RU2594917C1 - Способ и схема для обнаружения и минимизации метановой опасности в районе очистной лавы - Google Patents
Способ и схема для обнаружения и минимизации метановой опасности в районе очистной лавы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2594917C1 RU2594917C1 RU2015101764/03A RU2015101764A RU2594917C1 RU 2594917 C1 RU2594917 C1 RU 2594917C1 RU 2015101764/03 A RU2015101764/03 A RU 2015101764/03A RU 2015101764 A RU2015101764 A RU 2015101764A RU 2594917 C1 RU2594917 C1 RU 2594917C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- seismic
- lava
- methane
- circuit
- recording system
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 132
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000005065 mining Methods 0.000 title abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000003325 tomography Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 10
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 claims description 5
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 3
- IYLGZMTXKJYONK-ACLXAEORSA-N (12s,15r)-15-hydroxy-11,16-dioxo-15,20-dihydrosenecionan-12-yl acetate Chemical compound O1C(=O)[C@](CC)(O)C[C@@H](C)[C@](C)(OC(C)=O)C(=O)OCC2=CCN3[C@H]2[C@H]1CC3 IYLGZMTXKJYONK-ACLXAEORSA-N 0.000 claims description 2
- IYLGZMTXKJYONK-UHFFFAOYSA-N ruwenine Natural products O1C(=O)C(CC)(O)CC(C)C(C)(OC(C)=O)C(=O)OCC2=CCN3C2C1CC3 IYLGZMTXKJYONK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims 1
- 230000000069 prophylactic effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 claims 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 5
- 230000004807 localization Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 230000003245 working effect Effects 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000555081 Stanus Species 0.000 description 1
- 206010044565 Tremor Diseases 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/001—Acoustic presence detection
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
- E21F17/18—Special adaptations of signalling or alarm devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0062—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the measuring method or the display, e.g. intermittent measurement or digital display
- G01N33/0063—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the measuring method or the display, e.g. intermittent measurement or digital display using a threshold to release an alarm or displaying means
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
- G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
- G08B21/02—Alarms for ensuring the safety of persons
- G08B21/10—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to calamitous events, e.g. tornados or earthquakes
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
- G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
- G08B21/02—Alarms for ensuring the safety of persons
- G08B21/12—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to undesired emission of substances, e.g. pollution alarms
- G08B21/16—Combustible gas alarms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V2210/00—Details of seismic processing or analysis
- G01V2210/10—Aspects of acoustic signal generation or detection
- G01V2210/12—Signal generation
- G01V2210/123—Passive source, e.g. microseismics
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу и схеме обнаружения и минимизации метановой опасности в районе очистной лавы. Техническим результатом является повышение эффективности обнаружения и минимизации метановой опасности в районе очистной лавы шахты. Способ заключается в том, что на опережении очистной лавы периодически производится локализация районов, в которых возникает концентрация напряжений (N), с применением метода пассивной сейсмической скоростной томографии с использованием сейсмометров (8) и низкочастотных геофонов (9). Одновременно эти данные сравнивают с текущими сейсмоакустическими измерениями, локализующими места (М) частых щелчков, сопутствующих трещинообразованию горного массива на опережении выработки лавы, с измерениями содержания метана и измерениями течения воздуха в этой выработке. При этом места концентрации напряжений (N) впереди фронта очистной лавы локализуют путем выполнения активной сейсмической амплитудной томографии ослабления-затухания с учетом расположения очистного комбайна (13) в выработке лавы (В), затем производится корреляция указанных выше параметров по времени и пространственная, а после установления, что коэффициент корреляции превышает определенное критическое значение, реализуют профилактические процедуры, минимизирующие метановую опасность. В схеме согласно изобретению к аналитической схеме (5) подключена сейсмическая регистрирующая система (1), метанометрическая система (3), исполнительная схема (6), а также панель предупредительных сигналов (7). При этом к сейсмической регистрирующей системе (1) с не менее чем четырьмя сейсмометрами (8), не менее чем четырьмя низкочастотными геофонами (9) и не менее чем двумя датчиками напряжений (10) подключена сейсмоакустическая регистрирующая система (2) с не менее чем четырьмя геофонами (11), а также схема контроля расположения и работы очистного комбайна (4) с датчиком местоположения очистного комбайна (12). 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Предметом изобретения является способ и схема для обнаружения и минимизации метановой опасности в районе очистной лавы шахты либо в районе нескольких очистных лав, где осуществляется добыча каменного угля в условиях метановой опасности и опасности горных ударов.
Известны решения, касающиеся способов, устройств и электронных схем для измерения содержания метана в шахтной атмосфере, а также системы мониторинга, в том числе предназначенные для предупреждения о возрастании концентрации метана в шахтной атмосфере выше порогов тревоги и для автоматического отключения электрических устройств в опасном районе после превышения критических величин, с целью минимизации опасности возникновения взрыва метана и пожара. Их сущностью является взятие пробы воздуха из опасного района, а затем измерение содержания метана, а также передача результата этого измерения в шахтную метанометрическую систему. Передача результата измерения может быть осуществлена посредством местного концентратора, который реализует функцию отключения электроэнергии в контролируемом районе и предотвращения таким образом искрообразования, способного вызвать взрыв метана.
