PL207323B1

PL207323B1 - Method of determination of the value of the effective seismic waves energy absorption factor in front of the mining wall machined with a combine

Info

Publication number: PL207323B1
Application number: PL378797A
Authority: PL
Inventors: Jerzy Kornowski; Jan Stokłosa; Andrzej Malesza; Aleksandra Pierzyna; Joanna Kurzeja; Andrzej Waśko
Original assignee: Głowny Inst Gornictwa
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2010-12-31
Also published as: PL378797A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania efektywnej wartości współczynnika a absorpcji energii fal sejsmicznych przed frontem skrawanej kombajnem ściany wydobywczej w kopalni.The subject of the invention is a method of determining the effective value of the seismic wave energy absorption coefficient a in front of the front of a mining longwall cut with a shearer in a mine.

Wartość współczynnika a absorpcji, zwanego również współczynnikiem tłumienia energii fal sejsmicznych przed frontem skrawanej kombajnem ściany, to tłumienie i spadek amplitudy fali na drodze o znanej długości. Wartość współczynnika a jest lokalną cechą skały, w tym pokładu węgla i ma wymiar [m^-1]. Ze względu na niejednorodność i spękanie węgla i górotworu, tylko przybliżona i uśredniona, czyli efektywna wartość współczynnika α jest możliwa do eksperymentalnego wyznaczania in situ. Współczynnik α jest użyteczny między innymi we wszystkich zastosowaniach sejsmoakustyki i sejsmologii górniczej, wymagających oszacowania energii źródeł fal, w metodzie obserwacji tak zwanych ścian długich oraz w niektórych metodach oceny zagrożenia tąpaniami kopalniach wyrobisk górniczych.The value of the absorption coefficient a, also called the coefficient of attenuation of the seismic wave energy in front of the face of the shearer cut face, is the damping and decrease of the wave amplitude along the path of a known length. The value of the coefficient a is a local feature of the rock, including the coal seam, and has the dimension [m ^-1 ]. Due to the heterogeneity and fracture of coal and rock mass, only an approximate and averaged, i.e. effective value of the α coefficient is possible for experimental determination in situ. The α coefficient is useful, inter alia, in all applications of seismic acoustics and mining seismology, requiring the estimation of the energy of wave sources, in the method of observation of the so-called long walls, and in some methods of assessing the risk of rock bursts in mines.

Dotychczasowy sposób wyznaczania wartości współczynnika a absorpcji energii fal sejsmicznych polega na tak zwanym pomiarze bezpośrednim. Ekipa pomiarowa, wyposażona w przenośną, sejsmoakustyczną aparaturę pomiarową i w materiał wybuchowy, zjeżdża pod ziemię na pomiary w danej ś cianie, gdzie nie moż e w tym czasie trwać wydobycie. Materiał wybuchowy ł aduje się do otworów strzałowych w czole ściany i instaluje geofony aparatury sejsmoakustycznej, przykładowo jeden koło otworu strzałowego, a drugi w chodniku przyścianowym. Po odpaleniu ładunku materiału wybuchowego, sygnał sejsmiczny (fala) jest rejestrowany przez geofon w pobliżu otworu strzałowego i przez drugi geofon w chodniku. Pomiar energii tego sygnału dwoma geofonami, umieszczonymi w znanej odległ oś ci od źródł a, umoż liwia wyznaczenie wartoś ci współczynnika a na trasie fali sejsmicznej. Dla otrzymania wiarygodnych wyników, pomiarów takich należy wykonać wiele, co najmniej kilkanaście.The current method of determining the value of the coefficient a of seismic wave energy absorption is based on the so-called direct measurement. The measuring team, equipped with a portable, seismic-acoustic measuring apparatus and an explosive, descends underground for measurements in a given wall, where no extraction can take place at that time. The explosive is loaded into the blast holes in the face of the wall and geophones of the seismic-acoustic equipment are installed, for example, one near the blast hole and the other in the longwall heading. After firing the explosive charge, the seismic signal (wave) is recorded by a geophone near the blast hole and by a second geophone in the sidewalk. Measurement of the energy of this signal with two geophones placed in a known distance from the source enables the determination of the value of the coefficient a along the seismic wave path. In order to obtain reliable results, many, at least a dozen or so measurements should be performed.

