WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

, г/см3

VS, м/с

VP, м/с

, 1/м

Песчаник

15-25

2,58

2432

4329

0,002

Алевролит

1,0-1,5

2,67

2042

3635

0,005

Уголь

1,8-2,4

1,3

1415

2452

0,03

Алевролит

0,0-0,4

2,67

2042

3635

0,005

Песчаник

8-12,0

2,58

2754

4329

0,002

При непрерывном спектрально-акустическом контроле степени выбросоопасности в течении 40 суток величина критерия К колебалась в интервале от 0 до 3.

Регистрация колебаний углепородного массива велась при проведении профилактических мероприятий (бурение разгрузочных шпуров).

На моделях выполнен анализ изменения спектрального состава регистрируемых колебаний углепородного массива. При моделировании принято, что в зоне ПГД скорости угольного пласта возрастают на 20%, затухание падает в 6 раз, для вмещающих пород скорости на (10-12%), затухание в 3 раза.

Количественные значения амплитуд, их отношения и частоты высоко и низко частотных составляющих спектров, представлены в таблице 4.

Идет нарастание амплитуды в высокочастотной части спектра. Амплитуда в низкочастотной части ведет себя не стабильно, но тенденция к нарастанию просматривается. Частоты максимумов модулей амплитуд в низко и высоко частотных частях спектра с небольшими флуктуациями практически не изменяются. Коэффициент К=Ав/Ан нарастает от 0,77 до 3,36.

Таблица 4.

п/п

Расстояние

до зоны ПГД, м

Частота максимума амплитуды, Гц, fн

Максимум амплитуды, у.е.

Ан

Частота максимума амплитуды, Гц, fв

Максимум амплитуды, у.е.

Ав

Отношение амплитуд, К=Ав/Ан

1

10

73

870

830

670

0,77

2

5

81

1160

797

1657

1,43

3

2

73

808

863

2713

3,36

4

0

65

2941

830

7813

2,26

5

-2

73

2252

838

10129

4,5

6

-5

203

1972

797

21180

10,7

При входе горных работ в зону ПГД на 2 м и на 5 м, таблица 5 это 5 и 6 строки соответственно, происходит дальнейшее нарастание амплитуды высоко частотной части спектра, коэффициент К растет существенно - до 10,7, что говорит о начале резонансной раскачки горных пород.

Сравнение полученных теоретических результатов с практическими в данном случае возможно по коэффициенту К из эксперимента (Ки=3) и расчетного (Кр). Так как по технологии горных работ велось постоянное разбуривание угольного пласта веером шпуров для предотвращения газодинамических явлений, то можно предположить, что зона ПГД ближе чем на 2-3 м к груди забоя приблизиться не могла. Поэтому максимальный коэффициент К, полученный в расчетах принимается 3,36, а измеренный 3,0.

Относительная погрешность K расчетного коэффициента Кв и измеренного Ки составляет:

K=100%*( Кв - Ки)/Кв = 100%*(3,36 – 3,0)/3,36=10%.

Проведенный комплекс исследований показал, что в качестве информативных критериев прогноза изменения напряженного состояния призабойной зоны углепородного массива должны применяться:

-максимум модуля амплитуды низкочастотной составляющей амплитудно-частотного спектра колебаний углепородного массива;

-максимум модуля амплитуды высокочастотной составляющей амплитудно-частотного спектра колебаний углепородного массива;

-энергия колебательного процесса в целом и отдельных составляющих амплитудно-частотного спектра колебаний углепородного массива;

-отношение максимума модуля амплитуды высокочастотной к низкочастотной составляющей амплитудно-частотного спектра колебаний углепородного массива.

Нарастание одного из них следует расценивать, как нарастание опасности развития внезапного выброса угля, породы и газа или горного удара. Снижение же выбросо и удароопасности следует оценивать по снижению значений комплекса таких параметров, как:

- максимум модуля амплитуды высокочастотной составляющей амплитудно-частотного спектра зарегистрированных колебаний углепородного массива;

- энергия колебательного процесса в целом и отдельных составляющих амплитудно-частотного спектра зарегистрированных колебаний углепородного массива;

- отношение максимума модуля амплитуды высокочастотной к низкочастотной составляющей амплитудно-частотного спектра зарегистрированных колебаний углепородного массива.

Критерии выбросоопасности действительны только для конкретного забоя с его горно-геологическими условиями, способами выемки и механизации.

В процессе выполнения исследований спроектирована и реализована в виде опытного образца аппаратура контроля изменения напряженного состояния углепородного массива при горных работах. При эксплуатации аппаратуры спектрально-акустического контроля волновые пакеты (сейсмоакустические сигналы), распространяющиеся в горном массиве, воспринимаются датчиком и поступают в подземный блок, обрабатываются и передаются на поверхность по линии связи в компьютер, производящий спектральный анализ исходного сигнала и осуществляющий реализацию алгоритма прогноза выбросоопасности в автоматическом режиме.

Реализованная в подземном блоке первичная обработка, поступающей от датчика сейсмоакустической информации (преобразование из аналоговой в цифровую, из временной в частотную) и последующее сглаживание спектров, позволяет значительно сократить объем передаваемых данных на поверхность без потери точности;

Полученные критерии контроля изменения напряженного состояния углепородного массива и аппаратура позволили разработать комплексную методику прогнозирования геодинамических и газодинамических явлений в шахтах, объединяя геомеханические сейсмоакустические и газодинамические методы прогноза.

