PL185288B1

PL185288B1 - Sposób oceny zagrożenia tąpaniami stropowymi w rejonach eksploatacyjnych pokładów węgla kamiennego

Info

Publication number: PL185288B1
Application number: PL96314403A
Authority: PL
Inventors: Zygmunt Gerlach; Michał Pabjanek; Ewa Wyrobek-Gołąb
Original assignee: Zygmunt Gerlach; Pabjanek Michal; Wyrobek Golab Ewa
Priority date: 1996-05-22
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 2003-04-30
Also published as: PL314403A1

Abstract

Sposób oceny zagrożenia tąpaniami stropowymi w rejonach eksploatacyjnych pokładów węgla kamiennego, występujących w szczególności w stropie bezpośrednim i zasadniczym z wykorzystaniem sieci czujników sejsmicznych, w kopalniach prowadzących eksploatację kopalin systemem ubierkowym, znamienny tym, że w miarę rozwoju eksploatacji odwiercą się otwory do spągowej i środkowej części ławy piaskowca zalegającej nad pokładem węglowym, przy czym odległości pomiędzy tymi otworami, nie mniejsze niz 30 m oraz nie większe od 100 m wyznacza się w zależności od warunków zalegania piaskowca horyzontalnego względem obserwowanego pokładu, z tym, że pierwszy system otworów wykonuje się w 100 m strefie przed frontem ściany, po czym w otworach tych umieszcza się czujniki sejsmiczne, a równocześnie w wyrobiskach usytuowanych bezpośrednio pod kontrolowanym obszarem skały wierci się otwory od 1,5 m do 1,8 m, w których umieszcza się kotwy, na których zabudowuje się dodatkowe czujniki pomiarowe i łączy się wszystkie czujniki pomiarowe z wielokanałowym blokiem aparatury sejsmicznej otrzymując zorientowaną przestrzennie i w pełni zamkniętą w obrębie jednego wyrobiska eksploatacyjnego sieć pomiarową o minimum czterech punktach pomiarowych, za pomocą której prowadzi się rejestrację niskoenergetycznych i innych wstrząsów górotworu, a na podstawie tak uzyskanych sygnałów pomiarowych wyznacza się współrzędne przestrzenne ognisk wstrząsów górotworu.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oceny zagrożenia tąpaniami stropowymi w rejonach eksploatacyjnych pokładów węgla kamiennego, występującymi zwłaszcza w stropie bezpośrednim i zasadniczym.

Zagrożenie tąpaniami należy do podstawowych zagrożeń górniczych, co wynika przede wszystkim z faktu, że znane sposoby rozpoznawania zagrożenia i jego zwalczania są dostosowane do tak zwanych tąpań pokładowych, to jest tąpań spowodowanych wstrząsem mającym swoje ognisko w pokładzie. Ten rodzaj tąpań występuje powszechnie w kopalniach węgla kamiennego, w których eksploatację prowadzi się systemami zabierkowymi i zabierkowofilarowymi. Natomiast przy eksploatacji prowadzonej systemem ubierkowym, zwanym inaczej systemem ścianowym, dominują tąpania stropowe będące skutkiem wstrząsów mających ogniska w skałach płonnych zalegających nad eksploatowanym pokładem.

W praktyce górniczej, do oceny stanu zagrożenia tąpaniami stropowymi wykorzystuje się głównie obserwacje mikrosejsmologiczne wymagające tworzenia rozbudowanych sieci sejsmometrycznych, za pomocą których rejestruje się i analizuje wysokoenergetyczne parametry wstrząsów górotworu, najczęściej od energii 103J wzwyż. W tej metodzie zasadniczy problem stwarza możliwie dokładne wyznaczenie głębokości ognisk wstrząsów górotworu. Nadto, przy dotychczas stosowanych metodach występują duże problemy z wyznaczeniem głębokości ognisk wstrząsów, nawet przy wykorzystaniu zoptymalizowanych sieci sejsmometrycznych.