Подобные решения, касающиеся проблемы метановой опасности, известны из публикации Василевски С. (2012): Системы контроля и мониторинга газовой опасности в польских угольных шахтах, Безопасность труда и защита среды в горнодобывающей промышленности, №12 [Wasilewski S. (2012): Systemy kontroli i monitorowania zagrożeń gazowych w polskich kopalniach węgla kamiennego, Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie nr 12], a также из патентных описаний US 5268683 (A), RU 2268365 (С1), PL 390972 (А1), CN 101441803 (A), UA 61611 (A), PL 386488 (А1), PL 151847 (В1).
Известна по патентному описанию СА 2263216 (А1) схема для непрерывного измерения и обнаружения метана в шахтной атмосфере в процессе отбойки угольного массива рабочим органом проходческого комбайна. Основными измерительными элементами схемы являются два метановых датчика, расположенных на противоположных сторонах поворотного редуктора рабочего органа комбайна на расстоянии 30 дюймов от органа. Дополнительно измерительная схема оборудована датчиком расхода воздуха, датчиком кислорода и датчиком окиси углерода, которые соединены проводами с микропроцессорным контроллером, предназначенным для отсчета, обнаружения, мониторинга и/или анализа информации об измеряемой шахтной атмосфере. Информация затем представляется на мониторе оператора комбайна или в диспетчерской на поверхности шахты. После превышения допускаемого содержания метана в шахтной атмосфере отключается питание комбайна и включается отдельная вентиляция со свежим воздухом, который снижает концентрацию метана в опасном районе. Когда содержание метана снижается ниже акцептуемого уровня, включается электропитание комбайна. Преимуществом изобретения является измерение метана непосредственно вблизи рабочего органа комбайна.
Известны также из публикации “Методы оценки состояния опасности горных ударов для горных выработок в угольных шахтах” (2010 г.), Сборник под редакцией Юзефа Кабеша, изд. Главного института горного дела, г. Катовице, с. 165-320 [„Metody oceny stanu zagrożenia tąpaniami wyrobisk górniczych w kopalniach węgla kamiennego" (2010 г.), Praca zbiorowa pod redakcją Józefa Kabiesza, wyd. Głównego Instytutu Górnictwa w Katowicach s. 165-320], а также из патентных описаний US 2014034388 (А1), US 2014123748 (А1), PL 152339 (В1), PL 202149 (В1) способы и геофизические схемы, предназначенные для измерения и оценки сейсмической опасности, в том числе состояния опасности горных ударов в угольных шахтах, сущностью которых является измерение сигналов, свидетельствующих о напряженно-деформационном состоянии горного массива, превышение которого может вызвать горный удар либо возможность его возникновения в выработке или в окружающем ее пространстве в результате возникших неблагоприятных горно-геологических условий.
Известны также более комплексные способы и измерительные устройства, учитывающие, с целью оценки метановой опасности, идентификацию и корреляцию большего количества физических явлений. В частности, известны из патентного описания PL 388788 (А1) способ и устройство для автоматического обнаружения выбросов метана и скальных пород, где используется корреляцию большего количества физических явлений. В данном изобретении осуществляется совместная идентификация роста концентрации метана, рост давления шахтной атмосферы, а также акустические явления. На основе корреляции изменений этих трех параметров констатируется факт возникновения выброса метана и породы, а информация об этом факте передается на центральный пульт на поверхности шахты. Являющееся предметом изобретения устройство состоит из измерительной камеры, микропроцессорной измерительной схемы, блока питания и дисплея, которые подключены к контрольно-передающей схеме, которая соединена линией телефонной связи с центральным пультом на поверхности шахты, причем измерительная камера оснащена датчиком концентрации метана, датчиком барометрического давления и микрофоном.
Известно также, из горной практики, наличие причинно-следственной корреляции геофизических явлений и выбросов метана в эксплуатируемых выработках, но пока эти процессы еще не полностью изучены и технически используемые с целью минимизации метановой опасности. В известных до настоящего времени решениях из технической литературы (Тренчек С., Войтас П., Научные труды Института горного дела Вроцлавского политехнического института, Исследования и материалы №32/2006 - с. 337 [Trenczek. S, Wojtas. P, Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej Nr 117, Studia i Materiały Nr 32/2006 - str. 337]), реализованных в исследовательских проектах, сосредоточивались на обнаружении совместных опасностей, связанных с экстренным обнаружением метановыделения непосредственно после возникновения мощных горных толчков. Сущность этих известных решений заключается в соединении сейсмоакустических и сейсмических систем, применяемых в районе лав с метанометрической системой. Информация о возникновении мощного толчка вблизи конкретной лавы передается немедленно, с задержкой не превышающей 10 с, в метанометрическую систему, которая в районе этой лавы отключает электрические устройства.
