автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Разработка комплексной системы контроля и оценки напряженного состояния горного массива при отработке удароопасных антрацитовых пластов

РГ6 Ой

? 1\ НОЯ

На правах рукописи

ИВЧЕНКО Анатолий Викторович

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И ОЦЕНКИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА ПРИ ОТРАБОТКЕ УДАРООПАСНЫХ АНТРАЦИТОВЫХ ПЛАСТОВ

Специальность: 05.15.01 - "Физические процессы горного производства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дела -Межотраслевом научном центре ВНИМИ

Научный руководитель - кандидат технических наук Исаев Юрий Сергеевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор, Бич Яков Адамович

• кандидат технических наук, доцент

Антонов Александр Александрович

Ведущее предприятие - АО " Гуковуголь"

Защита диссертации состоится 1997 г. в час.

на заседании диссертационного Совета Д. 135.06.01 при Государственном научн< исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского дела г адресу: 199026, г. С.-Петербург, В-26 Средний пр., 82, зал заседаш Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан

"¿^'АлМф^. 199/г.

Исх. N /'¿/7

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор В. М. ШИК

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Перед угледобывающей промышленностью России в ;ловиях реструктуризации отрасли ставится задача перехода на высоко произво-тгельные технологии с увеличением объема добычи угля из одного забоя при жращении числа действующих забоев. В условиях шахт Юго-Восточного Дон-юса при добыче угля на глубинах 400-1000м будет возрастать опасность дина-ических проявлений горного давления, в том числе горных ударов. Актуальной дачей является создание в пределах шахтного поля систем непрерывного регио-1ЛЫЮГО контроля геодинамической активности горного массива и локального геративного прогноза степени удароопасности участков, а также объединения их единую систему средств сбора информации для обоснованного управления и лбора технологий добычи с учетом требований обеспечения безопасности веде-1Я горных работ.

Задача регионального контроля может быть решена при помощи сейсмостан-т с пространственно-распределенной сетью датчиков. Для условий шахт Юго-эсточного Донбасса методические и технические вопросы постановки непре-■тного контроля геодинамической активности шахтного поля по естественным йсмическим колебаниям ранее не решались.

Локальный прогноз удароопасности в настоящее время выполняется на осно-: бурения скважин в краевую часть угольного пласта с оценкой выхода штыба, знный метод трудоемок и не везде технически выполним. Актуальной является >требность в малотрудоемких, мобильных и оперативных методах прогноза, звестен опыт успешного применения на каменноугольных пластах метода ло-льного прогноза не требующего бурения скважин и основанного на регистрации тественного электромагнитного излучения (ЕЭМИ), вызванного хрупким раз-'шением углей. Для адаптации данного метода к контролю разрушения антраци-вых пластов , с учетом специфики их свойств, требовалась постановка исследо-ний по обоснованию и разработке основных параметров приема ЕЭМИ и ¡толики контроля.

Цель работы Обоснование и разработка применительно к условиям шахт •го-Восточного Донбасса комплекса оперативных методов оценкн активности рного массива и прогноза степени удароопасности для выбора эффективной хнологии безопасного по проявлению горных ударов ведения горных работ по 1емке угля на антрацитовых пластах.

Идея работы заключается в обеспечении достоверной оперативной инфор-щии о подготовке и реализации процессов разрушения угля и пород в зонах дения работ на антрацитовых пластах за счет сочетания в единой системе ре-онального непрерывного контроля сейсмической активности пород в пределах 1хтного поля , и оперативного диагностирования наличия удароопасности уча-ков выработок путем применения бесскважинного метода регистрации ЕЭМИ и бирательного уточнения категории удароопасности по выходу штыба.

Задачи исследований

1. Обосновать рабочие параметры системы контроля сейсмической активност пород в пределах шахтного поля шахты "Южная".

2. Установить закономерности изменения сейсмической активности в предела шахтного поля на шахте "Южная" на основе данных сейсмостанции "Дон".

