Способ оценки эндогенной пожароопасности при подземной разработке угольных пластов



Способ оценки эндогенной пожароопасности при подземной разработке угольных пластов

 


Владельцы патента RU 2514017:

Шлапаков Павел Александрович (RU)

Изобретение относится к горному делу, а именно к области техники безопасности и профилактики эндогенных пожаров при подземной разработке угольных пластов, склонных к самовозгоранию. Техническим результатом изобретения является повышение точности оценки эндогенной пожароопасности углепородного массива. Предложен способ оценки эндогенной пожароопасности при подземной разработке угольных пластов, включающий измерение из прилегающих выработок естественного электромагнитного излучения с выделением аномальных зон, использование методов электроразведки с определением текущей и фоновой разности потенциалов и определение температуры угля t в аномальной зоне. При этом дополнительно определяют относительное сопротивление влагонасыщенной породы Рп, общую пористость угля Кп, структурный показатель смачиваемости угля m и расчет температуры производят с учетом текстурных особенностей и состава горной породы c применением коэффициента An.

 

Изобретение относится к горному делу, а именно к области техники безопасности и профилактики эндогенных пожаров при подземной разработке угольных пластов, склонных к самовозгоранию.

Известен способ оценки эндогенной пожароопасности действующих выемочных участков (патент RU №2365759, кл. E21F 5/00, дата приоритета 04.03.2008 г., дата публикации 27.08.2009 г., wwwl.fips.ru/wps/portal/registers). Известный способ включает измерение из прилегающих выработок естественного электромагнитного излучения с выделением аномальных зон и последующим изучением их посредством геофизических методов электроразведки с определением текущей и фоновой разности потенциалов. При помощи геофизических методов электроразведки определяют естественную температуру вмещающих пород в аномальной зоне, а в качестве показателя оценки эндогенной пожароопасности принимают температуру угля в ней, которая определяется по зависимости:

t=t0+N1×Q×LnUотн/k(N2×C-N3×LnUотн), °С

где Uотн=ΔU/ΔUфон, ΔU и ΔUфон - текущая и фоновая разности потенциалов на аномальном участке;

t0 - естественная температура вмещающих пласт угля пород на аномальном участке, °С;

С - эмпирический коэффициент, зависящий от диэлектрических свойств угля; для углей Кузбасса С=490-520;

Q - значение запрещенной зоны, характеризующейся количеством энергии, необходимой для перевода электрона в зону проводимости или выравнивания иона из кристаллической решетки, для углей Кузбасса Q=13×10-19 Дж;

k - постоянная Больцмана (k=1,38×10-23 Дж/град);

N1, N2, N3 - константы, зависящие от электросопротивления среды, для угольных массивов Кузбасса N1=0,120-140, N2=1 и N3=4,50-4,55; для рыхлых скоплений в сухом состоянии N2=2(1-Р)/(2+Р),

где Р - пористость скопления, для выработанного пространства на пологом и наклонном падении Р=0,4.

Недостатком известного способа является то, что зависимость электрического сопротивления от пористости представлена в виде константы N2. Для рыхлых скоплений в сухом состоянии N2=2(1-P)/(2+P).

Следует отметить, что электрическое сопротивление минералов, из которых состоит грунт или порода, значительно выше, чем сопротивление насыщенных вод, поэтому общее их сопротивление определяется, в первую очередь, влажностью грунта или пород, а также пористостью, трещиноватостью или разрыхленностью массива. При этом именно влажность пород и их трещиноватость чаще всего изменяют сопротивление в противоположных направлениях: влажность снижает сопротивление, а трещиноватость его повышает. В природных условиях литологические разности пород представляют собой многокомпонентные среды, разной влажности и пористости. Следовательно, использование значения константы N2 при расчете не всегда оправдано и может дать погрешность в вычислениях.

Техническим результатом изобретения является повышение точности оценки эндогенной пожароопасности углепородного массива.