Известные до настоящего времени способы и схемы, предназначенные для обнаружения и минимизации метановой опасности, учитывающие корреляцию физических явлений, в том числе способы и схемы, идентифицирующие имеющуюся в районах очистных лав корреляцию сейсмических явлений и выбросов метана, не обеспечивают надлежащей эффективности, особенно в аспекте точной локализации опасных зон, что необходимо для принятия быстрых и эффективных профилактических мер, минимизирующих эти опасности. По существующему состоянию техники учитывается причинно-следственная последовательность, связанная с выбросами метана сразу после возникновения сейсмических явлений, что вытекает из текущего замера содержания метана и течения воздуха, только после возникновения динамических сейсмических или сейсмоакустических явлений, регистрируемых шахтными сейсмическими системами, работающими с сейсмометрами и низкочастотными геофонами, а также сейсмоакустическими системами, работающими с высокочастотными геофонами.
В свою очередь, известные способы и схемы, предназначенные для непосредственного автономного измерения содержания метана в шахтной атмосфере, а также способ, опубликованный в заявочном описании изобретения PL 388788 (А1), учитывающий для оценки метановой опасности большее число коррелированных друг с другом физических явлений, как измерение содержания метана с давлением воздуха и акустическим сигналом, не обеспечивают достаточной эффективности, так как предназначены для отключения электроэнергии после возникновения мощных толчков, в том числе после возникновения горного удара. Известные до настоящего времени решения не позволяют прогнозировать метановыделение до возникновения горного удара, например, вследствие роста напряжений в горном массиве, предшествующего критическому событию.
Целью изобретения является способ и схема, увеличивающие эффективность обнаружения и минимизацию метановой опасности в районе очистной лавы шахты, разрабатывающей залежи в условиях метановой опасности, а также в условиях опасности горных ударов, путем учета всех коррелированных сейсмических явлений, оказывающих влияние на метановую опасность, то есть явлений, идентифицируемых как в динамических, так и в статических категориях, связанных с нарастанием напряженного состояния в горном массиве, что позволит прогнозировать возникновение этого явления в мониторируемом районе, с целью упреждающего применения соответствующей профилактики.
Способ обнаружения и минимизации метановой опасности в районе очистной лавы согласно изобретению заключается в том, что на опережении очистной лавы периодически производится, по методу пассивной сейсмической скоростной томографии с применением сейсмометров и низкочастотных геофонов, локализация участков, где возникает концентрация напряжений. Одновременно эти данные сравнивают с текущими сейсмоакустическими измерениями, определяющими места накопления щелчков, сопутствующих трещинообразованию горного массива впереди фронта очистной лавы, с измерениями содержания метана и течения воздуха в этой выработке. При этом места концентрации напряжений впереди фронта очистной лавы локализуют путем выполнения активной сейсмической амплитудной томографии ослабления-затухания с учетом расположения очистного комбайна в выработке очистной лавы. Затем определяется корреляция указанных выше параметров пространственная и по времени, а после установления, что коэффициент корреляции превышает определенное критическое значение, реализуют профилактические процедуры, минимизирующие метановую опасность.
В свою очередь, места изменения концентрации напряжений определяются с помощью сейсмической амплитудной томографии ослабления-затухания, реализуемой с использованием анализа сигналов, регистрируемых сейсмической регистрирующей системой из низкочастотных геофонов, расположенных в подготовительных штреках. Эти сигналы коррелируются непосредственно с местоположением очистного комбайна в очистной лаве путем измерения, в режиме реального времени, энергии колебаний, генерируемых его очистным органом в цикле выемки, определяемой низкочастотными геофонами в прилегающих к лаве выработках. Затем, после завершения каждого цикла выемки, сравнивают эти результаты с данными, зарегистрированными в предыдущем цикле и идентифицируют места с увеличенной концентрацией напряжений. При этом, чтобы обеспечить возможность калибровки изолиний изменения напряжений, сигналы от датчиков напряжений передаются в сейсмическую регистрирующую систему.
Кроме того, одновременно производится точечное измерение течения воздуха на входе и на выходе из выработки лавы вместе с мобильным измерением течения воздуха непосредственно в месте актуального расположения очистного комбайна. В процессе корреляции относительных изменений зарегистрированных зависимостей, особенно приростов параметров, связанных с измерением концентрации метана, напряжений, течения воздух, сейсмоакустической активности, анализируется амплитуда изменений коэффициента корреляции и скорость этих изменений.