Z polskiego opisu patentowego nr 154039 jest znany sposób określania stopnia zagrożenia wyrzutami głazów i skał polegający na wykonaniu wzdłuż profilu w pewnych odstępach

185 288 czasu co najmniej trzech serii pomiarowych emisji termicznych. Na każdą serię pomiarową składa się cykl pomiarów emisji termicznej w stropie, pokładzie węglowym i spągu, powtarzane kilkakrotnie, z których oblicza się średnią arytmetyczną dla każdego punktu cyklu. Dla każdej serii pomiarowej od wartości emisji termicznej skały nieprzepuszczalnej odejmuje się kolejno wartości emisji termicznych w pozostałych punktach cyklu, uzyskując dwa ciągi liczbowe dla każdej serii pomiarowej odpowiadające wartościom emisji termicznej pokładu węglowego i skały nieprzepuszczalnej. Stopień zagrożenia wyrzutami gazów i skał ocenia się na podstawie różnic emisji termicznej pokładu węglowego i skały nieprzepuszczalnej wzdłuż profilu. Pomiaru natężenia promieniowania cieplnego dokonuje się przez przystawienie pirometru podczerwieni do powierzchni skały w wyrobisku górniczym. Wartości odczytu mogą być przeliczane na wartości temperatury poprzez pomiar na odpowiednim wzorze-standaryzatorze. Możliwość określenia zwiększonego wypływu gazu w oparciu o zmianę emisji termicznej może być oceniana w oparciu o rangowy test Wilcoxona.

Nadto, z polskiego opisu patentowego numer 127469 jest znany sposób prognozowania wyrzutów gazu i skał polegający na tym, że po każdym kolejnym zabiorze wzdłuż ociosu wyrobiska eksploatacyjnego oraz w odległości do 2 m od ociosu w stropie i spągu dokonuje się pomiaru emisji ciepła, korzystnie przy użyciu komory termowizyjnej. W miejscach wystąpienia wzrostu lub spadku temperatury skał ujawnionej na obrazie monitora największą jaskrawością, które stanowią potencjalne pole zagrożenia, wierci się następnie dodatkowe otwory badawcze, po czym dokonuje się pomiaru ciśnienia desorpcji i intensywności wypływu gazu.

Sposób oceny zagrożenia tąpaniami stropowymi w rejonach eksploatacyjnych pokładów węgla kamiennego występujących w szczególności w stropie bezpośrednim i zasadniczym według wynalazku polega na tym, że w miarę rozwoju eksploatacji odwiercą się otwory najlepiej do spągowej oraz do środkowej części ławy piaskowca zalegającej nad pokładem węglowym, przy czym odległości pomiędzy tymi otworami, nie mniejsze niż 30 m oraz nie większe od 100 m wyznacza się w zależności od warunków zalegania horyzontu piaskowca względem obserwowanego pokładu, z tym, że pierwszy system otworów wykonuje się w 100 m strefie przed frontem ściany. W otworach tych umieszcza się czujniki sejsmiczne, przy tym równocześnie w wyrobiskach usytuowanych bezpośrednio pod kontrolowanym obszarem górotworu wierci się otwory o głębokości od 1,5 m do 1,8 m, w których umieszcza się kotwy, na których zabudowuje się dodatkowe czujniki pomiarowe. Wszystkie czujniki pomiarowe łączy się z wielokanałowym blokiem aparatury sejsmicznej otrzymując zorientowaną przestrzennie, w pełni zamkniętą w obrębie jednego wyrobiska sieć pomiarową o minimum czterech punktach pomiarowych, za pomocą której prowadzi się rejestrację niskoenergetycznych, to jest mających wartość poniżej 100 J i innych wstrząsów górotworu, a na podstawie tak uzyskanych sygnałów pomiarowych wyznacza się dokładne przestrzenne współrzędne ognisk wstrząsów górotworu oraz wartości wskaźników aktywności sejsmicznej N/W i intensywności sejsmicznej E/W dla oceny stanu zagrożenia tąpaniami.

