Способ оперативного определения влажности угольного пласта

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для повышения эффективности увлажнения краевых зон угольных пластов в целях борьбы с внезапными выбросами угля и газа путем оперативного и надежного определения влажности угольного пласта при увлажнении. Техническим результатом является увеличение оперативности и повышение безопасности при определении влажности угля в угольном пласте в шахтных условиях при увлажнении краевых зон ударо- и выбросоопасных угольных пластов. В способе пневмосверлом сверлят скважину в боку подготовительной выработки, определяют скорость сверления до увлажнения и после увлажнения угольного пласта, а прирост влажности определяют из результатов сопоставления измерений скорости сверления и результатов предварительных лабораторных исследований.3 ил.

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для повышения надежности и эффективности контроля за процессом увлажнения краевых зон угольных пластов, применяемым с целью предотвращения горных ударов и внезапных выбросов угля и газа.

Одним из основных параметров при оценке эффективности предварительного увлажнения угольных пластов является влажность угля.

Известен способ определения влажности угля весовым методом. Для этого выбуривают из угольного пласта, для которого требуется определить влажность, образцы угля в виде кернов. Затем образцы помещают во влагонепроницаемые контейнеры и доставляют в лабораторию, где и производят дальнейшие исследования. В лабораторных условиях путем взвешивания определяют массу образцов до высушивания и после высушивания до постоянной массы при температуре 105±2°C [ГОСТ 5180-84 (2005): Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик]. Расчет влажности образцов угля производят по формуле

W = m m 0 m 0 × 100 % ,

где W - влажность образца, %;

m, m0 - масса образца до высушивания и после высушивания до постоянной массы, соответственно, кг.

В процессе увлажнения угольного пласта в определенных местах также методом бурения производят отбор проб угля и осуществляют доставку в лабораторию для определения влажности.

Недостатком данного способа является низкая оперативность при определении влажности, поскольку требует специальных лабораторных условий и соответствующего оборудования.

Более близким по сущности является способ определения влажности угля в угольном пласте путем электрометрических измерений. Для этого в подготовительной выработке в зоне предварительного увлажнения угольного массива производят отбор образцов для предварительных лабораторных исследований путем выбуривания кернов из угольного пласта [Оценка ударо- и выбросоопасности увлажненных зон угольных пластов / В.В.Дырдин [и др.]; под ред. П.В. Егорова; КузГТУ, Зап.-Сиб. отд-ние РАЕН. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000, 134 с]. В лабораторных условиях керны исследуют и устанавливают функциональную зависимость между удельным сопротивлением угля и его влажностью в виде

W=f(ρ),

где ρ - удельное сопротивление угля.

Затем в подготовительной выработке в зоне предварительного увлажнения угольного пласта бурят контрольные скважины. В скважины устанавливают специальные электроды, которые затем подключают к специальному используемому для этих целей электроизмерительному прибору, искробезопасному омметру (вольтметр). В процессе увлажнения измеряют удельное сопротивление угля, а величину влажности определяют по функциональной зависимости W=f(ρ), полученной предварительно в лабораторных условиях.

Недостатком этого способа является использование специального искробезопасного оборудования. В некоторых случаях использование электрометрического оборудования при проведении подготовительных выработок по угольным пластам, склонным к внезапным выбросам угля и газа, запрещено, что приводит к необходимости использования других способов определения влажности угольного пласта.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение оперативности и повышение безопасности при определении влажности угля в угольном пласте в шахтных условиях при увлажнении краевых зон ударо- и выбросоопасных угольных пластов.

Указанный технический результат достигается тем, что способ оперативного определения влажности угольного пласта включает предварительные лабораторные исследования на образцах угля, выбуренных из угольного пласта, подлежащего увлажнению, сверление контрольных скважин в краевой части угольного массива, согласно изобретению влажность угольного пласта определяют по скорости сверления контрольной скважины, используя номограмму или функцию

W=f(C),

где W - влажность образцов угля, %;

С - скорость сверления, м/с;

полученные предварительно по результатам лабораторных исследований.

На фиг.1 представлена принципиальная схема установки для определения скорости сверления образца угля в лабораторных условиях, где 1 - сверлильный станок; 2 - образец угля; 3 - сверло; 4 - динамометр.

На фиг.2 представлена полученная графическая зависимость (линия тренда, номограмма) влажности угля от скорости сверления W=f(C), полученная с использованием программы MS EXCEL.

На фиг.3 представлена схема расположения контрольных точек относительно увлажняющей скважины: 1 - увлажняющие скважины в подготовительной выработке; 2 - точки сверления контрольных скважин для измерения скорости сверления; 3 - расчетная зона увлажнения угольного пласта; 4 - насосная установка.

Способ оперативного определения влажности угольного пласта осуществляют следующим образом.

С помощью буровой коронки и пневмосверла производят выбуривание образцов угля в виде кернов в подготовительной выработке из угольного пласта, где планируют произвести увлажнение.