Затем на основе результатов, полученных после проведения пассивной сейсмической скоростной томографии, на основе результатов сейсмоакустического наблюдения, а также на основе локализации мест концентрации напряжений при помощи активной сейсмической амплитудной томографии ослабления-затухания, с учетом коррелированных с этими параметрами местных изменений концентрации метана, определяют места в выработке лавы, где реализуют процедуры, минимизирующие метановую опасность, лучше всего путем профилактического дренажного бурения. В свою очередь, после установления временной корреляции анализируемых параметров, в том числе особенно превышения критических пороговых относительных приростов напряжений и содержания метана, снижают пороги предупредительной сигнализации и/или автоматического отключения электрических устройств в районе контролируемой очистной лавы.
В схеме для измерения концентрации метана вдоль выработки лавы к аналитической схеме подключена сейсмическая регистрирующая система, метанометрическая система, исполнительная схема и панель предупредительных сигналов. При этом к сейсмической регистрирующей схеме с не менее чем четырьмя сейсмометрами, не менее чем четырьмя низкочастотными геофонами и не менее чем двумя датчиками напряжений подключена сейсмоакустическая регистрирующая схема с не менее чем четырьмя геофонами, а также схема контроля расположения и работы очистного комбайна с датчиком местоположения очистного комбайна. В свою очередь, к метанометрической системе подключены метанометры лавы, мобильный комбайновый метанометр, а также два установленных на входе и выходе выработки лавы стационарных датчика скорости воздуха и мобильный комбайновый датчик скорости воздуха. Соединения между аналитической схемой, сейсмической регистрирующей схемой, метанометрической схемой, исполнительной схемой, панелью предупредительных сигналов, а также между сейсмической регистрирующей схемой, сейсмоакустической регистрирующей схемой и схемой контроля расположения и работы очистного комбайна выполнены кабелем типа Ethernet.
Предмет изобретения, пример исполнения, представлен на чертежах, где на Fig. 1 показана блок-схема измерительной схемы; на Fig. 2 показан график имеющихся напряжений в зоне непосредственно перед фронтом очистной лавы в течение последнего цикла выемки; на Fig. 3 показан график измерения концентрации метана в выработке лавы во время цикла выемки; на Fig. 4 показан график изменений функции корреляции анализируемых параметров по времени.
Пример I
Способ обнаружения и минимизации метановой опасности в районе очистной лавы согласно изобретению заключается в том, что на опережении очистной лавы периодически производится, по методу пассивной сейсмической скоростной томографии с применением четырех сейсмометров 8 и четырех низкочастотных геофонов 9, локализация участков N, где возникает концентрация напряжений. Одновременно эти данные сравнивают с текущими сейсмоакустическими измерениями, определяющими места накопления щелчков М, сопутствующих трещинообразованию горного массива впереди фронта очистной лавы В, с измерениями содержания метана и течения воздуха в этой выработке. При этом места концентрации напряжений N впереди фронта очистной лавы локализуют дополнительно путем выполнения активной сейсмической амплитудной томографии ослабления-затухания, с учетом расположения очистного комбайна 13 в выработке очистной лавы В, а затем производится сравнение значений указанных выше величин. После установления их причинно-следственной корреляции, пространственной и по времени, а также после установления, что коэффициент корреляции превышает определенное критическое значение, реализуют профилактические процедуры, минимизирующие метановую опасность путем выполнения дренажного бурения в идентифицированных участках очистной лавы и/или дополнительного проветривания. В способе, являющемся предметом изобретения, аналитическая схема 5 осуществляет корреляцию информации, получаемой из сейсмической регистрирующей системы 1 и из сейсмоакустической регистрирующей системы 2, а также из метанометрической схемы 3, выявляя потенциальные опасные состояния, которые сигнализирует в виде сигналов на панели предупредительных сигналов 7. Предупредительные сигналы генерируются в случае обнаружения временно-пространственного совпадения возникновения роста концентрации напряжений, содержания метана и активности явлений в виде концентрации локализованных сейсмических и сейсмоакустических явлений, сопутствующих трещинообразованию в горном массиве. После обнаружения превышения пороговых относительных приростов напряжений и содержания метана снижают пороги предупредительной сигнализации и/или автоматического отключения электрических устройств в районе контролируемой очистной лавы. В текущем порядке осуществляется мониторинг относительных изменений зарегистрированных приростов параметров, связанных с измерением содержания метана, концентрации напряжений N, течения воздуха и сейсмоакустической активности. Изменения анализируют в пространственно-временной корреляции, с учетом амплитуды изменений коэффициента корреляции ΔK и скорости этих изменений ΔK/Δt.
В случае обнаружения временного увеличения коэффициента корреляции анализируемых параметров и скорости его роста с превышением установленных критических значений информация из аналитической схемы 5 передается в метанометрическую систему 3 с целью немедленного автоматического отключения электрических устройств в районе мониторируемой очистной лавы, согласно ранее конфигурированной управляющей матрице отключений исполнительной схемы 6. При этом места концентрации напряжений N определяются с помощью активной сейсмической амплитудной томографии ослабления-затухания путем анализа сигналов регистрируемых сейсмической регистрирующей системой 1 от низкочастотных геофонов 9, на основе коррелирования их непосредственно с расположением очистного комбайна 13 в очистной лаве и посредством измерения в режиме реального времени энергии колебаний, генерируемых рабочим органом очистного комбайна 13 в каждом цикле выемки X, определяемой низкочастотными геофонами 9 в прилегающих к лаве штреках А.