3. Установить закономерности изменения естественного электромагнитного изл; чения (ЕЭМИ) антрацитовых пластов в горных выработках в зависимости от сп пени удароопасности краевой части массива.

4. Разработать методику и критерии оперативной оценки степени удароопасност на основе регистрации ЕЭМИ.

Методика исследований включала : анализ и обобщение данных о проявл< нии горных ударов на антрацитовых пластах, лабораторные и шахтные натурнь эксперименты, обработку результатов региональных и локальных наблюден! методами математической статистики.

Научные положения, выносимые на защиту:

1.Показателем аномального изменения геомеханического состояния участкс массива в пределах поля шахты Юго-Восточного Донбасса по добыче антрацит! вых пластов является возникновение сейсмоактивных зон, в которых плотное сейсмических событий с энергией свыше 150 Дж составляет не менее 5 }

0.01.км3.

2. Наличие удароопасности на участке выработки по антрацитовому пласту мож< быть определено по повышению количества (пС) импульсов ЕЭМИ в единш времени и снижению коэффициента (В) распределения импульсов по амплитуда в заданном рабочем диапазоне пороговых уровней регистрации.

Научная новизна работы

1. Обоснованы рабочие режимы выявления зон активизации процессов разруш ния пород горного массива в пределах шахтного поля по сейсмическим данным.

2. Установлено наличие генерации электромагнитной эмиссии при разрушен! антрацитов и изучена связь интенсивности ЕЭМИ в выработках с удароопасн стью прилегающих участков антрацитового пласта i 3".

3. Разработаны параметры регистрации и количественные критерии выявлен! удароопасных участков антрацитовых пластов по показателям выборок сигнал! электромагнитной эмиссии пС и В.

Лично автором

1. Обоснованы и проверены рабочие параметры сети непрерывного контроля сейсмической активности горного массива на шахте "Южная".

2. Проведен анализ результатов работ сейсмостанции "Дон" за 1993-1996 г.

3. Выполнен комплекс шахтных наблюдений методом выхода буровой мелочи и регистрации параметров электромагнитного йзлучения .

4. Проведена обработка и анализ результатов лабораторных и шахтных экспер ментов и установлен характер изменения параметров электромагнитного излуч ния в выработках и скважинах в зоне опорного давления .

5. Разработаны методика и критерии оценки наличия удароопасности участков антрацитовых пластов Юго-Восточного Донбасса по параметрам ЕЭМИ.

Достоверность н обоснованность результатов исследований подтверждается проведением свыше 500 шахтных сопоставительных экспериментов на 4-х шахтах в пунктах с разной степенью удароопасности буровым методом и методом регистрации электромагнитной эмиссии, применением лабораторной и шахтной аппаратуры, проверенной стандартными метрологическими методами, комплексной обработкой данных регионального и локального контроля, промышленной проверкой и внедрением на шахтах результатов исследований

Научное значение работы заключается: • в обосновании возможности распространений области применения метода прогноза удароопасности на основе регистрации ЕЭМИ на антрацитовые пласты шахтных полей ОАО "Ростовуголь" .

Практическое значение работы заключается : ■ в разработке обоснованного комплекса методов и средств непрерывного регионального контроля сейсмической активности шахтного поля и дискретного периодического оперативного контроля ЕЭМИ в горных выработках, пройденных по антрацитовым пластам.

- в разработке "Временных методических указаний по оценке удароопасности антрацитовых пластов на основе регистрации электромагнитной эмиссии".

Реализация результатов исследований заключается в следующем:

1. Создана и успешно функционирует региональная сейсмическая система сбора информации о активности горного массива на шахте "Южная".

2. На 4-х шахтах ОАО "Ростовуголь" внедрен метод оперативной оценки ударо-эпасности на основе "Временных методических указаний по оценке степени удароопасности антрацитовых пластов на основе регистрации электромагнитной эмиссии".