Sposób ten jest bardzo pracochłonny i kosztowny, a pomiary często są nieudane, gdyż strzelanie w pobliżu geofonów często powoduje ich uszkodzenie. Kosztowne jest również wynajęcie ekipy pomiarowej na dzień wolny od produkcji, w praktyce na sobotę i/lub niedzielę.This method is very laborious and costly, and measurements are often unsuccessful as shooting near geophones often damages them. It is also expensive to hire a measurement team for a day off production, in practice on Saturday and / or Sunday.

W sposobie wyznaczania efektywnej wartoś ci współ czynnika a absorpcji energii fal sejsmicznych przed frontem skrawanej kombajnem ściany wydobywczej w kopalni, według wynalazku, wykorzystuje się geofony standardowej sieci sejsmoakustycznej ściany wydobywczej, zainstalowane w chodnikach przyścianowych przed jej frontem, w znanych odległościach od skrzyżowania z tą ścianą. Wartość współczynnika α absorpcji wyznacza się na podstawie skumulowanej energii umownej zdarzeń sejsmoakustycznych rejestrowanej przez wspomniane geofony w ustalonych, korzystnie obejmujących jeden pełny skraw ściany, odcinkach czasu oraz przyjmuje odległość geofonów od skrzyżowania, jako ich odległość od źródła sejsmoakustycznych impulsów i oblicza tłumienie, jako efektywną wartość współczynnika a według znanych z fizyki równań wiążących obserwowaną energię fal z odległościami od źródła i z tym współczynnikiem.In the method of determining the effective value of the coefficient of the energy absorption of seismic waves in front of a mining longwall cut with a shearer in a mine, according to the invention, geophones of a standard seismic-acoustic longwall network are used, installed in the longwall headings in front of its front, at known distances from the intersection with this wall . The value of the absorption coefficient α is determined on the basis of the cumulative conventional energy of seismic-acoustic events recorded by the aforementioned geophones in fixed, preferably covering one full wall cut, time intervals and the distance of the geophones from the intersection is taken as their distance from the source of seismic-acoustic pulses and the attenuation is calculated as the effective value coefficient a according to the equations known from physics linking the observed wave energy with the distances from the source and with this coefficient.

Sposób według wynalazku, wykorzystujący informacje zawarte w wynikach normalnych, rutynowych obserwacji sejsmoakustycznych, prowadzonych obligatoryjnie i w sposób ciągły na zagrożonych ścianach przemysłu węglowego, umożliwia wyznaczanie efektywnej wartości współczynnika α bez konieczności wykonywania serii uciążliwych i kosztownych pomiarów pod ziemią.The method according to the invention, using the information contained in the results of normal, routine seismic-acoustic observations, carried out obligatorily and continuously on endangered walls of the coal industry, enables the determination of the effective value of the coefficient α without the need to perform a series of burdensome and costly underground measurements.

Przedmiot wynalazku jest dokładniej przedstawiony w przykładzie wykonania poniżej, w oparciu o schematyczny rysunek ściany wydobywczej z chodnikami przyś cianowymi, w których są zainstalowane geofony standardowej sieci sejsmoakustycznej.The subject of the invention is presented in more detail in the embodiment below, based on a schematic drawing of a mining wall with longwall galleries in which geophones of a standard seismic-acoustic network are installed.