После завершения каждого цикла выемки Xi сравнивают эти результаты с данными, зарегистрированными в предыдущем цикле выемки Xi-1, и идентифицируют места с повышенной концентрацией напряжений, причем для того, чтобы обеспечить возможность калибровки изолинии изменений напряжений, в прилегающих к лаве штреках А устанавливают датчики напряжений 10, сигнал из которых передается в сейсмическую регистрирующую систему 1. Метанометрическая система 3 оборудована лавными метанометрами 14, расположенными вдоль очистной лавы, мобильным комбайновым метанометром 15, стационарными датчиками скорости воздуха 16 и мобильным комбайновым датчиком скорости воздуха 17, который производит измерение скорости воздуха вдоль выработки очистной лавы В в месте актуального расположения комбайна 13 в этой выработке. Сейсмическая регистрирующая система 1, оборудованная сейсмометрами 8 и низкочастотными геофонами 9, а также сейсмоакустическая регистрирующая система 2, оборудованная геофонами 11, локализуют сейсмические явления в пределах всей шахты и очень точно впереди фронта контролируемой очистной лавы. В свою очередь, на основе результатов, полученных из пассивной сейсмической скоростной томографии, из сейсмоакустических данных, а также на основе выявленных, с помощью активной сейсмической амплитудной томографии ослабления-затухания, мест концентрации напряжений N, с учетом коррелированных с этими параметрами местных изменений концентрации метана, определяют места в угольном массиве С мониторируемой очистной лавы, в которых реализуют процедуры, минимизирующие метановую опасность, лучше всего путем профилактического дренажного бурения.
Пример II
Схема, являющаяся предметом изобретения, содержит взаимодействующие и коррелированные друг с другом по времени: сейсмическую регистрирующую систему 1, сейсмоакустическую регистрирующую систему 2, метанометрическую систему 3, а также схему контроля расположения и работы очистного комбайна 4 в очистной лаве. В схеме, являющейся предметом изобретения (Fig. 1), к аналитической схеме 5 подключена сейсмическая регистрирующая система 1, метанометрическая система 3, исполнительная схема 6, а также панель предупредительных сигналов 7. При этом соединения приведенных выше систем и схем на поверхности шахты D выполнены кабелем типа Ethernet. Расположенная на поверхности шахты D сейсмическая регистрирующая система 1, к которой подключены четыре сейсмометра 8, четыре низкочастотных геофона 9 и два датчика напряжений 10, соединена с сейсмоакустической регистрирующей системой 2 и схемой контроля расположения и работы очистного комбайна 4. В свою очередь к сейсмоакустической регистрирующей системе 2 подключены четыре геофона 11. К схеме контроля расположения и работы очистного комбайна подключен датчик местоположения очистного комбайна 12, расположенный на очистном комбайне 13. К метанометрической системе 3 подключены лавные метанометры 14, которые расположены вдоль выработки очистной лавы, лучше всего через каждые 15 м, мобильный комбайновый метанометр 15, установленный на очистном комбайне 13 вблизи рабочего органа, а также два расположенных на входе и выходе выработки очистной лавы В стационарных датчика скорости воздуха 16 и мобильный комбайновый датчик скорости воздуха 17, установленный на очистном комбайне 13. К исполнительной схеме 6, входящей в состав метанометрической системы 3, подключены исполнительные элементы 18, отключающие отдельные устройства с электрическим приводом, установленные в подземной части шахты Е в районе мониторируемой очистной лавы.
Список обозначений:
1 - сейсмическая регистрирующая система,
2 - сейсмоакустическая регистрирующая система,
3 - метанометрическая система,
4 - схема контроля расположения и работы очистного комбайна,
5 - микропроцессорная аналитическая схема,
6 - исполнительная схема,
7 - панель предупредительных сигналов,
8 - сейсмометр,
9 - низкочастотный геофон,
10 - датчик напряжений,
11 - геофон,
12 - датчик местоположения очистного комбайна,
13 - очистной комбайн,
14 - лавный метанометр,
15 - мобильный комбайновый метанометр,
16 - стационарный датчик скорости воздуха,
17 - мобильный комбайновый датчик скорости воздуха,
18 - исполнительный отключающий элемент,
А - штреки прилегающие к лаве,
В - выработка очистной лавы,
С - угольный массив,
D - поверхностная часть шахты,
Е - подземная часть шахты,
N - места концентрации напряжений (в угольном массиве, определяемые с применением пассивной сейсмической скоростной и/или амплитудной томографии, а также сейсмической амплитудной томографии ослабления-затухания),
М - места частых щелчков (в угольном массиве, сопутствующих трещинообразованию горного массива, определяемые сейсмоакустической системой),
X - цикл выемки,
Xi - i-й цикл выемки.