Апробация работы : Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях секции Ученого совета ВНИМИ по горному давлению и горным ударам, НТО по горным ударам и внезапным выбросам /гля и газа , на заседаниях комиссии по горным ударам и внезапным выбросам лри ОАО'Тостовуголь", на НТС ОАО "Ростовуголь",на НТС Ростовского округа Госгортехнадзора РФ, на Всероссийском совещании по обмену опытом в области збеспечения безопасности горных работ в г. Шахты (1994 г),на симпозиуме Торное дело в Арктике" в г.Санкт-Петербурге (1994г)

Объем работы :

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на >8 страницах машинописного текста, содержит 21 рисунок, 5 таблиц, и список штературы из 53 наименований, в том числе три публикации автора по теме дис-:ертационной работы.

Автор выражает глубокую признательность за помощь и ценные рекоменда-;ии в работе к. т. н] Проскурякову В. М , к. т. н. Скакуну А. П., инж. Мулеву С. Н.,

акад. Мелькову А. Д., к. с. н. Жигунову Л. Э., к. т. н. Посыльному С. И., д. т. н Бичу Я. А., д. т. н. Обухову А. А., к. г-м. н. Бондареву М. П., к. т. н. Дьяконо ву Ю. Я. и ИТР ОАО "Ростовуголь".

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе на основе анализа состояния проблемы предотвращения горных ударов на угольных шахтах установлено, что одним из основных направленш обеспечения эффективного и безопасного ведения горных работ является создание системы непрерывного контроля состояния горного массива на разных масштабных уровнях " регион - шахтное поле - выемочный столб - локальный участо! штрека ( лавы, целика) - проходческий забой". В этом случае возможно своевременно выбрать и применить научно обоснованные технологические меры по предотвращению опасных динамических явлений или по снижению их последствий.

Апробированным способом установления связи сейсмической активное™ массива на уровне реглона-шахтного поля с ведением добычи угля и получение оперативной информации для принятия мер по обеспечению безопасности наземных и подземных сооружений и населения1 является организация стационарны> станций для ведения непрерывного сейсмического контроля с пространственнс распределенной сетью приемников упругих колебаний. Наибольший опыт созда ния таких станций накоплен на рудных месторождениях, склонных к горным уда рам (на Таштагольском руднике,в СУБРе, на Норильском ГМК).

Изучив опыт функционирования данных сейсмостанций на основе научно методических разработок ВНИМИ установлен основной круг задач по адаптиро ванию технологии сейсмического контроля к условиям отработки удароопасногс антрацитового пласта в пределах шахтного поля ш."Южная" и намечены основные пути ее решения.

Исследован опыт применения для оперативного локального прогноза степеш удароопасности каменноугольных пластов различных методов прогноза в АС "Северокузбассуголь", АО "КизелугоЛь", АО "Воркутауголь", в том числе н основе регистрации естественной электромагнитной эмиссии. Установлена необ ходимость решения задачи адаптации метода ЕЭМИ к условиям работ на антраци товых удароопасных пластах. Разработана программа комплексных исследованш условий применения метода ЕЭМИ на шахтах ОАО "Ростовуголь". Сформулиро ваны задачи научных исследований.

Вторая глава

Глава посвящена разработке структуры и основных принципов применени: сети сейсмического контроля шахтного поля при отработке антрацитовых пласта на больших глубинах. На шахте "Южная" установлена сеть из 7 подземных и на земных павильонов, центра обработки информации, позволяющая вести непре рывный контроль состояния массива как в пределах поля шахты , так и в предела: периметра города Шахты и окружающих поселков (явления от 2 баллов'и выше'

В пределах поля шахты контролируется область массива с размерами по площади 5 х 5 км и по глубине 2 км . Сеть рассчитана на регистрацию явлений с энергией эт 100 Дж и выше одновременно не менее, чем 4 павильонами при дальности до 1 км. В качестве характеристик сейсмоактивности используют: энергию события в эчаге, координаты события , количество N событий и распределение их по энергиям. Характеристики сейсмоактивности оценивают как для отдельных элементов объема с характерным размером 200 м, так и для шахтного поля в целом за интервал времени, включающий текущие сутки и предисторию разного уровня - от 5 до 30 дней. Совокупная обработка сигналов от всех сейсмопунктов по методическим принципам, разработанным ВНИМИ, дает пространственную оценку активности массива в пределах шахтного поля. Сводные результаты наблюдений за 1993-1996 гг представлены в таблице.

