующим образом.В горной выработке 1, которая вскрывает выбросоопасный угольный пласт 2 и вмещающие породы (слои 3 и 5), вблизи забоя крепят сейсмоприемник 6. Предпочтительная ориентация оси максимальной чувствительности - параллельно напластованию. Такая ориентация оси обеспечивает оптимальный прием поперечных колебаний, сопутствующих возникновению резонанса в слое горных пород. К сейсмоприемнику 6 подсоединяют аппаратуру 7 типа "Резо 25 30 35 40 45 50 55 нанс" для определения амплитудно-частотной характеристики сейсмоакустического сигнала и добротности слоя,На расстоянии 2-5 м от сейсмоприемника осуществляют импульсное воздействие на слои горных пород и при помощи аппаратуры определяют резонансные частоты, вычисляют мощности слоев, разделенных ослабленными механическими контактами, и их добротность из соотношений:(2)где и - мощность резонирующего слоя;1 - резонансная частота;0 - добротность слоя;Ар - амплитуда резонансной частоты; Ао - амплитуда на нулевой частоте.Для импульсного воздействия на массив выбирают слой Ь, имеющий высокую добротность 01 и залегающий вблизи угольного пласта. Как правло, таким слоем является непосредственная кровля, На фиг,1 это слОй песчаных сланцев, залегающий непосредственно над угольным пластом. Для импульсного воздействия на массив на расстоянии б от забоя устанавливают распорную стойку 8. Расстояние б выбирают равным мощности слоя Ь 1, что соответствует длине волны на резонансной частоте, Эксперименты показывают, что. на участке от точки возбуждения колебаний до забоя; равном мощности слоя (Ь), амплитуда резонансных колебаний резко возрастает, а затем медленно уменьшается, поэтому расстояние б = Ь, является оптимальным. На распорной стойке крепят источник 9 импульсов, управляемыйпо частоте устройством 10. Таким источником может служить пневматический вибратор, магнитостриктор или любой другой достаточно мощный источник колебаний,В соответствии с резонансной частотой 1слоя, который выбран для импульсного воздействия, и реальным диапазоном источника импульсов выбирают кратность воздействия на массив такой, чтобы частота 1 = "К 1 р при К=1,0; 1/2; 1/3;1/4 была доступна для данного типа источника колебаний при максимально возможном К. Устройством 10 устанавливают частоту 1 и включают источник 9 колебаний, Одновременно при помощи сейсмоприемника 6 и аппаратуры 7 регистрируют упругие колебания и определяютчастоту собственных колебаний 1 р и добротность 01 слоя. Изменяют частоту воэ1723341 Фиг 1 действия на массив в соответствиис изменяющейсяр, добиваются максимальной1амплитуды сейсмоакустических колебаний на приборе 7 и вычисляют исходное значение добротности слоя 01. Периодически, вначале через 5,0-10,0 с, а затем через 0,5- 1,0 мин, определяют добротность 01 и анализируют характер ее изменения. Как правило, вначале 0 растет и достигает Омвкс, а затем начинает уменьшаться. Вычисляют коэффициент эффективности (Э) воздействия на массив из соотношенияЭ Омвкс(3)агде 01 - текущее значение добротности слоя после достижения 01 мвкс.Воздействие на массив прекращают после того, как коэффициент эффективности воздействия Э достигнет необходимого уровня. Этот уровень определяют при помощи начальной скорости газовыделения - нормативного способа определения зоны разгрузки и прогноза выбросоопасности. Уровень Э считают достаточным, если нормативным способом установлена полная безопасность осуществления очередного цикла выемки угля или проходки горной выработки. Импульсное воздействие на массив также прекращают, если величина Э изменяется незначительно. В данном случае после остановки вибровоздеиствия необходимо убедиться в безопасности забоя, используя нормативный способ. Если безопасность забоя не обеспечена, то выбирают второй слой и осуществляют воздействиена массив с частотой 1 р,гПредлагаемый способ обеспечивает импульсное воздействие на массив в наиболее5 эффективном режиме совпадения частотывоздействия с изменяющейся резонанснойчастотой слоя горных пород, кроме того, онобеспечивает оперативную оценку эффективности импульсного воздействия на мас 10 сив и позволяет оптимизировать времявоздействия.Формула изобретенияСпособ предотвращения внезапных выбросов угля и газа, включающий предвари 15 тельное определение частоты собственныхколебаний и добротности слоев углевмещающих пород, импульсное воздействие наугольный массив с частотой, равной иликратной частоте собственных колебаний по 20 родного слоя с максимальной добротностью, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюснижения выбросоопасности угольногомассива путем управления процессомвоздействия, определяют периодически25 частоту собственных колебаний слоя с максимальной добротностью и ее изменение впроцессе импульсного воздействия, поддерживают частоту воздействия равной иликратной этой частоте при ее изменении и30 прекращают воздействие при снижении добротности указанного слоя до величины,при которой скорость газоотдачи угольногопласта ниже безопасного по выбросам уровня.351723341 г Я Эоа 3 нРедактор А, Огар Корректор Э, Лончак Составитель Г. Колчи Техред М,Моргентал Заказ 1053 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издат р,ч Яо 5 И 500 Мо МО Цо кйй комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1