Claims (9)
1. Способ обнаружения и минимизации метановой опасности в районе очистной лавы, заключающийся в измерении и анализе содержания метана, а также параметров, определяющих степень опасности горных ударов в очистной лаве, в котором после превышения критических значений измеряемых величин включается сигнализация тревоги и автоматически отключается подача электроэнергии в опасном районе, отличающийся тем, что на опережении очистной лавы периодически производится локализация участков, где возникает концентрация напряжений (N) с применением метода пассивной сейсмической скоростной томографии с использованием сейсмометров (8) и низкочастотных геофонов (9), одновременно эти данные сравнивают с текущими сейсмоакустическими измерениями, локализующими места частых щелчков (M), сопутствующих трещинообразованию горного массива на опережении выработки очистной лавы, с измерениями содержания метана и измерениями скорости воздуха в этой выработке, причем места концентрации напряжений (N) впереди фронта очистной лавы локализуют дополнительно путем выполнения активной сейсмической амплитудной томографии ослабления-затухания с учетом расположения очистного комбайна (13) в выработке очистной лавы (B), а затем осуществляется корреляция по времени и пространственная указанных параметров, а после обнаружения, что коэффициент корреляции превышает установленное критическое значение, реализуют профилактические процедуры, минимизирующие метановую опасность.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что места концентрации напряжений (N) определяются с помощью сейсмической амплитудной томографии ослабления-затухания, путем анализа сигналов, регистрируемых сейсмической регистрирующей системой (1) из низкочастотных геофонов (9), коррелируются непосредственно с расположением очистного комбайна (13) в очистной лаве путем измерения в режиме реального времени энергии колебаний генерируемых его рабочим органом в цикле выемки (X), определяемой низкочастотными геофонами (9) в прилегающих к лаве штреках (A), после чего после завершения каждого выемочного цикла (Xi) сравнивают эти результаты с данными, зарегистрированными в предыдущем цикле выемки (Xi-1), и идентифицируют места с увеличенной концентрацией напряжений (N), причем с целью обеспечения возможности калибровки изолинии изменений напряжений сигналы из датчиков напряжений (10) передаются в сейсмическую регистрирующую систему (1).
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что одновременно производится точечное измерение течения воздуха на входе и выходе выработки очистной лавы (B) вместе с мобильным измерением течения воздуха непосредственно в месте актуального местоположения очистного комбайна (13) в этой выработке.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе корреляции относительных изменений зарегистрированных зависимостей, особенно приростов параметров, связанных с измерением концентрации метана, напряжений, течения воздуха, сейсмоакустической активности, анализируется амплитуда изменений (ΔK) коэффициента корреляции (K) изменений этих параметров по времени и пространственной, а также скорость этих изменений (ΔK/Δt).
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на основе результатов, полученных из проведенной пассивной сейсмической скоростной томографии, на основе результатов сейсмоакустического наблюдения, а также на основе выявленных мест концентрации напряжений (N), с помощью активной сейсмической амплитудной томографии ослабления-затухания, с учетом коррелированных с этими параметрами местных изменений концентрации метана, определяют места в выработке очистной лавы (B), в которых реализуют процедуры, минимизирующие метановую опасность, лучше всего путем профилактического дренажного бурения.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после установления временной корреляции анализируемых параметров, особенно после превышения критических пороговых относительных приростов напряжений и содержания метана, снижают пороги предупредительной сигнализации и/или автоматического отключения электрических устройств в районе контролируемой очистной лавы.
7. Схема для обнаружения и минимизации метановой опасности в районе очистной лавы, содержащая метанометрическую систему, оборудованную метанометрами, расположенными в выработке лавы, а также на угольном комбайне, схему, сигнализирующую опасность, а также схему, отключающую устройства, питаемые электроэнергией в мониторируемом районе, отличающаяся тем, что к аналитической схеме (5) подключена сейсмическая регистрирующая система (1), метанометрическая система (3), исполнительная схема (6), а также панель предупредительных сигналов (7), причем к сейсмической регистрирующей схеме (1) с не менее чем четырьмя сейсмометрами (8), не менее чем четырьмя низкочастотными геофонами (9) и не менее чем двумя датчиками напряжений (10) подключена сейсмоакустическая регистрирующая система (2) с не менее чем четырьмя геофонами (11), а также схема контроля расположения и работы очистного комбайна (4) с датчиком местоположения очистного комбайна (12).
8. Схема по п. 7, отличающаяся тем, что к метанометрической системе (3) подключены лавные метанометры (14), мобильный комбайновый метанометр (15), а также два расположенных на входе и выходе выработки лавы (B) стационарных датчика скорости воздуха (16) и мобильный комбайновый датчик скорости воздуха (17).