Таблица

Распределение по энергиям сейсмических событий в зоне контроля сейсмостанции "Дон" на шахте Южная

Годы 1993 1994 1995 1996

Поле ш.Южная 11 47 20 76

100-300 Дж '3 18 12 32

300-1000 Дж 5 7 1 26

1000-3 000 Дж 1 16 3 8

3000-104 Дж 1 6 3 9

104-Зх104 Дж 1 - I -

> 30000 Дж - 3 1

Вне поля шахты - 3 4 2

1000-3000 Дж - 2 2 1

3000-10" Дж - 1 - 1

104-Зх104 Дж - - 2 -

Всего И 50 24 78

Таблица отражает следующие особенности сейсмического режима шахтного толя :

среднее число событий составляет порядка 35-38 в год,

большинство событий имеет энергию от 300 до 1000 Дж, что показывает, в ос-говном, слабый (фоновый) характер сейсмичности,

- изменение количества событий во времени имеет тенденцию к нарастанию,

В целом же обобщение данных работы сейсмостанции "Дон" за 1993-1996 гг позволило определить и установить следующее :

- в шахтном поле имеются локальные зоны повышения сейсмоактивное™ , связанных с геомеханическими процессами на участках.шахтного поля, установлено их местоположение и тенденции миграции очагов,

- участки ведения очистных работы на шахте "Южная" ведутся в настоящее время вне сейсмоактивных зон и они не опасны по горно-тектоническим ударам, но нарастание концентрации событий в районе планируемой отработки лавы 14 показывает потребность в сопровождении очистных работ в лаве 14 непрерывным контролем сейсмоактивности с применением сгущенной сети павильонов ,

- показателем аномального изменения геомеханического состояния массива в пределах поля шахты "Южная" является возникновение сейсмоактивных зон, в которых плотность сейсмических событий с энергией в очаге свыше 150 Дж составляет не менее 5 на 0,01 км3.

- основное влияние на сейсмический режим массива пород вблизи поверхности под городом Шахты оказывают глубинные очаги сейсмических явлений с энергией свыше 10000 Дж, а влияние событий с малой энергией от горных работ на шахте "Южная" незначительно,

- в выемочных столбах по удароопасному антрацитовому пласту ¡Зн не получено очагов с энергией свыше 300 Дж, что подтверждает правильность выбора технологии безопасного ведения горных работ,

- проявление сейсмоактивности во времени идет неравномерно, что предопределяет возможность возникновения опасных по геодинамическим явлениям участ-

' ков и требует как продолжения непрерывного сейсмоконтроля в поле шахты "Южная", так и развития сети сейсмопавильонов на другие шахты, и прежде всегс на шахту "Западная-Капитальная".

Третья глава

Глава посвящена лабораторным и шахтным исследованиям естественной электромагнитной эмиссии при разрушении антрацитов.

Для лабораторных исследований применялся ручной пресс , установленный t электромагнитном экране, регистраторы с процессорным управлением типе "Волна", "Импульс", "Ангел", разработанные во ВНИМИ. В пресс закладывали штуфы из антрацита удароопасного пласта i 3 " и нагружали до разрушения. С помощью подвешенной магнитной антенны контролировали амплитуду и количество импульсов ЕЭМИ , появляющихся в процессе разрушения.,Установлено, чтс антрациты генерируют импульсы ЕЭМИ в моменты нарастания нагрузки и разру шения. Амплитуда импульсов достигала 0.5 В/м при расстоянии до датчика 20 см Это позволяет рассчитывать на дистанционный прием сигналов ЕЭМИ из зонь опорного давления антрацитового пласта на расстояниях порядка 3-5 м при по роге чувствительности приемного канала порядка 1мВ/м .