Методика создана для автоматизированного прогноза опасности изменения напряженного состояния углепородного массива в шахтах с применением современной высокопроизводительной горной техники, обеспечивающей высокие скорости подвигания.

В соответствии с методикой разработана структурная схема прогнозирования изменения напряженного состояния углепородного массива (рисунок 7).

В комплекс мероприятий по прогнозу и контролю опасности внезапных выбросов угля и газа и горных ударов входят:

Рисунок 7. Структурная схема прогнозирования изменения напряженного состояния углепородного массива.

моделирование процессов изменения напряженного состояния призабойной части углепородного массива и предварительной оценки влияния данного изменения на колебательные процессы генерируемые буровзрывными работами или горными машинами. Определение априорных спектрально-акустических критериальных показателей опасности развития внезапных выбросов или горных ударов;

текущий сеймоакустический контроль напряженного состояния призабойного массива, его выбросоопасности и удароопасности по АЧХ зондирующего сигнала при техногенном воздействии на призабойный массив и по акустической эмиссии массива;

текущий контроль газодинамической активности призабойной части угольного пласта на основе регистрации изменения концентрации метана в рудничной атмосфере и расхода воздуха в призабойной части горной выработки;

текущий контроль изменчивости физико-механических свойств (прочности, упругости и коэффициент газоотдачи) угольного пласта по трассе подвигания горной выработки экспресс методом прочностномером П-1;

текущий прогноз опасных зон, газодинамических явлений комплексным сейсмо-геомеханическим методом (по раздельным и комплексным критериям);

контроль эффективности противовыбросных и противоударных мероприятий, рекомендации по способам предотвращения газодинамических явлений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, представляющей собой законченную научно-исследовательскую работу, содержатся результаты теоретических и экспериментальных исследований, совокупность которых может квалифицироваться как решение актуальной научной задачи разработки метода и аппаратуры автоматизированного контроля в режиме реального времени изменения напряженного состояния углепородного массива в зонах ведения проходческих горных работ, обеспечивающих повышение информативности и надежности прогнозирования степени опасности горных ударов и внезапных выбросов.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации работы заключаются в следующем:

1) разработана физико - математическая модель и алгоритмы расчетов формирования и развития акусто-вибрационных процессов в углепородном массиве в зоне ведения горных работ при наличии влияния зон повышенного горного давления, зон трещиноватости и ряда других нарушений. Модель и алгоритмы позволяют проводить моделирование и анализ колебательных процессов, их амплитудных, энергетических и спектральных характеристик в плоскости геологического разреза и зоны влияния горной выработки;

2) установлены закономерности влияния горной выработки, строения и состояния угольного пласта и вмещающих пород в зоне ведения горных работ на структуру, спектральный состав, амплитудные и энергетические характеристики регистрируемых колебаний. Полученные закономерности показывают тесную взаимосвязь формы и параметров амплитудно-частотных спектров с мощностью и свойствами угольного пласта, параметрами горной выработки и степенью нарушенности горных пород вокруг нее;

3) установлены закономерности процессов фильтрации горной выработкой и углепородным массивом широкополосного источника акусто-вибрационных процессов при различных горно-геологических условиях, физико-механических свойствах угольного пласта и вмещающих пород и параметрах горной выработки;

4) разработаны информативные спектрально-акустические критерии прогнозирования зон и степень их выбросопасности при ведении проходческих работ. В качестве базовых критериев рекомендуется использовать изменение в режиме реального времени полной энергии сигнала, максимума модуля амплитуды в заданном частотном диапазоне, отношение максимума модуля амплитуды высокочастотной части спектра к низкочастотной;

5) разработана аппаратура нового технического уровня и методика сейсмоакустического контроля изменения напряженного состояния в зонах ведения горных работ и прогнозирования выбросоопасности. Сконструированная аппаратура и методика позволяют в режиме реального времени вести контроль изменения напряженного состояния углепородного массива, информировать о входе горных работ в опасную зону и оценивать качество и эффективность проведенных противовыбросных мероприятий.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. Гуляев П.Н. Текущий контроль риска газодинамических явлений в угольных шахтах активными сейсмоакустическими методами.//Горная геология, геомеханика и маркшейдерия. Сборник научных докладов. Донецк: УкрНИМИ НАН Украины, 2004, С. 195-199.
  2. Захаров В.Н., Гуляев П.Н., Харченко А.В. Исследование акусто - вибрационных процессов углепородного массива в зонах ведения горных работ. ГИАБ, №6, изд-во МГГУ, 2005, С.69-74.
  3. Захаров В.Н., Харченко А.В., Гуляев П.Н. Исследования энергетических и спектральных характеристик колебательных процессов угольного пласта и вмещающих пород при проходке горных выработок.//Физическая акустика. Распространение и дифракция волн. Геологическая акустика. Сборник трудов XVI сессии Российского акустического общества. Т.1. –М.: ГЕОС, 2005, С. 342-347.

4.Гуляев П.Н. Информативные параметры акусто-вибрационных процессов в зонах ведения горных работ при подземной разработке угольных месторождений. ГИАБ, №6, изд-во МГГУ, 2006, С.140-146.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»