Сейсмоаку-стическое сопровождение производственный процессов и газодинамических явлений в угольных шахтах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Существуют предпосылки для повышения эффективности обработки и интерпретации применить вейвлет-анализ, позволяющий использовать весовую функцию (вейвлет), являющуюся одновременно и анализирующей. Кроме того, вейвлет-анализ

1. Третьяк А.Я., Денисенко В.В., Сидоренко П.Ф., Худолей Н.Н. Определение местоположения угольного пласта в вертикальном разрезе углевмещающей толщи методом геоакустических спектральных исследований - Изв. вузов Сев. - Кавк. Регион Техн. науки. -1999. №4. - С. 81-84.

отличается быстротой обработки сигнала и простотой алгоритма и вполне применим для решения задачи востановления геологического разреза по некоторой априорно заданной модели (геоакустическом образу).

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Ковалёв А.В., Козлов В.Н., Самокру-тов А.А., Шевалдыкин В.Г., Яковлев Н.Н. Импульсный эхо-метод при контроле бетона. Помехи и пространственная селекция. Дефектоскопия. - 1990. № 2. - С. 29-41.

— Коротко об авторах

Дубровский Ю.В., Сидоренко П.Ф., Молев М.Д., Цветков В.В. - Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт).

----------------------------------- © Б.М. Иванов, Ю.А. Филиппов,

С.В. Индыло, А.В. Колесов, 2007

УДК 622.272:550.834

Б.М. Иванов, Ю.А. Филиппов, С.В. Индыло, А.В. Колесов

СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ*

Семинар № 3

Проведение горных выработок по выбросоопасным шахтопластам с помощью буровзрывных работ в режиме сотрясательного взрывания в ряде

случаев сопровождается справоциро-ванными выбросами угля и газа и зага-зированием выработок.

Актуальность задачи заключается в

*Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 05-05-65062)

том, что, проведение горных выработок обусловлено комплексом производственных процессов и сопровождается на газоносных пластах авариями, вызванными газодинамическими явлениями (ГДЯ). К ГДЯ относятся: внезапные выбросы угля и газа, горные удары, отжимы, выдавливания, обрушения, динамические разломы пород почвы с повышенном газовы-делением, взрывы метано-воздушных смесей.

Сейсмоимпульсы, сопровождающие процессы разрушения горных пород, отдельных ГДЯ представлены на рис. 1-5. Методика исследований использует анализ сейсмоакустиче-ской реакции призабойного массива на технологическое воздействие, то есть регистрирует сейсмообразы: сейсмоимпульсы разрушения, диаграммы СВР и их отличия от других звуковых сигналов. Так, например, на рис. 1 представлены сейсмообразы сотрясательного взрывания (СВР) и 4х сейсмоимпульсов.

На рис. 2 представлены сейсмоимпульсы (1-2) до СВР и (3-4) после взрывных работ, которые идентичны по внешнему виду по форме, частоте, амплитуде и по длительности (примерно 20 миллисекунд)

На рис. 3 представлена диаграмма цикла проходки конвейерного штрека с помощью сотрясательного взрывания.

На рис. 4 представлена сейсмограмма буровзрывной проходки вспомогательного уклона 040.

На шахте «Западная» ОАО «Гуков-уголь» были произведены экспериментальные сравнения двух контрольноизмерительных устройства. Это звукозаписывающий и воспроизводящий аппарат «Астра-110» и портативное запоминающее устройство «плеер с мультикодированием н-320». С помощью этой аппаратуры осуществляет

текущий прогноз по акустической эмиссии (АЭ) горного массива.

Основным элементом этой аппаратуры является чувствительный геофон, воспринимающий звуковые колебания в угле и вмещающих породах.

При этом записывающее устройство плеера подключается к компьютеру и с помощью специальных программ обработки звука наглядно видны диаграммы взрывных работ, сейсмоимпульсов и других сейсмообразов.

Наблюдения проводились на вы-бросоопастных пологих пластах 13 «Суходольский» и К2Н «Лисий» при опытной проверке эффективности способа предотвращения газодинамических явлений, основанного на виб-роимпульсной обработке (ВИО) призабойного массива при помощи пнев-могидравлического источника (ПГИ) импульсов высокого давления. На рис. 3 и 4 представлены сейсмограммы буровзрывных работ без противо-выбросных мероприятий и после ВИО призабойного массива, где а -собственно взрывной импульс (ВИ) длительностью 0,06-0,48 с;

б - «пауза»-перерыв акустического сопровождения БВР, связанный с конструктивными особенностями геофонов, длительностью 0,08-0,62 с;

в - непрерывная акустическая эмиссия (НАЭ) последействия БВР примерно одинаковой амплитуды длительностью 0,62-6,21 с;

г - <ватухание» НАЭ - завершение колебательного процесса, длительностью 0,20-14,45 с (в нашем случае). Интервал «г» может состоять из чередования «пауз» 0,5-3,0 с и дополнительной эмиссии (особенно на крутых пластах и выбросах) длительностью 0,5-1,5 с.