Для шахтных исследований в качестве базовых использовалась приборы разработки ВНИМИ типа "ИЕП-1", "Волна". При опытно-методических работах использовались также приборы типа "Импульс", "Ангел". Указанные типы аппаратуры предназначены для дистанционного приема ЕЭМИ на частотах 20-30 кГц , выделения их импульсной составляющей на фоне помех, определения количества и амплитуды импульсных сигналов в единицу времени в автоматическом режиме. Записи показаний в отдельных пунктах выработок документировались для обработки и анализа.

Шахтные исследования ЕЭМИ выполнялись на шахтах "Южная", "Майская", "Аютинская", "Западная-Капитальная", им.Ленина ОАО "Ростовуголь" в выработках по удароопасному антрацитовому пласту i 3". Все наблюдения выполнены в зонах влияния горных работ, в основном, в лавах и прилегающих к их забоям участках вентиляционного и конвейерного штрека, просека. Часть исследований выполнена в проходческих забоях.

Исследования проводились с 1993 по 1997 гг. С самого начала работ была принята ориентация на проведение шахтных сопоставительных наблюдений в одних и тех же пунктах выработок путем бурения скважин в краевую часть пласта с контролем выхода штыба и регистрации вблизи их устьев электромагнитной эмиссии с датчиком, расположенным в выработке.

По данным наблюдений прибором "ИЕП-1" на шахтах "Аютинская" и им.Ленина на участках с 3 категорией удароопасности (свыше 180 пунктов) получен качественно одинаковый характер изменения в пунктах выработок суммарного выхода буровой мелочи из прогнозной скважины и максимальной пиковой амплитуды импульсов ЕЭМИ. Повышенная амплитуда импульсов ЕЭМИ получена на участках с интенсивной деформацией и обрушением пород из бортов и кровли штреков впереди забоя лавы. На шахте "Аютинская" в процессе доработки участка лавы № 473 и подходе ее забоя к охранному целику конвейерного уклона 4бис за время движения забоя лавы на 54 м проведено 8 циклов сопоставительных наблюдений , от 12 до 16 пунктов в каждом. По мере движения забоя лавы наблюдалось снижение суммарного выхода буровой мелочи на 3-х метровый шпур от 15-18 л до 9.5-10 л. Амплитуда сигналов ЭМИ (средняя по 10 замерам в пункте) снизилась от 1.5-2.2 до 0.7-0.9 мкВ. Наблюдения с прибором "ИЕП-1" позволили определиться в общей структуре распределения поля ЕЭМИ в разных типах выработок, оценить диапазон амплитуд фона, полезных сигналов и помех, оценить степень изменения показаний во времени в одних и тех же пунктах. Однако в связи с низким уровнем сигналов ЕЭМИ на антрацитах по сравнению с каменноугольными пластами, работа с прибором "ИЕП-1" выполнялась на пределе его чувствительности. Кроме того, работа с прибором требует постоянной работы оператора с органами управления и ручной записи показаний. Поэтому была принята ориентация на оснащение шахт более современной серийной аппаратурой с процессорным управлением типа "Волна". С данной аппаратурой выполнен основной объем шахтных наблюдений в 1995-1997 гг. Были выполнены наблюдения

в разных пунктах во времени с целью выбора оптимального и универсального для всех шахт режима приема сигналов ЕЭМИ прибором "Волна" в пунктах выработок.

На шахте "Южная" выполнены наблюдения по параллельному контролю сигналов ЕЭМИ в выработке у устья скважины и в прогнозной скважине. В результате установлено, что источники ЕЭМИ концентрируются преимущественно у границы перехода от разрушенных углей защитной зоны к углям, способным к накоплению энергии и хрупкому разрушению. Источники располагаются , в основном, ближе к контуру выработки, чем максимум опорного давления. Предполагается, что фронт источников ЕЭМИ должен удаляться от выработки по мере развития деформаций вглубь массива. В условиях шахты "Южная" отрабатывались основные приемы ведения регистрации ЕЭМИ и выполнены комплексные исследования структуры сигналов помех и способов защиты от них, проведено сопоставление показаний разных видов применяемой аппаратуры.