Dla wyznaczenia efektywnej wartości współczynnika α absorpcji energii fal sejsmicznych przed frontem skrawanej kombajnem ściany wydobywczej 1 w kopalni, wykorzystuje się dwa geofony A i B standardowej sieci sejsmoakustycznej. Geofony A i B, zainstalowane w chodniku przyścianowym 2 w znanych odległościach xA i xB od skrzyżowania tego chodnika z obserwowaną ścianą oraz połączone torami 3 i 4 transmisji danych z komputerem stacji tąpań, rejestrują skumulowaną wielkość energii umownej. Podobnie jest w drugim chodniku przyścianowym 5, gdzie zainstalowane są geofony C i D. Energia umowna, to skorygowana ze względu na odległości xA i xB lokalna, w otoczeniu punktu pomiarowego, gęstość energii pola falowego. Przyjmując, co jest uproszczeniem, że większość obserwowanych źródeł fal występuje w rejonie skrzyżowania chodnika przyścianowego 2 ze ścianą wydobywczą 1, a skrzyżowanie to znajduje się w znanej odległości xA oraz xB od geofonów A i B, nieznane zwykle odległości źródeł od geofonów można zastąpić średnią dla wielu źródeł, ale znaną odległością xA i xB. Ponieważ w ciągu skrawu obserwuje się obserwuje się bardzo wiele, często setki, impulsów sejsmoakustycznych, uśrednianie to prowadzi do bardzo dobrych wyników. Jest to przybliżenie, któreTwo geophones A and B of the standard seismic-acoustic network are used to determine the effective value of the seismic wave energy absorption coefficient α in front of the longwall 1 cut with a shearer in a mine. The geophones A and B, installed in the longwall roadway 2 at known distances xA and xB from the crossing of this pavement with the observed wall, and connected by data transmission paths 3 and 4 with the computer of the rockburst station, record the cumulative amount of contracted energy. The situation is similar in the second longwall passage 5, where geophones C and D are installed. Conventional energy is the local energy density of the wave field, corrected for distances xA and xB, in the vicinity of the measurement point. Assuming, which is a simplification, that most of the observed wave sources occur in the area of the intersection of the longwall 2 with the longwall 1, and the intersection is located at a known distance xA and xB from geophones A and B, the usually unknown distances of sources from geophones can be replaced by the average for multiple sources, but with a known distance xA and xB. Since a lot, often hundreds, of seismoacoustic pulses are observed during the cut, this averaging leads to very good results. This is an approximation of that

PL 207 323 B1 umożliwia łatwe obliczanie na podstawie znanych z fizyki równań, zwanych relacjami tłumienia, przybliżonej średniej wartości współczynnika α absorpcji w pokładzie węgla między frontem ściany wydobywczej 1 a geofonami A i B. Przy obliczeniu tym wszystkie niezbędne informacje są dostępne, gdyż otrzymuje się je z obligatoryjnych ciągłych obserwacji sejsmoakustycznych. Przykładowa zależność, wynikająca ze znanych relacji tłumienia, ma w tych warunkach postać:Using the equations known from physics, the so-called attenuation relations, the approximate average value of the absorption coefficient α in the coal seam between the longwall front 1 and geophones A and B can be easily calculated. them from obligatory continuous seismic-acoustic observations. An exemplary dependence, resulting from the known attenuation relations, has the form:

P ^f/ ρ H gdzie: ^{ι :} ·ι - ^Γ-« - energie umowne, obligatoryjnie mierzone za pomocą geofonów A i B,P ^{f /} ρ H where: ^ι: · ι - ^Γ - «- conventional energies, obligatorily measured with geophones A and B,

KA, KB - wzmocnienia torów 3 i 4 transmisji danych, xA i xB - odległości geofonów A i B od skrzyżowania,KA, KB - strengthening of tracks 3 and 4 of data transmission, xA and xB - distances of geophones A and B from the intersection,

In - logarytm naturalny o podstawie e.In - natural logarithm to base e.

Obliczenia mogą być wykonywane całkowicie automatycznie przez komputer, dla każdego regularnego, to znaczy bez przestojów, awarii czy zdarzeń nadzwyczajnych, skrawu ściany wydobywczej 1. To samo dotyczy drugiego chodnika przyścianowego 5 oraz zainstalowanych tam geofonów C i D.The calculations can be performed completely automatically by the computer, for each regular, i.e. without downtime, breakdowns or extraordinary events, cut of a longwall 1. The same applies to the second longwall 5 and the geophones C and D installed there.

Claims

Patent claim

The method of determining the effective value of the coefficient α for the absorption of the energy of seismic waves in front of a longwall cut with a shearer in a mine, characterized by the use of geophones of a standard seismic-acoustic longwall network, installed in longwall galleries in front of its front, at known distances from the intersection with this wall and the value of the α coefficient on the basis of the cumulative conventional energy of seismoacoustic events recorded by geophones in fixed, preferably covering one full wall cut, time sections and takes the distance of the geophones from the intersection as their distance from the source of seismoacoustic pulses and calculates the attenuation as the effective value of the coefficient a according to known from the physics of equations linking the observed wave energy with the distances from the source and with this coefficient.