9. Схема по п. 7, отличающаяся тем, что соединения между аналитической схемой (5), сейсмической регистрирующей системой (1), метанометрической системой (3), исполнительной схемой (6), а также между сейсмической регистрирующей системой (1), сейсмоакустической регистрирующей системой (2), схемой контроля расположения и работы очистного комбайна (4) выполнены кабелем типа Ethernet.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PL409988A PL228634B1 (pl) | 2014-10-30 | 2014-10-30 | Sposób i układ do wykrywania i minimalizacji zagrożenia metanowego w rejonie ściany wydobywczej |
PLP.409988 | 2014-10-30 | ||
PCT/PL2014/000123 WO2015002556A2 (en) | 2014-10-30 | 2014-10-31 | A method and system for detecting and reducing methane hazard in vicinity of a longwall |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2594917C1 true RU2594917C1 (ru) | 2016-08-20 |
Family
ID=52021408
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015101764/03A RU2594917C1 (ru) | 2014-10-30 | 2014-10-31 | Способ и схема для обнаружения и минимизации метановой опасности в районе очистной лавы |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105765407B (ru) |
PL (1) | PL228634B1 (ru) |
RU (1) | RU2594917C1 (ru) |
UA (1) | UA117660C2 (ru) |
WO (1) | WO2015002556A2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2781586C1 (ru) * | 2021-10-22 | 2022-10-14 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Проблем Комплексного Освоения Недр Им. Академика Н.В. Мельникова Российской Академии Наук (Ипкон Ран) | Способ управления метановыделением на выемочном участке газообильной шахты |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3187683A1 (en) * | 2015-12-30 | 2017-07-05 | Bomar S.A. w upadlosci ukladowej | A method for predicting crumps and methane hazard |
CN108374689A (zh) * | 2017-01-29 | 2018-08-07 | 吕琳 | 一种斜井瓦斯探测系统结构 |
CN107884363B (zh) * | 2017-10-17 | 2023-10-24 | 中国矿业大学(北京) | 一种基于机器视觉技术的激光矿井气体遥测方法 |
PL235094B1 (pl) * | 2017-11-17 | 2020-05-18 | Instytut Mech Gorotworu Polskiej Akademii Nauk | Sposób i układ sterowania górniczą maszyną urabiającą w ścianach metanowych |
CN109441547B (zh) * | 2018-12-29 | 2024-03-19 | 煤炭科学技术研究院有限公司 | 一种采掘工作面煤与瓦斯突出实时监测预警系统及方法 |
CN109993950B (zh) * | 2019-04-14 | 2022-02-18 | 杭州拓深科技有限公司 | 一种基于消防报警设备的大数据火灾预测方法 |
CN110173304A (zh) * | 2019-06-05 | 2019-08-27 | 中国矿业大学 | 一种智能矿井安全监测装置 |
RU2727317C1 (ru) * | 2019-10-15 | 2020-07-21 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Способ прогноза горного удара в шахтах и рудниках |
CN111963243B (zh) * | 2020-07-22 | 2021-05-07 | 中国矿业大学 | 一种基于动静组合应力分析的冲击地压危险监测预警方法 |
CN114109509B (zh) * | 2021-12-15 | 2023-03-14 | 中国矿业大学(北京) | 煤矿动力灾害监测报警方法和监测报警系统 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4465318A (en) * | 1981-10-13 | 1984-08-14 | Coal Industry (Patents) Limited | Rotary cutting head for mining machines with means for inducing airflow and sensing thereof |
RU2268365C1 (ru) * | 2004-03-29 | 2006-01-20 | Анатолий Владимирович Ремезов | Способ управления метановыделением в очистном забое |
RU2467171C1 (ru) * | 2011-06-01 | 2012-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) | Способ диагностики опасных ситуаций при подземной добыче каменного угля и методика прогноза параметров зон трещиноватости, образованной гидроразрывом пласта |
RU2526033C1 (ru) * | 2013-03-29 | 2014-08-20 | Евгений Федорович Карпов | Способ аэрогазового контроля (агк) атмосферы угольных шахт |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
PL152339B1 (pl) | 1986-12-03 | 1990-12-31 | Układ wielokanałowej aparatury sejsmicznej | |
PL151847B1 (pl) | 1987-08-25 | 1990-10-31 | Układ elektryczny do automatycznego wyłączania elektroenergetycznej sieci górniczej w przypadku wyrzutu gazów lub tąpnięć | |
US5268683A (en) | 1988-09-02 | 1993-12-07 | Stolar, Inc. | Method of transmitting data from a drillhead |