Объем и структура сопоставительных работ одновременно на 5 шахтах бассейна в течение двух лет не имеет аналогов по исследованиям ЕЭМИ ни на одном из угольных месторождений страны. Особенностью обстановки являлись редкие проявления удароопасности антрацитов на шахтах. При наблюдениях на шахтах "Майская", "Южная", им. Ленина, "Аютинская" был получен низкий уровень сигналов ЕЭМИ и малый выход буровой мелочи. Это не позволяло сделать обоснованного заключения о количественных значениях критериев прогнозирования. Шахта "Западная-Капитальная" отличалась повышенным уровнем ЕЭМИ и выходом буровой мелочи, достигающим уровня 2-й категории удароопасности. Здесь же сложилось наибольшее разнообразие горно-геологических условий добычи, включая многократные переходы лавами зон тектонических нарушений. В связи с этим основной объем сопоставительных наблюдений выполнен на шахте "Западная-Капитальная" и он же использован при оценке критериев.

Участки с повышенным уровнем напряжений и 2-й категорией получены в • лаве 129 при подходе ее фронта к транспортной выработке (уклону). Также участки 2-й категории получены в лавах 138 и 140 , возможно под влиянием высоких напряжений в зонах влияния геологических нарушений , В лавах 131, 243, 245, 247 - удароопасных участков не выявлено.

Контроль выхода буровой мелочи Р в литрах выполнялся с каждого погонного метра прогнозной скважины . При сравнении с данными по ЕЭМИ использовали как по метровый, так и суммарный выход. В качестве критерия оценки удароопасности по выходу буровой мелочи использован выход штыба на третьем метре прогнозной скважины - выше 10 л ( 2 категория) и свыше 21л (1 категория) при мощности пласта 13 н порядка 1.2 м. .

В каждом пункте контроля буровым методом также фиксировались следующие показатели ЕЭМИ по прибору "Волна": удельный счет импульсов N1 на каждом из задаваемых процессором 11-й порогов срабатывания регистратора, среднее количество импульсов (пС), коэффициент (В) изменения удельного счета в зависимости от амплитуды порога. Программой прибора "Волна" предусмотрена

эценка удароопасности на месте по уровню параметров пС и В по сравнению с их фитическими значениями , занесенными в память - одним пороговым уровнем п1 :реднего количества импульсов пС и двумя пороговыми уровнями коэффициента 3, равными В1 и В2. В целом, чем выше интенсивность излучения из краевой исти пласта, тем выше пС и ниже В. Повторяемость показаний в зонах с такой тенденцией изменения параметров ЕЭМИ проверяли путем многократных наблюдений.

В результате проведенных исследований получено следующее:

- по данным лабораторных испытаний установлено, что антрациты способны к генерации импульсов ЕЭМИ при разрушении, причем пиковая амплитуда сигна-юв на частоте 20 кГц достаточна для дистанционного приема в выработке импульсного излучения из зоны опорного давления пласта,

• контроль ЕЭМИ в скважинах показал, что источники излучения приурочены преимущественно к границе защитной зоны и предельно-напряженных углей, что позволяет -разделять участки на неудароопаскые и удароопасные по изменению параметров ЕЭМИ в выработке, как индикаторов перемещения границы предель-по-напряженных углей относительно поверхности забоя,

- для оценки удароопасности участка выработки требуется наличие информации о эбоих параметрах В и пС, определяемых прибором "Волна", знание только одного из параметров не позволяет дать прогнозную оценку,

- в результате комплексных исследований накоплен достаточный объем данных сопоставительных наблюдений для определения количественных критериев выделения удароопасных участков по параметрам ЕЭМИ, причем основная часть материалов (свыше 300 пунктов ) получена на шахте "Западная-Капитальная".

