Способ определения выбросоопасности угольных пластов

(51 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) НТН И РЕ И АТЕНТУ 11(71) Донецкий политехнический институт(56) Инструкция по безопасному ведениюгорных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. М.:Недра, 1977, с, 16,Авторское свидетельство СССРМ 1384789, кл, Е 21 Р 5/00, 1988.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБРОСООПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ(57) Изобретение относится к горному делу,Цель - снижение трудозатрат и повышениенадежности. Пред агается определять миИзобретение относится к горному делу, в частности к безопасному ведению горных работ по выбросоопасным угольным пластам,Известен способ определения глубины горных работ с которой необходимо при разработке невыбросоопасных угольных пластов применять текущий прогноз выбросоопасности, заключающийся в экспериментальных лаботаторных определениях выхода летучих веществ, газоносности угольного пласта и определения комплексного показателя степени метаморфизма угля. По данным показателям согласно существующим таблицам устанавливают глубину, с которой необходимо применять прогноз выбросоопасности на невыбросоопасных нимальную глуби выбросоопасности и критические значе ия модулей упругости и сдвига в зависимости от выхода летучих веществ по расчетным формулам, Если глубина горных работ меньше минимальной глубины выбросоопасности, то угольный пласт невыбросоопасен, при глубине горных работ больше минимальной глубины выбросоопасности о выбросоопасности пласта судят, сравнивая модули упругости и сдвига исследуемых пластов с критическими значениями этих величин, и если значения модулей упругости и сдвига (или хотя бы одного из них) превышают их критические значения, пласт относится к потенциально выбросоопасным, если оба значения модулей упругости и сдвига меньше критических значений, пласт относится к невыбросоопдсным, 1 ил. угольных пластах, Недостатком известного способа является то, что при его применении к потенциально выбросоопасным могут быть отнесены и неопасные пласты.Недостаточная надежность нормативного способа является следствием того, что данный способ учитывает только два фактора (глубину и газоносность) из общепризнанных трех факторов (глубина, газоносность и физико-механические свойства), определенное сочетание которых обуславливает воэможность возникновения выбросоопасной ситуации. В известном способе не учитываются фиэикомеханические свойства углей и зто приводит к недостаточной надежности способа.Наиболее близким по технической сущ. ности и достигаемому результату являетсспособ определения выбросоопасностиугольных пластов заключающийся в том,что предложено йойнтервально, в зависи-мости от выхода летучих веществ, учитыватьдинамические характеристики угольных 5пластов.Недостатком способа является то, чтозависимость динамических характеристикот выхода летучих веществ носит не непрерывный, а дискретный характер с интервалом изменения выхода летучих"веществ впределах 10 - 20, 20 - 30 и более 30%.Вследствие этого существенно снижается надежность способа.Кроме того, в этом способе не учитываются два фактора, определяющих выбросоопасность, а именно: горное давление игазоносность.В этом способе также не учитываютсяграницы выбросоопасности угольных пластов йо степени метаморфизма,Целью предполагаемого изобретенияявляется снйженйе трудозатрат.иповыше="нйя надежности способа определения выбросоопасности угольных пластов. 25Поставленная цель - достигается тем,что в известном способе определения выбросоопасйости угольных пластов определяютминимальную глубину выбросоопасности икритические значения модулей упругости и 30сдвига в зависимости от выхода летучих веществ по формулам Нвп=140+6,4 ЧИ Е=(0,790 - 0,0069 ) 10 о=(0,27 о-о,ооид) 1 о 35 где Нп 11 п - минимальная глубина выбросоо пасности;Ч- выход летучих веществ;Е - модуль упругости;.и если глубина горных работ меньше минимальной глубины выбросоойасности, то угольный пласт - невыбросоопасен, при глубине горных работ большеминимальной глубины выбросоопасности о выбросоопасности пластасудят, сравнивая модули упру гости и"сдвига исследуемых пластов с крйтйческймй"зйачейиями этих величин, и если"зйачения модулей упругости й сдвига (или хотя бы-одногб из них превышают их крйтические значения - пласт относйтся к 55 потейциально выбросоопасному, если оба знаЧения модулей упругости и сдвига мень-" ше критических значений - пласт относится к невыбросоопасным. Сущность способа поясняется чертежом, где линии 1 и 2 - это границы выбросоопасности угольных пластов по выходу летучих веществ, причем линия 1 ограничивает минимальные значения этого параметра - логарифма удельного электросопротивления антрацитов равного 3,3, что соответствует выходу летучих веществ 5%. Линия 2 ограничивает пласты с максимальным выходом летучих веществ 35%. По существующему нормативйому документу для угольных пластов, имеющих выход летучих веществ более 5 и менее 35% должны производится оценка их выбросоопасности, Линия 3 - это линия регрессивной зависимости минимальной глубины выбросоопасности от выхода летучих веществ, которая описывает положение критических значений минимальной глубины выбросоопасности (горного давления) и газоносности для углей различной степени метаморфизмаТаким образом, угольные пласты, имеющйе характеристики за пределами зоны, ограниченной линиями 1, 2, 3 и осью абсцисс (в заштрихованной области), относятся к невыбросоопасн ым. Их можно разрабатывать без применения дорогостоящих прогнозных и противовыбросных мероприятий,Угольные пласты, имеющие глубину залегания меньше минимальной глубины выбросоопасности и расположенные выше линии 3 относятся к не выбросоопасным.Модули упругости и сдвига угольных пластов, имеющие значения больше критических, т.е, расположены выше линий 4 и 5 позволяют отнести эти угольные пласты к выбросоопасным.