Источник: Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.11 - “Фізичні процеси гірничого виробництва”. Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2002р.
Диссертация посвящена вопросам создания нового метода оперативной оценки степени напряженного состояния призабойной области горного массива с целью прогнозирования возможности развития внезапного выброса угля и газа. Проведен анализ существующих методов определения основных характеристик призабойной области горного массива с точки зрения оценки уровня его выбросоопасности. Выделены достоинства и недостатки этих методов. Определено, что создаваемый метод должен основываться на новом подходе к решению задачи прогнозирования динамического проявления горного давления в выработке. В основе метода лежит принцип активного зондирования исследуемой области искусственно возбужденными упругими колебаниями акустического диапазона волн. Проведена оценка уровня напряжений, возникающих в краевой части угольного пласта в случае возможного консольного защемления его породами непосредственной кровли для обоснования общих требований к точностным параметрам аппаратурного обеспечения. На основе выполненных лабораторных и аналитических исследований обоснованы и выбраны из множества частных параметров акустического сигнала составляющие, находящиеся в различных частях спектра, которые в наибольшей степени реагируют на изменение напряженного состояния ближней области массива. Установлены закономерности изменения спектральных составляющих зондирующего сигнала от уровня механических напряжений, возникающих в исследуемой области. Использование принципа активного зондирования исследуемой области искусственно сформированным акустическим сигналом позволило создать метод прогноза, не зависящий от естественной сейсмоакустической активности горного массива, таким образом, появляется возможность ведения неразрывного во времени постоянного контроля его состояния. Доказано, что в качестве источника зондирующего сигнала в горной выработке может использоваться шум механизмов, производящих работу разрушения элементов массива. Этим обеспечиваются технологические преимущества данного метода в сравнении с существующими, поскольку отпадает необходимость в установке специального источника колебаний в шахте и внесении изменений в существующую технологию ведения добычных работ. Кроме того, появляется возможность оценки эффективности применяемых противовыбросных мероприятий непосредственно во время их проведения. Новизна предлагаемого подхода защищена двумя патентами.
Выделенный прогностический признак в виде безразмерного коэффициента отношения максимальных значений амплитуд спектральных компонент зондирующих сигналов в определенных частотных областях оказывается не зависящим от уровня самого сигнала. Это с одной стороны позволит устанавливать приемный датчик на значительном удалении от места ведения работ, с другой стороны – производить оценку напряжений в исследуемой области с точки зрения возможности развития динамического явления в выработке при перемещении источника сигнала, что обеспечит высокую технологичность метода. Разработана методика выделения этого признака из общей структуры принимаемого сигнала, алгоритм обработки и структурная схема соответствующей аппаратуры. Разработано “Техническое задание на разработку аппаратуры акустического контроля выбросоопасности угольных пластов АК-1” и изготовлена опытная партия этой аппаратуры в количестве 300 комплектов. Это позволило провести представительные промышленные испытания созданного метода в различных горно-геологических условиях. Результаты промышленных испытаний метода и аппаратуры подтвердили его высокую надежность в части более высокой достоверности и заблаговременности распознавания зон, опасных по динамическим проявлениям горного давления в сравнении с существующими методами. Результаты исследований внедрены в первую редакцию отраслевого нормативного документа “Инструкцию по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к газодинамическим явлениям” в раздел “Прогноз выбросоопасности угольных пластов” и используются при ведении текущего прогноза выбросоопасности на шахтах ГХК “Макеевуголь”, “Донецкуголь” Украины, в России и Казахстане.
Ключевые слова: подготовительная, очистная выработка, выбросоопасность, внезапный выброс угля и газа, спектр, амплитудно-частотная характеристика, акустический метод.