В лабораторных условиях проводят исследования полученных образцов угля: определяют влажность образцов угля и скорость сверления. С помощью сверлильного станка устанавливают зависимость между скоростью сверления и влажностью образцов угля.

Скорость сверления определяют таким образом (фиг.1):

- устанавливают образец угля на сверлильный станок;

- устанавливают постоянную нагрузку на сверло с помощью динамометра;

- с помощью секундомера замеряют время сверления t, а с помощью штангенциркуля глубину сверления h;

- скорость сверления определяют по формуле

C=h/t,

где h - глубина сверления, м;

t - время сверления, с.

Влажность образцов угля определяют следующим образом:

- образец угля взвешивают на лабораторных весах для определения массы m до высушивания;

- образец угля высушивают в сушильном шкафу при температуре 105±2°C до постоянной массы и снова взвешивают;

- определяют влажность образца угля по формуле

W = m m 0 m 0 × 100 % ,

где W - влажность образца угля, %;

m, m0 - масса образца угля до высушивания и после высушивания до

постоянной массы, соответственно, кг.

Аналогично производят исследования с другими образцами угля при различных влажностях. По результатам исследований в программе MS EXCEL строят графическую зависимость влажности образцов угля от скорости сверления W=f(C), для которой средствами программы получают линию тренда и ее функциональную зависимость (фиг.2):

W=kC+b,

где k и b - константы линии тренда.

В шахтных условиях после проведения увлажнения в контрольных точках угольного пласта согласно схеме на фиг.3 с помощью пневмосверла сверлят скважину диаметром 43 мм в глубь угольного массива на глубину 3- 4 м, при этом фиксируют: глубину сверления, производимое усилие во время сверления и время сверления одного метра длины скважины, а по формуле

C=h/t,

где h - глубина сверления, м;

t - время сверления, с,

производят расчет скорости сверления С.

Используя функциональную зависимость или номограмму, полученную в лабораторных условиях, устанавливают влажность угольного пласта в контрольных точках. Для этого, зная скорость бурения C0 до увлажнения угольного пласта при его естественной влажности W0, определяют параметр b1 для шахтных условий из уравнения: W0=k1C0+b1. При этом k1=k. Получим: b1=W0-k1C0. Используя полученную функцию для шахтных условий, определяют влажность угольного пласта после проведения увлажнения по формуле W=KC+b1, где С - скорость бурения контрольной скважины после увлажнения.

Пример осуществления способа оперативного определения влажности выбросоопасного угольного пласта.

Изготовляют образцы каменного угля правильной геометрической формы, образцы, например, выбуривают одинаковым способом по отношению к напластованию из угольного пласта (шахта "Северная", пласт "Верхний", выход летучих - 28%, марка КЖ), обрабатывают торцы на токарном или точильном станке и после обработки образцы угля принимают следующие геометрические размеры:

высота Нобр=56·10-3 м;

диаметр d0бp=43·10-3 м.

Изготовляют 10 образцов угля. Затем в лабораторных условиях производят увлажнение нескольких образцов угля, так чтобы все образцы угля имели различную влажность от 0% до 6%. На сверлильном станке производят сверление отверстия диаметром d=8,0 мм на глубину h=3 см образца, при этом с помощью динамометра фиксируют постоянное прилагаемое усилие при сверлении, а секундомером - время сверления / (фиг.1).

Скорость сверления определяют по формуле

С=h/t=3/0,75=4 см/мин,

где h - глубина сверления, м;

t - время сверления, с.

Прилагаемое усилие должно быть таким, чтобы давление, создаваемое на сверло, при сверлении в лабораторных условиях и в шахте было одинаковым:

σ = P S = P 1 4 π d 2 = 13,84 1 4 3,14 0,008 2 = 276000 П а ,

где Р=13,84 - усилие, прилагаемое к сверлу, Н;

d - диаметр сверла, м.

Скорость вращения сверла должно быть одинаковой.

Затем для каждого образца угля после сверления определяют его влажность. Для этого образец угля взвешивают, определяют массу до высушивания m, образец угля высушивают в сушильном шкафу при температуре 105±2°C до постоянной массы m0 и снова взвешивают, определяют влажность образца по формуле

W = m m 0 m 0 × 100 % ,

где W - влажность образца угля, %;

m, m0 - масса образца угля до высушивания и после высушивания до постоянной массы, соответственно, кг.

Аналогично производят исследования с другими образцами при различных влажностях.

В программе MS EXCEL строят графическую зависимость влажности образцов угля от скорости сверления W=f(C), для которой средствами программы получают линию тренда и ее функциональную зависимость: W=kC+b или W=1,0215С-3,2184 (фиг.2), k и b - константы линии тренда.

В шахтных условиях после проведения увлажнения в контрольных точках согласно схеме на фиг.3 с помощью пневмосверла сверлят скважины диаметром 43 мм в глубь угольного пласта на глубину 3-4 м, при этом фиксируют: глубину сверления, производимое усилие во время сверления и время сверления одного метра длины скважины, а по формуле

C=h/t,

где h - глубина сверления, м;

t - время сверления, с, производят расчет скорости сверления.