Предложен способ оценки эндогенной пожароопасности при подземной разработке угольных пластов, включающий измерение из прилегающих выработок естественного электромагнитного излучения с выделением аномальных зон, использование методов электроразведки с определением текущей и фоновой разности потенциалов и определение температуры угля t в аномальной зоне, отличающийся тем, что дополнительно определяют относительное сопротивление влагонасыщенной породы Рп, общую пористость угля Кп, структурный показатель смачиваемости угля т и расчет температуры производят с учетом текстурных особенностей и состава горной породы с применением коэффициента Ап по математической формуле

t = t 0 + N 1 × Q × ln U о т н / [ P п × ( A п K п т × С N 3 × ln U о т н ) ]

где t0- естественная температура вмещающих пласт угля пород в аномальной зоне, °С;

N1, N3 - константы, зависящие от электросопротивления среды (N1=0,120-0,140, N2=4,5-4,55);

Q - ширина запрещенной зоны, для углей Кузбасса принимается Q=13×10-19 Дж;

Uотн - относительная разность потенциалов;

k - постоянная Больцмана, k=1,38×10-23 Дж/град;

Рп - относительное сопротивление влагонасыщенной породы (изменяется в пределах 0,07-2,4);

Ап - постоянный коэффициент, зависящий от состава породы и текстурных особенностей (изменяется в пределах 0,4-1,6);

Кп - общая пористость породы, в долях единиц для выработанного пространства на пологом и наклонном падении принимается от 0,3 до 0,4;

т - структурный показатель смачиваемости, зависящий от литологического состава пород (изменяется от 1,3 до 3,2);

С - эмпирический коэффициент, зависящий от диэлектрических свойств угля (для углей Кузбасса 490-520).

Предложенный способ оценки эндогенной пожароопасности при подземной разработке угольных пластов позволяет более точно определить расчетным путем температуру угля с учетом состояния горной породы. Коэффициент Ап позволяет учесть структурно-текстурные особенности исследуемого угольного пласта, коэффициент пористости породы Кп показывает трещинную пористость угля. Структурный показатель смачиваемости т зависит от литологического состава породы и учитывает поровую влагу, которая является обязательным компонентом горных пород. Она при определенных условиях может оказать значительное влияние на величину удельного электрического сопротивления. Понижающее воздействие влаги на электрическое сопротивление горных пород обусловлено тем, что ее сопротивление много меньше сопротивления большинства горных пород. Пористость и влажность горных пород связаны между собой. При увеличении пористости угля может и увеличиваться содержание влаги в макро и микропорах. Даже небольшие изменения в содержании влаги приводят к резкому снижению величины удельного электрического сопротивления. Как показали эксперименты, использование в расчетах температуры угля t указанных выше показателей позволяет на 15-20% увеличить точность прогноза очага возгорания.

Пример 1

Рассмотрим применение данной формулы на примере пожара на одной из шахт Кузбасса.

При отработке лавы 1 выемочного участка проветривание осуществлялось по комбинированной схеме проветривания с частичным отводом метановоздушной смеси газоотсасывающим вентилятором через все выработанное пространство. При снижении темпов подвигания очистного забоя произошло самовозгорание угля в выработанном пространстве, что было зафиксировано в результате анализа проб воздуха рудничной атмосферы.

С целью уточнения очага самовозгорания угля была произведена оценка эндогенной пожароопасности выемочного участка.

Обследование методом ЭДЗ показало, что температура вмещающих пород (t0) составляет 11°С, а относительная разность потенциалов (Uотн=6,5 при ΔU=6,5 мВ и ΔUфон=1,0 мВ). Определенные ранее эмпирические константы для углей Кузбасса составляли: С=500; N1=0,13; N3=4,5; для данного пласта угля: Рп=0,083; Ап=0,7; т=2, КП=0,35. При значении запрещенной зоны Q=13·10-19Дж и постоянной Больцмана К=1,38·10-23 Дж/град прогнозное значение температуры угля в скоплении составляет:

t = t 0 + Q × ln U о т н / [ k × ( P п × А п К п т × С N 3 × ln U о т н ) ] = 11 + 0,12 × 13 × 10 19 × ln 6,5 / [ 1,38 × 10 23 × ( 500 × 0,7 / 0,35 2 4,5 × ln 6,5 ) ] = 104 ° C

По результатам исследования своевременно определено местоположение угольного скопления с повышенной температурой, что позволило в короткие сроки предотвратить его возгорание и обеспечить безопасные условия работы шахтеров.