Четвертая глава

В данной главе представлен анализ результатов комплексных шахтных наблюдений, оценка критериев и составленные на основе выполненных работ "Временные методические указания по оценке степени удароопасности антрацитовых пластов на основе регистрации естественной электромагнитной эмиссии". Указания и критерии составлены применительно к условиям прогноза на шахтах ОАО "Ростовуголь" в выработках по пласту 13".

Из данных по шахте "Западная-Капитальная" для анализа выбраны результаты наблюдений в 305 пунктах, из них в 18 пунктах получена 2-я категория по выходу буровой мелочи. Выполненный объем наблюдений методом регистрации ЕЭМИ гораздо выше, но в части пунктов не было привязки по бурению, а в части получен слишком высокий неустранимый уровень помех приему ЕЭМИ от работы шахтного оборудования ( преимущественно, в районе конвейерного штрека 140, работающего на две лавы - 138 и 140 ). Было проведено отдельное сопоставление параметра В с выходом буровой мелочи Р , а также параметра пС и Р для опасных и неопасных участков. Получена тенденция к снижению В и возрастанию пС на участках с повышением Р. Исходные данные представили как точки со значениями

(пС1,В0 в двухмерном поле изменения параметров В и пС, дополнительным содержанием которых является категория удароопасности, полученная по выход) буровой мелочи. С учетом категории , поле было разделено на опасную и неопасную зону значений (пС1,В0 пороговыми уровнями В2 и п1. Точки исходных данных и критерии представлены на рисунке. Пороговые уровни выбирались для прибора "Волна" по максимальному значению В и минимальному пС для опасных

Критерии степени удароопасности для прибора Волка

\

1о,

о

-

е> о о *

О о о о £ О® г/. о о с о

1

О О О »♦ О < Л й * О " !1

У* о < О 1 И * : " а ■

Сюгиыпульсов (лС) *

ОКЗ ■ К2 ХКРИТ

участков. В зону опасных участков с показателем В ниже критерия В2= 0.46 и показателем пС выше критерия п2=280 попали все показания пунктов с 2-й категорией и только 10% показаний пунктов с 3 категорией , что создает необходимый запас при прогнозе. На основе сопоставления показаний приборов "Волна" и "Импульс" определены также количественные критерии для оценки удароопасности по показаниям прибора "Импульс". Это обеспечивает переход служб прогноза от прибора "Волна" к прибору "Импульс" по мере технического переоснащения служб прогноза, и возможность сопоставления результатов прогноза разными приборами. Определены критерии отбраковки наблюдений с высоким влиянием помех в виде предельных значений параметров ЭМИ В1 и п1. Превышение одногс или обоих параметров шахтного наблюдения над предельными является признаком необходимости проверочных наблюдений в пункте.

Указаниями предусматривается выполнение оперативного прогноза методом ЕЭМИ прежде всего в местах, где прогноз буровым методом невыполним по техническим причинам : невозможность подачи энергопитания

к станкам и малая мощность пласта. Метод ЕЭМИ рассматривается, как индикационный, для оперативного выделения из предусмотренных паспортом на прогноз участка пунктов только удароопасных, как мест для избирательного прогнозного бурения на оценку по выходу буровой мелочи 2 или I категории участка. Для проверки показаний прибора Волна в аномальных зонах в методику заложен необходимый объем повторных наблюдений. В местах, где показания соответствуют критерию повышенного уровня помех оператор должен выполнять замеры в основном и дополнительном (на более высоких уровнях порогов регистрации) режимах. Во всех случаях результат прогноза получают сразу по окончании наблюдения в виде категории удароопасности: если категория 3 - неопасно, категория 2 -опасно. Предусмотрена систематическая проверка сходимости показаний приборов на градуировочном стенде с генератором, вырабатывающим повторяющуюся последовательность сигналов-аналогов источников ЕЭМИ. Использование приборов "Волна" и "Импульс" с автоматизированным управлением и записью режимов приема , данных наблюдений и оценки в память с последующим созданием файлов - отчетных документов позволяет вести постоянный контроль данных и результатов прогноза руководством шахты и органами Госгортехнадзора.

