Удосконалення акустичного способу прогнозу газодинамічних явищ у вугільних шахтах

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-технічної задачі підвищення надійності прогнозу газодинамічних явищ. У роботі виконана обробка статистичного матеріалу щодо ГДЯ, які відбулися на вугільних шахтах Донбасу за останні 25 років. Встановлена закономірність проявів ГДЯ від глибини розробки та інтенсивності відпрацювання вугільних пластів. Доведено на основі вирішення задачі розповсюдження акустичної хвилі у структурно неоднорідному середовищі із тріщинами Гриффітса, що структура акустичного сигналу функціонально пов’язана з рівнем руйнуючих напружень у вугільному пласті. Із структури акустичного сигналу вилучено два додаткових критерію викидонебезпечності, що дозволило при паралельній їх обробці підвищити ймовірність вірного прогнозу до 0,875. Удосконалення метода прогнозу ГДЯ прийняли перевірку на шахтах Донбасу, що підтвердила її високу надійність.

Диссертация посвящена решению актуальной задачи прогноза газодина-мических явлений в угольных шахтах. Выполнен анализ информационных источников в области теории возникновения газодинамических явлений, что позволило сформулировать цели, идею и основные задачи исследований. В результате обработки большого статистического материала о произошедших за последние 25 лет ГДЯ было установлено, что количество внезапных выбросов угля, породы и газа в угольных шахтах растет с увеличением глубины и интенсивности обработки угольных пластов, по линейной зависимости, что позволяет на этой основе вести прогноз предполагаемой опасности. Поставлена и решена задача о распространении акустической волны в структурно неоднородном угольном пласте, который рассмотрен как волновод, и ее взаимодействие с трещинами Гриффитса. При этом сделано предположение, что мощность акустической волны, генерируемой трещинами Гриффитса, равна мощности поглощенной части искусственных акустических колебаний. Доказано, что амплитудно-частотная характеристика акустического сигнала связана функционально с уровнем разрушающих напряжений в угольном пласте, что позволяет обосновано использовать способ акустического прогноза в угольных шахтах. На основе решения вероятностной задачи доказана эффективность параллельного анализа структуры, акустического сигнала по трем независимым параметрам которые выделены и доказана их слабая функциональная зависимость. На этой основе разработана методика прогноза ГДЯ и внесены соответствующие изменения в алгоритм основного сигнала. Вероятность верного прогноза повышена до 0,875. Натурные исследования проводились в шахтах, опасных по ГДЯ. В качестве объектов исследования выбраны шахты «Краснолиманска», им. А.А. Скочинского, «Красноармейская-Западная №1 ПАО («ШУ» «Покровское»). При этом аппаратура АК-1 не использовалась в качестве нормативного инструмента прогноза. В результате выполненных испытаний на первых двух шахтах доказана высокая чувствительность и надежность аппаратуры, которая позволила зарегистрировать формирующиеся газодинамические явления на расстоянии, соответственно, 800 и 2400 м. На шахте «Красноармейская-Западная №1 (ПАО «ШУ» «Покровское») аппаратура зарегистрировала и наличие в углепородном массиве разрывных нарушений и связанное с ним повышение уровня напряжений. После выполнения противовыбросных мероприятий проведение выработки было продолжено.

The dissertation is devoted to solving the actual problem of prediction of gas-dynamic phenomena in coal mines. As a result of processing of large statistical data about gas-dynamic phenomena over the last 25 years it was found that with increasing depth and intensity of processing of coal seams the number of sudden coal and rock bursts, and gas release in coal mines increases with the linear dependence that allows, on this basis to forecast anticipated danger. Formulated and solved the problem of acoustic wave propagation in structurally inhomogeneous coal seam, which is considered as a waveguide, and its interaction with a Griffith crack. In this case, it was assumed that the power of the acoustic wave generated by Griffith crack is equal to the absorbed part of the artificial acoustic oscillations. It is proved, that the frequency response of acoustic signal functionally related to the level of fracture stresses in the coal seam. On the basis of probabilistic solutions of the problem it is proved the effectiveness of the parallel analysis of the structure, the acoustic signal on the three independent parameters which were selected and shown to be weak functional dependence among them. On this basis, developed a method of forecasting the gas-dynamic phenomena and made appropriate changes to the algorithm of the main signal. The probability of correct prediction increased to 0.875. Full-scale studies were conducted in the mines, are being hazardous on gas-dynamic phenomena. As objects of study it was chosen mine Krasnolimanskaya, Skochinskogo mine, "Krasnoarmiyska-Zahidna № 1”. Then apparatus AK-1M was not used as a standard means of prediction. The tests proved the high sensitivity and reliability of the equipment, which allowed not only do predict gas-dynamic phenomena, but the presence of faults in coal and rock array.