Способ оценки эндогенной пожароопасности при подземной разработке угольных пластов, включающий измерение из прилегающих выработок естественного электромагнитного излучения с выделением аномальных зон, использование методов электроразведки с определением текущей и фоновой разности потенциалов и определение температуры угля t в аномальной зоне, отличающийся тем, что дополнительно определяют относительное сопротивление влагонасыщенной породы Рп, общую пористость породы Кп, структурный показатель смачиваемости угля т и расчет температуры производят с учетом текстурных особенностей и состава горной породы с применением коэффициента Ап по математической формуле
t = t 0 + N 1 × Q × ln U о т н / [ k × ( P п × A п K п т × С N 3 × ln U о т н ) ]
где t0 - естественная температура вмещающих пласт угля пород в аномальной зоне, °С;
N1, N3 - константы, зависящие от электросопротивления среды (N1=0,120-0,140, N3=4,5-4,55);
Q - ширина запрещенной зоны, для углей Кузбасса принимается Q=13×10-19 Дж;
Uотн - относительная разность потенциалов;
k - постоянная Больцмана, k=1,38×10-23 Дж/град.;
Рп - относительное сопротивление влагонасыщенной породы (изменяется в пределах 0,07-2,4);
Ап - постоянный коэффициент, зависящий от состава породы и текстурных особенностей (изменяется в пределах 0,4-1,6);
Кп - общая пористость породы, в долях единиц для выработанного пространства на пологом и наклонном падении принимается от 0,3 до 0,4;
т - структурный показатель смачиваемости, зависящий от литологического состава пород (изменяется от 1,3 до 3,2);
С - эмпирический коэффициент, зависящий от диэлектрических свойств угля, для углей Кузбасса принят от 490 до 520.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к горному делу, а именно к области предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей, и может быть использовано при разработке угольных месторождений подземным способом на всех этапах производства горных работ.

Изобретение относится к области исследования материалов путем определения их теплофизических свойств и предназначено для прогнозирования в лабораторных условиях эндогенной пожароопасности угольных шахтопластов при геологоразведочных разработках.

Изобретение относится к области обеспечения пожарной безопасности и взрывобезопасности, а именно к способам предотвращения воспламенения, взрыва и детонации водородо-воздушных смесей.
Изобретение относится к области защиты окружающей среды в железорудной, угольной, строительной, энергетической отраслях промышленности, а также при строительстве и эксплуатации автомобильных дорог, может быть использовано для закрепления эрозионно опасных пылящих поверхностей полиминерального состава в хвостохранилищах, золоотвалах, на отвалах горных пород, а также на радиоактивно загрязненных территориях и обочинах автомобильных дорог.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано, например, для изоляции горных выработок при разработке месторождений высоковязкой нефти и природных битумов термошахтным способом.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено при борьбе с пожарами в шахтах. .

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для прогноза выбросоопасных зон при ведении или планировании горных работ по выемке выбросоопасных пластов угля.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть применено для прогноза выбросоопасных зон при проходке или проектировании подготовительных выработок. .

Изобретение относится к горному делу и может быть применено для изоляции аварийных действующих горных выработок угольных шахт при подземных пожарах. .

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим безопасную подземную добычу твердых углеводородов шахтным способом. .

Изобретение относится к отрасли горного дела и посвящено проблеме обеспечения безопасности проведения подготовительных горных выработок по газовому фактору. Техническим результатом является повышение эффективности способа определения метановой опасности подготовительных горных выработок, путем учета влияния на метановую опасность подготовительных горных выработок режима работы вентилятора местного проветривания, фильтрационных и диффузионных параметров переноса метана воздушной струей. Способ определения метановой опасности подготовительной горной выработки заключается в определении геометрических параметров подготовительной горной выработки и определении значения абсолютной газообильности. При этом дополнительно определяют фильтрационные и диффузионные характеристики движения метана в угольном пласте и вентиляционной струе воздуха, определяют среднюю концентрацию метана на исходящей струе из решения уравнения диффузии метана, определяют метановую опасность подготовительной выработки, сравнивают среднюю концентрацию метана на выходе из подготовительной выработки с предельно допустимой концентрацией и нижним пределом взрывчатости метановоздушной смеси. Если эта концентрация меньше предельно допустимой концентрации, то ситуация не опасная. Если средняя концентрация метана превышает предельно допустимую концентрацию, то ситуация опасная. Если средняя концентрация метана превышает нижний предел взрывчатости метановоздушной смеси, то ситуация чрезвычайно опасная.