Oparty na przestrzennej lokalizacji i analizie niskoenergetycznych parametrów wstrząsowych górotworu sposób oceny zagrożenia tąpaniami stropowymi według wynalazku umożliwia precyzyjne wyznaczenie miejsc tworzenia się ognisk wstrząsów o różnych energiach oraz ich przestrzenną lokalizację w obszarze pokład - horyzonty piaskowcowe stropowe, ewentualnie spągowe. Struktura zorientowanej przestrzennie sieci pomiarowej, ograniczonej praktycznie do jednego wyrobiska, której czujniki są zasadniczo rozmieszczone przed frontem ściany, a tylko nieliczne pozostają za frontem ściany, pozwala na optymalizację podstawowych parametrów sygnałów pomiarowych, takich jak stałość prędkości fali oraz dokładność wyznaczenia pierwszego wejścia fali, co ma istotne znaczenie dla wczesnego wykrywania stref zwiększonego zagrożenia tąpaniami w rejonach przodków ścianowych i chodników, a co za tym idzie, odpowiednio wczesnego zastosowania środków profilaktyki technologicznej i aktywnej, zmniejszającej zagrożenie tąpaniami.

Sposób oceny zagrożenia tąpaniami stropowymi według wynalazku jest dokładniej przedstawiony na podanych niżej przykładach zastosowania.

185 288

Przykład oceny przebiegu zmian obserwowanej aktywności i intensywności wstrząsów niskoenergetycznych w warunkach kopalnianych przedstawiono dla siedemnastodniowego cyklu pomiarów wykonanych w jednej serii pomiarowej. Przedstawione poniżej tabele oraz rysunek pokazują rozkład aktywności i intensywności sejsmicznej w obserwowanym obszarze. Tabela 1 przedstawia klasyfikację kopalń, pól eksploatacyjnych i wyrobisk według stopnia intensywności sejsmicznej 1°, w tabeli 2 zilustrowano rozkład aktywności i intensywności sejsmicznej w obserwowanym obszarze w uzależnieniu od dziennego wydobycia w ścianie, natomiast tabela 3 przedstawia godzinowe zmiany parametrów wskaźnika aktywności sejsmicznej N/W oraz wskaźnika intensywności sejsmicznej E/W. Z kolei, fig. 1 rysunku przedstawia przestrzenny schemat zabudowy czujników pomiarowych, fig. 2, fig. 3 ilustrują rozkład wartości parametrów wskaźnika aktywności sejsmicznej N/W i wskaźnika intensywności sejsmicznej E/W, natomiast fig. 4 i fig. 5 pokazują rozkład zmian parametrów wskaźników aktywności sejsmicznej N/W i intensywności sejsmicznej E/W w interwałach godzinowych przedstawiony w tabeli 3, na podstawie którego dokonuje się oceny stanu zagrożenia tąpaniami. Zasady wykorzystania wskaźnika E/W określone zostały w tabeli 1 klasyfikacji stanu zagrożenia tąpaniami według stopnia intensywności sejsmicznej 1°.

Tabela 1

Klasyfikacja kopalń, pól eksploatacyjnych i wyrobisk według stopnia intensywności sejsmicznej 1°

Stopień intensywności sejsmicznej I°	Wartość wskaźnika intensywności sejsmicznej I°=E/W [J/t]	Ocena stanu zagrożenia tąpaniami
I	0	BRAK
II	0<E/W<10	SŁABY
III	10<E/W<100	ŚREDNI
IV	E/W>100	SILNY

Za pośrednictwem czujników pomiarowych, które wraz z postępem eksploatacji zabudowuje się w otworach odwiercanych do spągowej i środkowej części ławy piaskowca zalegającej nad pokładem oraz w otworach, które odwiercą się w wyrobiskach usytuowanych bezpośrednio pod kontrolowanym obszarem górotworu zarejestrowano w cyklu pomiarowym następującą ilość zjawisk N i energię sejsmiczną E w zależności od dziennego wydobycia w ścianie, co zobrazowano w tabeli 2, natomiast w tabeli 3 pokazano możliwości oceny zagrożenia tąpaniami na podstawie zmian wartości przedmiotowych wskaźników N/W i E/W w interwałach godzinowych, w praktycznym zastosowaniu rozwiązania według wynalazku dla warunków eksploatacji pokładu 510 Kopalni Węgla Kamiennego „Katowice”.