Поле расположенное на номограмме между линиями 1 и 2 линией 5 и осью абсцисс (т,е. затемненный участок диаграммы) представляет область значений модулей упругости выбросоопасных пластов, при разработке которых необходимо применять противовыбросные мероприятия,Линия 5 (линия критических значений модулей упругости Е) является нижней границей выбросоопасности углей, т.е, все угольные пласты, имеющие значения модулей упругости больше критических значений, (лежащие выше линии 5 на номограмме) являются потенциально выбросоопасные, даже при значениях модулей сдвига меньше критических, т.е. лежащих ниже линии 4 (критических значений модулей сдвига).Физическая сущность предлагаемого способа определения выбросоопасности угольных пластов, исходя из общепризнанной энергетической теории проявления выброСов, заключается в представлении о выбросе как о процессе разрушения и пере 178903250 мещении разрушенного угля по выработке. Тогда основными должны быть энергетические и физико-механические признаки, которые способствуют накоплению энергии угля и возможности его хрупкому разрушению. Такими источниками проявления выбросов являются энергия упругого деформирования угля, которая зависит от глубины залегания пласта (горного давления) и энергии газа, зависящая от газоносности угля. Способность угля к накоплению энергии и хрупкому разрушению определяется его деформационными характеристиками, которыми являются модули упругости и сдвига. Поэтому в основу способа определения выбросоопасности угольных пластов положено три общепризнанных признака, способствующих проявлению выброса угля; глубина залегания пласта, его газоносность и физико-механические свойства.Глубина залегания пласта представляется как интегральная характеристика величина горного давления и газоносности.Газоносность угольных пластов - определяется глубиной разработки и выходом летучих веществ, который является основным параметром в предложенных формулах определения критических значений модулей упругости и сдвига.Физико-механические свойства углей учитываются модулямиупругости и сдвига,Известно, что с увеличением степени метаморфизма углей увеличивается в них содержание углерода, т.е, становится более плотная структурная решетка и уголь обладает большими прочностными и упругими свойствами. Различная степень преобразования углей определяется глубиной опускания пластов в процессе геологического развития бассейна, точнее физико-химическими процессами, обусловленными повышением температуры идавления, которые вызвали совокупность необратимых изменений в углях. Более метаморфизованные угли (с меньшим выходом летучих веществ) приобрели более высоив прочностные и упругие свойства и большую возможность накопления упругой энергии. Поэтому для разрушения высокометаморфизованных углей, в том числе и при внезапном выбросе, необходимо затратить больше энергии для разрушения слабометаморфизованных углей (с большим выходом летучих веществ) необходимо меньше энергии.Полученные уравнения регрессии 4 и 5 (см, номсграмму) зависимости модулей упругости и сдвига от выхода летучих веществ полностью соответствует данным существующим представлениям о физико-химических процессах преобразований углей. Оценка выбросоопасности угольногопласта производится в следующей последовательности. определяется степень метаморфизма угля по выходу летучих веществ и 5 сопоставляется с выбросоопасным диапазоном, если выход летучих веществ менее 7 или более 35 - пласт относится к невыбросоопасным; на следующем этапе для угольных пластов с выходом летучих ве ществ от 7 до 35 сопоставляется фактическая глубина ведения горных работ с минимальной глубиной выбросов, определяемая по предложенной формуле, Если глубина горных работ меньше минимальной 15 глубины выброса, угольный пласт относитсяк невыбросоопасным; если фактическая глубина горных работ больше минимальной глубины выброса, то определяют по существующим методикам модуль упругости и 20 сдвига и сравнивают их с критическими значениями модулей, величина которых определяется по предложенным формулам или по номограмме (линия 4 и 5), Если значения модуля упругости и сдвига меньше критиче ских значений, пласт относят к невыбросоопасным, если больше критических значений - пласт относят к выбросоопасным. Формула изобретения 30Способ определения выбросоопасности угольных пластов, включающий определение глубины разработки, выход летучих веществ на этой глубине и измерение скоро сти распространения упругих продольных ипоперечных волн, определение по ним динамических модулей упругости и сдвига и их критических значений, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения трудозатрат и 40 повышения надежности, определяют минимальную глубину выбросоопасности и критические значения модулей упругости и сдвига в зависимости от выхода летучих веществ по формулам45 Н мин=140+6,4 Чф, м;Е=(0,790 - 0,006 Ч ) 10 . Па: 6=(0,270 - 0,001 Ч ") 10, Па,где Нм - минимальная глубина выбросоопэсности;ба 1Ч - выход летучих веществ;55 Е - модуль упругости;6 - модуль сдвига,и если. глубина работ меньшеминимальнойглубины выбросоопасности, то угольныйпласт - невыбросоопасен, при глубине горных работ больше минимальной глубины1789032 оставитель Б.Лысиковехред М,Моргентал Коррек едакт Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 11335, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 86 ВНИИПИ зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина,выбросоопасности о выбросоопасности пласта судят, сравнивая модули упругости и сдвига исследуемых пластов с критическими значениями этих величин, и если значения модулей упругости и сдвига или хотя бы одного из них превышают их критические значения - пласт относится к потенциально выбросоопасному, если оба значения модулей упругости и сдвига меньше критических 5 значений - пласт относится к невыбросоопасному.