Анализ сейсмограмм акустического сопровождения буровзрывных работ по амплитудно-частотным характеристикам и длительности позволил

Рис. 1. Диаграмма сотрясательного взрывания и сейсмоимпульсы до и после взрывных работ

Рис. 2. Диаграммы сейсмоимпульсов до (1-2) и после (3-4) СВР

Рис. 3. диаграмма цикла проходки К/Ш с помощью СВР 12.03.1998 г. а = 0,10; б = 0,04; в=1,20; г=1,14 с

Рис. 4. Сейсмограмма буровзрывной проходки вспомогательного уклона 040 (пласт «3 Суходольский) 13.03.1998 г. после ВИО призабойного массива (а = 0,14; б = 0,62; в = 1,24; г = 0,55) с

Длительность интервалов сейсмоакустического сопровождения БВР при проведении подготовительных выработок

Дата БВ Интервалы сейсмообразов, сек

а б в г Сумма

Шахта «Западная» ОАО «Гуковуголь», пласт К2Н «Лисий», 601 конв. штрек

09.06.99 0,060 0,140 0,976 0,200 1,376

10.06.99 0,080 0,100 0,780 1,020 1,980

11.06.99 0,060 0,100 1,380 1,280 2,820

18.06.99 0,100 0,080 1,512 0,720 2,412

Пласт 1э «Сухолольский», вспомог. уклон 040

12.03.98 0,100 0,040 1,200 1,140 2,480

Средн. 0,080 0,092 1,169 0,878 2,214

После виброимпульсной обработки Пласт і3 «Сухолольский», вспомог. уклон 040

26.12.97 0,480 0,550 2,600 0,890 4,520

13.03.98 0,140 0,620 1,240 0,550 2,550

15.03.98 0,180 0,360 0,620 1,340 2,500

Средн. 0,267 0,510 1,487 1,260 3,190

Крутые пласты. Центральный район Донбасса (магнитозаписи В.С.Иванова и Н. В. Широких)

№ записи № 1 0,290 0,400 1,030 0,880 2,600

№ 4 0,170 0,310 0,820 3,070*) 4,350

Средн. 0,230 0,355 0,925 1,975 3,475

БВР, спровоцировавшие выбросы силой около 80 т

№ 2 № 3 0,260 0,400 3,340 12,240*) 17,440

0,250 0,370 6,210 14,150*) 19,140

Средн. 0,255 0,385 4,775 13,195 18,290

практически во всех случаях выделить 4 специфические зоны-интервала (таблица). Как следует из анализа данных верхней части таблицы практически длительность всех интервалов сейсмоакустического сопровождения БВР после ВИО выше аналогичных до применения ВИО. Особенно обращает на себя внимание различие интервала «а» в 2-3 раза и интервала «б» более чем в пять раз. На наш взгляд, это обстоятельство свидетельствует о существенном влиянии виброимпульсной обработки на изменение напряженно-деформированного состояния призабойного массива и усиления его дегазации.

Таким образом, применение сейс-моакустической аппаратуры позволяет оценить напряженно-деформированное состояние призабойного массива и дает возможность решения вопросов прогноза выбросоопасных зон

1. Иванов Б.М. Томилин П.И, Юзик В.В. и др. Анализ сейсмообразов сопровождающих ведение горных работ на выбросоопасных пластах м. н/с ИГД им. А.А. Скочинского 2001, 8с

и контроля эффективности способов предотвращения газодинамических явлений.

Анализ сейсмограмм акустического сопровождения буровзрывных работ позволяет выделить по длительности и амплитудно-частотным характеристикам четыре зоны-интервала, имеющих различную длительность в разных горнотехнических условиях проведения горных выработок.

Зоны-интервалы «а» и «б» весьма чувствительны к уровню технологического воздействия на призабойную часть массива и могут быть использованы для контроля эффективности мер предотвращения газодинамических явлений.

Применение сейсмоакустической аппаратуры нового уровня позволит осуществлять реальную оценку напряженно-деформированного состояния призабойного массива, опасного по ГДЯ.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Бушева В.А., Бондаренко Н.Я., Селиванова Н.И. Анализ сейсмограмм газодинамических явлений в угольных пластах Донецкого бассейна. М. н/с ИГД им. А.А. Скочинского, 1978, с. 218-222.

— Коротко об авторах

Иванов Б.М. - доктор технических наук, профессор, Филиппов Ю.А. - горный инженер,

ИПКОН РАН,

Индыло С.В. - горный инженер,

Колесов А.В. - горный инженер,

ОАО «Гуковуголь».