Tabela 2

Dzień	Ilość zjawisk N	Postęp przodka P[m]	Wydobycie dzienne W [Mg]	Wskaźnik aktywności sejsmicznej N/W	Wskaźnik intensywności sejsmicznej I°=E/W [J/t]
1	2	3	4	5	6
1	5	0,20	143	0,033	7,27
2	21	1,30	930	0,023	14,56
3	18	1,00	715	0,025	11,24
4	23	1,70	1216	0,019	4,24
5	14	0,50	358	0,039	8,41
1	2	3	4	5	6
6	11	-	-	-	-

185 288 cd. tabeli 2

1	2	3	4	5	6
7	5	-	-	-	-
8	17	1,50	1073	0,016	2,81
9	40	1,70	1216	0,033	10,09
10	10	0,90	644	0,016	23,91
11	14	1,50	1073	0,013	28,78
12	18	1,50	1073	0,017	6,67
13	25	-	-	-	-
14	4	-	-	-	-
15	14	2,00	1430	0,010	5,37
16	21	2,40	1716	0,012	5,72
17	21	2,30	1645	0,013	7,45

Tabela 3

Data	Godz.	STROP A9	STROP A9
E/W	N/W	E/W	N/W
29.11.1995	18	0,30	0,57	0,40	0,90
	19	0,74	1,63	0,51	2,00
	20	0,80	1,94	0,51	1,90
5x10J	21	1,75	2,60	1,75	5,30

Dysponując zorientowaną przestrzennie, w pełni zamkniętą w obrębie jednego wyrobiska siecią pomiarową o minimum czterech punktach pomiarowych, za pomocą której wyznacza się przestrzenny rozkład ognisk wstrząsów górotworu względem frontu eksploatacji i horyzontów piaskowcowych oraz w oparciu o obserwowane w wybranych interwałach czasu lub postępu przodka zmiany wartości wskaźników aktywności sejsmicznej N/W oraz intensywności sejsmicznej E/W, dokonuje się oceny stanu zagrożenia tąpaniami, przy czym N jest liczbą wstrząsów, E jest energią wstrząsów wyrażoną w dżulach [J], zaś W odpowiada dziennemu wydobyciu wyrażonemu w [Mg], Oceny stanu zagrożenia tąpaniami dokonuje się z wykorzystaniem parametrów tabeli nr 1.

185 288

A 9 5*1θΖ

Fig. 4

A 74 5x70 A

Fig. 5

185 288

185 288 piaskowiec w stropie bezpośredru

Z, /

Z Z
////^G
[w	G

Z.

<d

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób oceny zagrożenia tąpaniami stropowymi w rejonach eksploatacyjnych pokładów węgla kamiennego, występujących w szczególności w stropie bezpośrednim i zasadniczym z wykorzystaniem sieci czujników sejsmicznych, w kopalniach prowadzących eksploatację kopalin systemem ubierkowym, znamienny tym, że w miarę rozwoju eksploatacji odwiercą się otwory do spągowej i środkowej części ławy piaskowca zalegającej nad pokładem węglowym, przy czym odległości pomiędzy tymi otworami, nie mniejsze niż 30 m oraz nie większe od 100 m wyznacza się w zależności od warunków zalegania piaskowca horyzontalnego względem obserwowanego pokładu, z tym, że pierwszy system otworów wykonuje się w 100 m strefie przed frontem ściany, po czym w otworach tych umieszcza się czujniki sejsmiczne, a równocześnie w wyrobiskach usytuowanych bezpośrednio pod kontrolowanym obszarem skały wierci się otwory od 1,5 m do 1,8 m, w których umieszcza się kotwy, na których zabudowuje się dodatkowe czujniki pomiarowe i łączy się wszystkie czujniki pomiarowe z wielokanałowym blokiem aparatury sejsmicznej otrzymując zorientowaną przestrzennie i w pełni zamkniętą w obrębie jednego wyrobiska eksploatacyjnego sieć pomiarową o minimum czterech punktach pomiarowych, za pomocą której prowadzi się rejestrację niskoenergetycznych i innych wstrząsów górotworu, a na podstawie tak uzyskanych sygnałów pomiarowych wyznacza się współrzędne przestrzenne ognisk wstrząsów górotworu.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ocenę stanu zagrożenia tąpaniami przeprowadza się na podstawie przestrzennego rozkładu ognisk wstrząsów górotworu względem frontu eksploatacji i horyzontów piaskowcowych oraz w oparciu o obserwowane w wybranych interwalach czasu lub postępu przodka zmiany wartości wskaźników aktywności sejsmicznej N/W i intensywności sejsmicznej E/W.