Способ обнаружения выбросоопасных участков при разработке пластовых месторождений

 

Способ относится к горной промышленности и предназначен для обнаружения выбросоопасных участков угольных и калийных пластов. Задачей изобретения является повышение надежности прогноза выбросоопасных участков. Способ характеризуется установкой двух сейсмоприемников на пласте в непосредственной близости от места ведения работ и регистрацией резонансных и фоновых частот и их амплитуд в слоях пород. При этом определяют диапазон расчетных значений резонансных частот по толщине слоев пласта и скорости сдвиговых волн в них. Затем определяют частоту и амплитуду продольных и поперечных волн одного направления и сравнивают их с резонансными и, если принятая частота попадает в диапазон расчетных резонансных значений, а амплитуда волны в три и более раза превышает фоновое значение, то участок пласта считают выбросоопасным.

Способ относится к горной промышленности и предназначен для обнаружения выбросоопасных участков угольных и калийных пластов.

Известен способ прогноза выбросоопасности в очистном или подготовительном слое [1].

Способ основан на измерении относительного газовыделения из шпура, определении газообильности пласта и на основании этого делают оценку выбросоопасности. Для этого определяют глубину отжима и глубину зоны опорного давления. Затем бурят шпур на глубину зоны опорного давления и герметизируют его. После этого измеряют относительное газовыделение из призабойного пространства и из шпура. При возрастании глубины отжима пласта и относительного газовыделения из призабойного пространства и из шпура - пласт считают невыбросоопасным. При неизменных значениях глубины отжима и относительном газовыделении из шпура и при возрастании относительного газовыделения из призабойного пространства - пласт считают выбросоопасным. А при уменьшении глубины отжима и относительного газовыделения из призабойного пространства - пласт считают особо выбросоопасным.

Недостатком способа является его высокая трудоемкость и сложность выполнения.

Известен способ прогноза выбросоопасности в очистном или подготовительном забое 2. Суть способа заключается в следующем. Для регистрации колебаний на двух частотах - выше и ниже резонансной - устанавливают на исполнительном органе комбайна сейсмоприемник. Резонансная частота для данного пласта определяется предварительно на невыбросоопасном участке пласта. Затем с помощью датчика, установленного на исполнительном органе комбайна, определяют амплитуду колебаний холостого хода на резонансной частоте и усредняют ее в пределах одного выемочного цикла. Пласт считают выбросоопасным, если отношение амплитуды колебаний на частоте выше резонансной к амплитуде колебаний на частоте ниже резонансной более или равен трем, причем предварительно из этих амплитуд вычитают амплитуду колебаний холостого хода выемочной машины.

Недостатком способа является его недостаточная надежность прогноза выбросоопасного участка пласта.

Задача изобретения - повышение надежности и достоверности прогноза выбросоопасности пластов. Поставленная задача достигается тем, что в подготовительном или очистном забое вне фронта очистных работ, но в непосредственной близости от него устанавливают датчики продольных и поперечных волн. Предварительно измеряют фоновую частоту и амплитуду сигнала из пласта, затем для всех слоев пород разрабатываемого пласта вычисляют резонансную частоту по формуле f_(рез)[i] = h[i]/V_СДВ[i]; где f_(рез)[i] - резонансная частота колебаний i-ого слоя, 1/с; V_(СДВ)[i]-скорость сдвиговых волн в i-ом слое, м/с; h_[i] - толщина i-ого слоя, м.

Затем выделяют из них крайние резонансные частоты - f_(max) и f_(min), которые определяют полосу опасных частот. После чего определяют частоту и амплитуду приходящих из массива продольных и поперечных волн.

Участок пласта считается выбросоопасным, если частота продольных и поперечных волн одного направления совпадает между собой и попадает в диапазон между f_(мах) и f_(min), а амплитуда измеренных сигналов выше фоновых амплитуд в три и более раза.

Способ основывается на одновременной и непрерывной регистрации продольных и поперечных волн в пласте. Регистрация только продольных или только поперечных волн не может дать полной информации о процессе выброса, так как процесс выброса происходит от возбуждения слоя породы под действием объемной - изгибной волны 3. Изгибная волна объемна, она одновременно и продольна и поперечна. В подготовительном или очистном забое на пласте вне фронта очистных работ устанавливают датчики продольных и поперечных волн, синтез которых дает возможность определить частоту и амплитуду приходящих из массива сигналов объемных волн. В соответствии с гипотезой возникновения изгибных волн в массиве начальная фаза выброса начинается от работающих механизмов. Энергия работающих механизмом отражается от пустот, трещин, границы раздела двух сред и возбуждает при определенных условиях изгибную волну в слое породы. В условиях резонанса один из слоев накапливает энергию, достаточную для выброса породы и газа. В связи с тем, что датчиков изгибных волн не существует, устанавливают датчики продольных и поперечных волн. А по их показаниям синтезируют амплитуду и частоту изгибных волн, приходящих из массива впереди фронта очистных работ. В связи с тем, что слой породы, возбуждающийся от действия изгибной волны, заранее не известен, то определяют частоту резонанса всех слоев разрабатываемой толщи.

Способ осуществляется следующим образом.

Вначале измеряют мощности всех слоев пород разрабатываемого пласта h_[i]. Затем на пласте в непосредственной близости от забоя устанавливают сейсмоприемники продольных и поперечных волн и измеряют скорости распространения сдвиговых волн для каждого слоя пласта V_[СДВ]. На основании полученных данных рассчитывают резонансные частоты f_[раз] всех слоев пласта по формуле f_(рез)[i] = h_[i]/V_(СДВ)[i]; где f_(рез)[i] - резонансная частота колебаний i-ого слоя, 1/с; V_(СДВ)[i] - скорость сдвиговых волн в i-м слое, м/с; h_[i] - толщина i-ого слоя, м.

Затем выделяют крайние резонансные частоты f_(max) и f_(min), которые определяют полосу опасных частот. После чего с помощью установленных сейсмоприемников определяют амплитуду и частоту фонового сигнала продольных и поперечных волн. При работе выемочных механизмов в забое ведут непрерывное измерение частоты и амплитуды продольных и поперечных волн. Если приходящие из массива частоты сигналов укладываются в полосу определенных заранее частот резонанса слоев, а по амплитуде сигналов выше фоновых в три и более раза, то такой момент в работе забоя считают выбросоопасным.

Таким образом благодаря данному решению повышается надежность прогноза выбросоопасных участков.

Литература, принятая во внимание: 1. А.С. N 1751357, кл. E 21 5/00, 1992 .

2. А.С. N 1696729, кл. E 21 5/00, 1991 (прототип).

3. Толстунов С.А. "Влияние изгибных волн на механизм возникновения внезапных выбросов горных пород и газа", журнал, "Уголь", 1994, N 5.

Формула изобретения

Способ обнаружения выбросоопасных участков при разработке пластовых месторождений, заключающийся в установке сейсмоприемника, регистрации резонансных и фоновых частот и их амплитуд в слоях пород, отличающийся тем, что определяют диапазон расчетных значений резонансных частот по толщине слоев пласта и скорости сдвиговых волн в них, вводят дополнительный сейсмоприемник и устанавливают их в непосредственной близости от места ведения работ на пласте, определяют частоту и амплитуду продольных и поперечных волн одного направления, и затем сравнивают их с резонансными и, если эта частота попадает в диапазон расчетных резонансных значений, а амплитуда волны в три и более раза превышает фоновое значение, то участок пласта считают выбросоопасным.