Указания утверждены техническим директором ОАО "Ростовуголь", согласованы с Ростовским Округом Госгортехнадзора, ВНИМИ и комиссией по горным ударам. Применение метода ЕЭМИ выполняется под контролем технической службы по борьбе с горными ударами ОАО "Ростовуголь".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе представлены научно обоснованные новые технические решения для технологии комплексного непрерывного и дискретного контроля процессов подготовки и реализации разрушений в горном массиве при отработке удароопасных антрацитовых пластов, повышающие безопасность работ в условиях шахт Юго-Восточного Донбасса . На основании исследований получены следующие основные результаты:

1. Обоснованы и практически проверены оптимальная схема сети сейсмопунктов и эксплуатационные параметры многоканальной системы непрерывного регионального контроля шахтного поля применительно к условиям проявления техногенной сейсмичности при отработке удароопасных антрацитовых пластов на примере сейсмостанции "Дон" на шахте "Южная".

2. Установлено, что в качестве показателя аномального изменения состояния массива в пределах поля шахты по добыче антрацитовых пластов может быть использовано образование сейсмоактивных зон, в которых плотность очагов сейсмических событий энергией от150 Дж составляет не менее 5 на 0,01 км 3.

3. Установлено, что энергия в эпицентрах сейсмических событий в выемочных столбах по пласту 13 н на шахте "Южная" не превышает 300 Дж , что показывает правильность выбора безопасной технологии ведения работ.

4. Установлено, что антрациты способны к генерации импульсного ЕЭМИ при разрушении , причем пиковая амплитуда сигналов достаточна для дистанционного приема в выработке импульсного излучения из зоны опорного давления антрацитового пласта.

5. Контроль ЕЭМИ в скважинах показал, что источники излучения приурочены преимущественно к границе защитной зоны и предельно-напряженных углей, что позволяет разделять участки на неудароопасные и удароопасные по изменению параметров ЕЭМИ в выработке , как индикаторов перемещения границы предельно-напряженных углей относительно поверхности забоя.

6. В результате сопоставительных наблюдений буровым методом и методом регистрации ЕЭМИ в выработках по удароопасному антрацитовому пласту установлено, что наличие удароопасности на участке выработки может быть определено в результате оценки совокупности двух параметров ЕЭМИ в пункте выработки -количества импульсов в единицу времени пС и коэффициента В распределения импульсов по амплитудам в заданном диапазоне порогов регистрации.

7. В результате комплексной обработка данных сопоставительных наблюдений разработаны количественные критерии оценки удароопасности участков антрацитовых пластов по параметрам ЕЭМИ, определяемым прибором Волна.

8. Разработаны "Временные методические указания по оценке удароопасности антрацитовых пластов на.основе регистрации электромагнитной эмиссии" на четырех шахтах ОАО "Ростовуголь", отрабатывающих пласт i 3".

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ивченко A.B. Результаты испытаний геофизических методов прогноза в условиях шахт АО "Ростовуголь".//: Сб.науч. тр.- С-Петербург.: ВНИМИ.-1995,- С.39-43

2. Бондарев М.П., Дьяконов Ю.Я., Ивченко A.B., Посыльный С.И. Геодинамические и тектонические условия формирования очагов, опасных по выбросам угля и газа // Материалы симпозиума "Горное дело в Арктике" . - С-Петербург.: СПГГУ,-1994- С.110- 112.

3. Ивченко А.В.,Скакун А.П. Временные методические указания по оценке степени удароопасности антрацитовых пластов на основе регистрации электромагнитной эмиссии. Шахты: АО Ростовуголь -1997. - 14 с.

Печатный цех ВНИМИ.Зак. 29. Тираж 100. 1 п л 12