Изобретение относится к области охраны труда и техники безопасности в угольной и других областях промышленности, связанных с загрязнением атмосферы (газа) твердыми частицами, и, в частности, к пылеизмерительным приборам - аспираторам воздуха. Техническим результатом является повышение точности отбора и измерения объема прокачанного воздуха, поддержания и измерения постоянной объемной скорости прокачки воздуха через фильтр с пылевым осадком, повышение надежности работы аспиратора как при отборе проб пыли, так и в процессе эксплуатации, упрощение конструкции клапанов, упрощение процесса измерения объема прокачанного воздуха, приведенного к стандартным условиям. Аспиратор-пылепробоотборник состоит из корпуса, диафрагменного насоса с электроприводом, системы стабилизации объемной скорости прокачки воздуха, системы измерения объема прокачанного воздуха, пробозаборной трубки и фильтродержателя с фильтром. При этом диафрагменный насос выполнен в виде двух камер, в котором диафрагмы расположены навстречу друг другу, жестко соединены между собой и приводятся в движение при помощи эксцентрикового механизма. Эксцентриковый механизм насажен на ось электродвигателя таким образом, что переднее положение диафрагмы одной камеры соответствует противоположному положению диафрагмы другой камеры. При всасывании воздуха в одну камеру происходит выброс воздуха из другой камеры. Всасывающие клапаны размещены на подвижных диафрагмах, а выхлопные на неподвижном корпусе камер. Обе камеры являются стенками герметичного корпуса насоса, соединенного с всасывающим патрубком, в который вмонтирован датчик разрежения. Двухкамерный насос помещен в другой внешний герметичный корпус, куда выбрасывается воздух из камер и у которого одна стенка заменена резиновой диафрагмой, служащей вместе с внутренним объемом корпуса демпфером. В другую стенку врезан датчик массового расхода воздуха. Датчик разрежения и датчик расхода подсоединены к блоку управления режимом работы двигателя и к блоку информации о расходе воздуха, об объеме протянутого воздуха, о массе пыли на фильтре и концентрации пыли. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области горной промышленности, преимущественно к угольной, и может быть использовано для прогноза взрывоопасности метановоздушных смесей в шахтах. Техническим результатом является повышение достоверности прогнозирования взрывоопасности метановоздушных смесей в угольных шахтах. Способ прогноза взрывоопасности метановоздушных смесей в шахтах заключается в измерении метаноносности пластов угля, определении метанообильности выемочных участков, регистрации вспышек и взрывов метана в течение времени работы в шахте и установлении частоты аварийных по метану ситуаций. При этом на шахтных полях выделяют выемочные участки с различными горнотехническими условиями разработки, а метанообильность участков определяют по метаноносности угольных пластов и объемам выделяющегося свободного метана и устанавливают показатель взрывоопасности метановоздушных смесей. Причем показатель взрывоопасности метановоздушных смесей устанавливают по наиболее опасным метанообильным выемочным участкам шахты с учетом объемов выделяющегося метана из источников скопления. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к способам контроля состава и параметров атмосферы угольных шахт, а именно к газовому анализу. Техническим результатом является повышение эффективности аэрогазового контроля в горных выработках угольных шахт за счет выполнения диагностики и выявления незаконных вмешательств в штатный режим работы систем аэрогазового контроля (АГК), а также реагирования на кратковременные пульсации концентраций метана, превышающих по амплитуде допустимые нормы. Предложенный способ АГК атмосферы угольной шахты заключается в непрерывном мониторинге состава и параметров рудничной атмосферы и использовании данных для диагностики ее состояния, а также для выявления «несанкционированного вмешательства» в штатный режим работы системы АГК. При этом для повышения информативности АГК обеспечивают увеличение количества точек контроля метана на объекте до величины n, которая зависит от длины лавы и определяется как оптимальное по минимуму число точек контроля, достаточное для отслеживания меняющейся картины распределения концентраций метана по вентиляционному потоку объекта контроля. Причем для выявления несанкционированного вмешательства осуществляют следующие операции: сначала фиксируют фоновое значение сигналов о концентрации метана в контролируемых точках в подготовительную смену при неизменном вентиляционном потоке и неработающих забойных машинах и механизмах; затем в рабочие смены в режиме онлайн фиксируют текущие значения этих же сигналов и сравнивают их с соответствующими фоновыми значениями, и судят о «несанкционированном вмешательстве», если текущие значения сигналов ниже фоновых значений. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при герметизации шпуров для оценки газоносности метаноносных угольных пластов и контроля газовыделения в горные выработки. Техническим результатом является обеспечение удобства при выполнении монтажа герметизатора в шпуре в стесненных условиях горных выработок. Герметизатор шпуров для контроля газоносности угольных пластов содержит уплотнительный элемент, выполненный в виде жесткого трубчатого корпуса с концевыми ниппельными опорами и упругой манжетой, надетой на корпус. Причем манжета закреплена на корпусе в его концевых ниппельных опорах посредством бандажа. Кроме того, герметизатор содержит ограничительный элемент, укрепленный на забойном конце уплотнительного элемента, средство досылки герметизатора в шпур, контрольно-измерительный узел, систему подачи воздуха с воздухоподводящими трубками и две дополнительные ниппельные опоры. При этом герметизатор дополнительно снабжен упругой втулкой, пресс-шайбой и пуансоном. Причем жесткий трубчатый корпус выполнен в виде отдельных трубчатых элементов, соединяемых между собой резьбовым соединением. А перед ниппельной опорой первого трубчатого элемента уставлена упругая втулка и пресс-шайба, поджатая пуансоном, установленным на резьбовом соединении с внешней стороны первого трубчатого элемента. Кроме того, воздухоподводящие трубки выполнены, проходящими через ниппельные опоры, а упругая манжета дополнительно закреплена на упругой втулке. 1 ил.

