Способ определения выбросоопасности угольных пластов

 

Изобретение относится к горному делу. Цель - снижение трудозатрат и повышение надежности. Предлагается определять минимальную глубину выбросоопасности и критические значения 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 невыбросоопасным. 1 ил. со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Е 21 F 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4898747/03 (22) 02,01,91 (46) 15.01.93, Бюл. ¹ 2 (71) Донецкий политехнический институт (72) М, И. Большинский, Б. А. Лысиков, А. В, Першин, С, В. Борщевский и В. Ф. Формос (73) М. И, Большинский. Б. А. Лысиков, А. В.

Першин, С. В. Борщевский и В, Ф, Формос (56) Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. М.:

Недра, 1977, с, 16.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1384789, кл. Е 21 F 5/00, 1988. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБРОСООПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ (57) Изобретение относится к горному делу.

Цель — снижение трудозатрат и повышение надежности. 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,. Ы, 1789032A3 нимальную глубину выбросоопасности и критические значения 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 сущности и достигаемому результату являетс (Л

С

1, вам

О

О

6д

° М

1789032 способ определения выбросоопасности угольных пластов, заключающийся в том, что предложено йойнтервально, в зависи- мости от выхода летучих веществ, учитывать динамические характеристики угольных 5 пластов.

Недостатком способа является то, что зависимость динамических характеристик от выхода летучих веществ носит не непрерывный, а дискретный характер с интерва- 10 лом изменения выхода летучих "веществ в пределах 10 — 20, 20 — 30 и более 30%.

Вследствие этого существенно снижается надежность способа.

Кроме того, в этом способе не учитыва- 15 ются два фактора, определяющих выбросоопасность, а именно: горное давление и газоносность.

В этом способе также не учитываются границы выбросоопасности угольных пла- 20 стов I10 степени метаморфизма, Целью предполагаемого изобретения являе тся с нйж енйе трудозат раг :и повыше=" нйя надежности способа определения выбросоопасности угольных пластов. 25

Поставленная цель — достигается тем, что в известном способе определения выбросоопасйости угольных пластов определяют минимальную глубину выбросоопасности и критические значения модулей упругости и 30 сдвига в зависимости от выхода летучих веществ по формулам

Hmin=140+6,4V

d,f

Е=(0,790 — 0,006V ) 10

G=(0,270 — 0,001 V ).109.

35 где НП11п — минимальная глубина выбросоо- 40 пасности;

V — выход летучих веществ;

Š— модуль упругости;

G — модуль сдвига, " и если глубина горных работ меньше мини- 45 мальной глубины выбросоойасности, то угольный пласт — невыбросоопасен, при глубине горных работ больше минимальной глубины выбросоопасности о выбросоопасности пласта судят, сравнивая модули упру- 50 гости и" сдвига исследуемых пластов с крйтйческимй зйачейиями этих величин, и если зйачения модулей упругости и сдвига (или хотя бы одногб из них превышают их крйтические значения - пласт относится к 55 потенциально 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 метаморфизма.

Таким 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 пере1789032 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 модулями упругости 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 и давления, которые вызвали совокупность необратимых изменений в углях. Более метаморфизованные угли (с меньшим выходом летучих веществ) приобрели более высокие 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 угольного пласта производится s 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 ве10 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 относится к 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 критиче25 ских значений, пласт относят к невыбросоопасным, если больше критических значений— пласт относят к выбросоопасным.

Формула изобретения

Нмин=140+6,4Ч, м;

Е=(0,790 — 0,006V ) 10 . Па:

G=(0,270 — 0,001V " ) 10 . Па, 50 где HM — минимальная глубина выбросоопасности;

V — выход летучих веществ:

daf

55 Š— модуль упругости;

G — модуль сдвига, и если. глубина работ меньше минимальной глубины выбросоопасности, то угольный пласт — невыбросоопасен, при глубине горных работ больше минимальной глубины

Способ определения выбросоопасности угольных пластов, включающий определение глубины разработки, выход летучих веществ на этой глубине и измерение скоро35 сти распространения упругих продольных и поперечных волн, определение по ним динамических модулей упругости и сдвига и их критических значений, отличающийся 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 формулам

1789032

Составитель Б.Лысиков

Техред М,Моргентал Корректор С,Юско

Редактор

Заказ 86 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113Q35, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 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.