Используя функциональную зависимость или номограмму, полученную с помощью программы MS EXCEL на основе результатов лабораторных исследований, устанавливают влажность угольного пласта в контрольных точках. Для этого, зная скорость сверления C0=4 см/мин скважины до увлажнения при естественной влажности угольного пласта W0=1,5%, определяют параметр b1 для шахтных условий из уравнения: W0=1,0215C0+b1. При этом k1=k. Получим: bl=W0-1,0215С0=1,5-1,0215-4=-2,586.

После увлажнения угольного пласта измеряют скорость бурения контрольной скважины: C = 96 12 = 8 см/мин.

Используя полученную функцию для шахтных условий, определяем влажность угольного пласта после проведения увлажнения: W=1,0215С-2,586=1,0215·8-2,586=5,586%.

Таким образом, достигается технический результат, который состоит в увеличении оперативности получаемых результатов за счет отсутствия проведения лабораторных исследований на пробах угля после увлажнения и повышении безопасности при проведении профилактических работ, так как не используется электрометрическое оборудование в подготовительной выработке.

Способ оперативного определения влажности угольного пласта, включающий предварительные лабораторные исследования на образцах угля, выбуренных из угольного пласта, подлежащего увлажнению, сверление контрольных скважин в краевой части угольного массива, отличающийся тем, что влажность угольного пласта определяют по скорости сверления контрольной скважины, используя номограмму или функцию
W=f(C),
где W - влажность образцов угля, %;
C - скорость сверления, м/с,
полученные предварительно по результатам лабораторных исследований.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения относительной влажности воздуха от 0 до 100% в интервале температур (- 20÷50)°С.

Изобретение относится к технике измерения физических свойств материалов, например влажности, и может быть использовано во влагометрии неводных жидкостей, например бензинов, дизельных топлив, двигательных и трансформаторных масел и других растворов в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к технике проведения анализа газовой фазы и может быть использовано при анализе качественных и количественных показателей табачных изделий (сигарет, сигарилл, сигар).

Изобретение относится к аналитической химии газовых фаз с применением метода пьезокварцевого микровзвешивания. .

Изобретение относится к аналитической химии. .

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для контроля содержания загрязнителей атмосферы. .

Изобретение относится к горному делу, в частности к способам определения трещиноватости горных пород. Технической результат направлен на определение недостающей системы трещин, находящейся в глубине массива горных пород.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям горных пород, в частности к способам контроля и определения координат опасного состояния массива горных пород при подземных горных работах.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений открытым способом.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения изменения напряженного состояния горного массива. .

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для оценки напряженного состояния горных пород в породном массиве. .

Изобретение относится к механике разрушения твердых тел и может быть использовано при определении прочностных свойств композиционных материалов и горных пород в строительной и горной областях промышленности.

Изобретение относится к горному делу, в частности к области контроля состояния горного массива посредством измерения величины деформации горных выработок или их участков.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения напряжений в массиве горных пород. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для оценки безопасного ведения горных работ под водными объектами. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для определения вертикальных сдвижений и деформаций земной поверхности вследствие ведения подземных и открытых горных работ.

Изобретение относится к горному делу, а именно к буровой технике, и предназначено для исследования режимов бурения горных пород. Техническим результатом является повышение точности измерения режимных параметров бурения за счет возможности независимого приложения к отрезку буровой штанги с буровым инструментом крутящего момента, усилия подачи, импульсов крутящего момента и импульсов осевого усилия. Стенд содержит опорную плиту, отрезок буровой штанги с буровым инструментом, установленный в опорах, гидроцилиндр подачи, тензометрические звенья, вращатель, образец породы. Стенд дополнительно содержит ударный механизм-возбудитель импульсов осевых усилий и ударный механизм-возбудитель импульсов крутящего момента, закрепленные на опорах, расположенных на неподвижной опорной плите, ударные механизмы-возбудители импульсов осевых усилий и импульсов крутящего момента закреплены с возможностью передачи импульсов осевых усилий и импульсов крутящего момента на штангу с буровым инструментом через тензометрические звенья, причем вращатель, с закрепленным на его валу образцом породы, размещен в податчике, имеющем возможность перемещения по направляющим рамы. 3 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для повышения эффективности увлажнения краевых зон угольных пластов в целях борьбы с внезапными выбросами угля и газа путем оперативного и надежного определения влажности угольного пласта при увлажнении. Техническим результатом является увеличение оперативности и повышение безопасности при определении влажности угля в угольном пласте в шахтных условиях при увлажнении краевых зон ударо- и выбросоопасных угольных пластов. В способе пневмосверлом сверлят скважину в боку подготовительной выработки, определяют скорость сверления до увлажнения и после увлажнения угольного пласта, а прирост влажности определяют из результатов сопоставления измерений скорости сверления и результатов предварительных лабораторных исследований.3 ил.

Наверх