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для установления категорий опасности шахт по метану. Техническим результатом является повышение безопасности ведения горных работ по газовому фактору за счет повышения точности прогноза метаноопасности шахт по показателям содержания метана в угольных пластах по числовым значениям абсолютной метанообильности очистных выработок. Способ прогноза метаноопасности шахты включает определение расхода метана из источников его выделения на выемочных участках шахты по метаноносности угольных пластов с учетом расстояний между разрабатываемым и сближенными угольными пластами и остаточной метаноносности отбитого в забое угля. Кроме того, определяют также производительность угледобывающей техники, степень естественной дегазации разрабатываемого и сближенных пластов угля, и абсолютное метановыделение на выемочных участках шахты, по максимальной величине которого устанавливают категорию опасности шахты по метану.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при текущем прогнозе выбросоопасности угольных пластов. Техническим результатом изобретения является повышение надежности определения выбросоопасных зон в угольных пластах. Предложен способ определения выбросоопасных зон в угольных шахтах, включающий поинтервальное бурение скважины в забое подготовительной выработки, измерение на каждом интервале выхода буровой мелочи и начальной скорости газовыделения и определение возможности существования в угольном пласте твердых растворов природного газа по типу газовых гидратов. После чего в пробуренной скважине измеряют удельное электросопротивление угольного пласта и строят график зависимости удельного электросопротивления угольного пласта от расстояния вдоль оси скважины, с помощью которого определяют ширину зоны угольного пласта, содержащей твердый раствор природного газа по типу газовых гидратов. Далее определяют показатель выбросоопасности Rn с учетом ширины зоны угольного пласта, содержащей твердый раствор природного газа по типу газовых гидратов, и естественной влажности угольного пласта. При этом на исследуемом участке угольного пласта на расстоянии 0,75÷1,25 м от первой скважины бурят вторую скважину. После чего определяют скорость упругих волн в массиве между скважинами, для чего помещают в обе скважины пьезодатчики, которые перемещают с шагом 0,15÷0,25 м одновременно в обеих скважинах. Причем участки угольного пласта, на которых удельное электросопротивление больше в 50÷100 раз удельного электросопротивления соседних участков, содержат твердый раствор природного газа по типу газовых гидратов, если скорость упругих волн в них составляет порядка 2,0÷2,5 км/с. 4 ил.
Изобретение относится к области горной промышленности, преимущественно к угольной, и может быть использовано для прогноза риска взрывов метана и пыли в шахтах и газоопасных рудниках. Техническим результатом является повышение достоверности прогнозирования риска взрывов метана и пыли в шахтах в случае снижения параметров проветривания действующих выемочных участков. Предложен способ прогноза риска взрывов метана и пыли в шахтах, включающий экспериментальное определение интенсивности метано- и пылевыделения на выемочном участке, измерение расхода воздуха и концентрации метана в нем и запыленности рудничного воздуха, определение температуры воспламенения метана и пыли и частоты аварийных ситуаций. При этом расход воздуха и концентрации метана в рудничной атмосфере измеряют в процессе снижения параметров проветривания участка. По данным измерения устанавливают динамику снижения расхода воздуха и роста концентрации метана до ее взрывоопасной величины в смеси с воздухом. Кроме того, температуру воспламенения метана и пыли определяют на глубине ведения горных работ при фактических давлении и влажности воздуха, а риск взрыва метанопылевоздушной смеси устанавливают произведением частот аварийных ситуаций по расходу воздуха, содержанию метана и пыли.

Способ относится к области горной промышленности, преимущественно к угольной, и может быть использован для прогноза взрывоопасности метанопылевоздушных смесей при разрушении угля. Техническим результатом является повышение достоверности прогноза взрывоопасности метанопылевоздушных смесей. Предложен способ прогноза взрывоопасности метановоздушных смесей при разрушении угля, включающий определение метаноносности угольного массива, выхода количества летучих веществ, микрокомпонентов петрографического состава угля и минеральных в нем примесей, измерение удельного пылеподавления и установление критерия взрываемости пыли. При этом в угольных пластах шахтного поля выделяют участки с включениями пирита, определяют метаноносность угольного массива, выхода летучих веществ и содержание тонкодисперсной пыли пирита, материнской пыли в порах угля и объемов свободных угольных частиц пыли, способных при разрушении угля переходить во взвешенное состояние в рудничном воздухе. Устанавливают количественную связь между метаноносностью угольного массива и удельным пылевыделением в зоне разрушения угля исполнительным органом машины. Кроме того, предложенный способ предусматривает определение в зоне разрушения угля концентрации метана и содержания тонкодисперсной пыли пирита, при термическом разложении которого выделяется сероводород, снижающий температуру воспламенения метанопылевоздушных смесей, а также установление количественной связи между критерием взрываемости пыли и петрографическими разностями угольного пласта. 2 з.п. ф-лы
Изобретение относится к области горной промышленности, преимущественно к угольной и рудной, и может быть использовано для прогноза риска взрывов гибридных смесей в шахтах и газоопасных рудниках. Техническим результатом является повышение надежности прогноза за счет учета динамики снижения расхода воздуха и роста концентрации газов. Предложенный способ включает экспериментальное определение интенсивности выделения взрывоопасных газов в горные выработки, измерение расхода воздуха и концентрации газов в рудничной атмосфере и температуры их воспламенения. При этом измерение расхода воздуха и концентрации газов в нем осуществляют в процессе снижения параметров проветривания выработки и устанавливают динамику снижения расхода воздуха и роста концентрации газов, составляющих гибридную смесь. Кроме того, за температуру воспламенения принимают величину, присущую компоненте гибридной смеси с наименьшей температурой воспламенения, а риск взрыва гибридной смеси определяют произведением частот аварийных ситуаций по расходу воздуха и содержанию компоненты гибридной смеси с наименьшей температурой воспламенения. 1 з.п. ф-лы.
Наверх