US6168240B1 (en) | 1998-03-10 | 2001-01-02 | Archveyor Pty Ltd. | Atmospheric detection system for an automated mining system |
UA61611A (en) | 2003-03-17 | 2003-11-17 | Vasyl Viktorovych Bilonozhko | System for controlling inflammable gas content in mine atmosphere |
PL202149B1 (pl) | 2004-05-10 | 2009-06-30 | Ct Elektryfikacji I Automatyza | Układ ciągłej kontroli względnych zmian naprężeń przed frontem górniczej ściany wydobywczej |
PL386488A1 (pl) | 2008-11-07 | 2010-05-10 | Jaworska Daniela Zakład Montażu Urządzeń Elektronicznych | Sposób i urządzenie zabezpieczające maszynę urabiającą przed niebezpiecznymi gazami |
CN101441803B (zh) | 2008-12-15 | 2010-12-22 | 东莞市安尔发电子科技有限公司 | 远距离瓦斯监控报警方法 |
PL388788A1 (pl) | 2009-08-12 | 2011-02-14 | POLSKA AKADEMIA NAUK Instytut Mechaniki Górotworu | Sposób i urządzenie do automatycznego wykrywania wyrzutu metanu i skał |
CN101649751B (zh) * | 2009-08-31 | 2011-09-28 | 天地(常州)自动化股份有限公司 | 一种煤矿安全监控系统的监测方法 |
PL390972A1 (pl) | 2010-04-13 | 2011-10-24 | Henryk Kazimierz Fajkis | Sposób wczesnego ostrzegania załogi przed zagrożeniem metanowym w chodnikach i ścianach podziemnych wyrobisk górniczych i układ do stosowania tego sposobu |
CN102383860A (zh) * | 2011-10-17 | 2012-03-21 | 山西潞安集团司马煤业有限公司 | 一种面向综采工作面的网络化瓦斯无线监控系统 |
US9175558B2 (en) | 2012-07-31 | 2015-11-03 | Raytheon Company | Seismic navigation |
US9416641B2 (en) | 2012-11-04 | 2016-08-16 | Schlumberger Technology Corporation | Borehole microseismic systems and methods |
CN103244188A (zh) * | 2013-05-14 | 2013-08-14 | 太原科技大学 | 一种基于物联网技术的煤矿井下综合监控系统 |
-
2014
- 2014-10-30 PL PL409988A patent/PL228634B1/pl unknown
- 2014-10-31 CN CN201480002448.5A patent/CN105765407B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2014-10-31 RU RU2015101764/03A patent/RU2594917C1/ru active
- 2014-10-31 UA UAA201501088A patent/UA117660C2/uk unknown
- 2014-10-31 WO PCT/PL2014/000123 patent/WO2015002556A2/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4465318A (en) * | 1981-10-13 | 1984-08-14 | Coal Industry (Patents) Limited | Rotary cutting head for mining machines with means for inducing airflow and sensing thereof |
RU2268365C1 (ru) * | 2004-03-29 | 2006-01-20 | Анатолий Владимирович Ремезов | Способ управления метановыделением в очистном забое |
RU2467171C1 (ru) * | 2011-06-01 | 2012-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) | Способ диагностики опасных ситуаций при подземной добыче каменного угля и методика прогноза параметров зон трещиноватости, образованной гидроразрывом пласта |
RU2526033C1 (ru) * | 2013-03-29 | 2014-08-20 | Евгений Федорович Карпов | Способ аэрогазового контроля (агк) атмосферы угольных шахт |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2781586C1 (ru) * | 2021-10-22 | 2022-10-14 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Проблем Комплексного Освоения Недр Им. Академика Н.В. Мельникова Российской Академии Наук (Ипкон Ран) | Способ управления метановыделением на выемочном участке газообильной шахты |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105765407B (zh) | 2019-07-12 |
PL409988A1 (pl) | 2016-05-09 |
WO2015002556A3 (en) | 2015-11-05 |
PL228634B1 (pl) | 2018-04-30 |
WO2015002556A2 (en) | 2015-01-08 |
CN105765407A (zh) | 2016-07-13 |
UA117660C2 (uk) | 2018-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2594917C1 (ru) | Способ и схема для обнаружения и минимизации метановой опасности в районе очистной лавы | |
CN104018882B (zh) | 一种分布式煤岩动力灾害电位实时监测方法及系统 | |
WO2015172750A1 (zh) | 矿井隐蔽火灾危险电磁辐射探测装置及方法 | |
CN105840239B (zh) | 矿山隐蔽灾害实时主动探测与被动监测一体化系统及方法 | |
CN110748381B (zh) | 用于煤矿井下的采空区高温火区位置声波探测方法及系统 | |
CN103726844B (zh) | 基于采煤工作面的自动采煤方法 | |
CN111208555B (zh) | 地下煤火危险声波主被动探测及定位方法 | |
CN106370306B (zh) | 一种岩爆灾害红外热像预警识别的方法 | |
Zhang et al. | Measurement and application of vibration signals during pressure relief hole construction using microseismic system | |
CN106501857B (zh) | 一种煤矿巷道冲击地压危险性的声学监测方法 | |
KR20180066525A (ko) | 지하매설 배관의 피복손상 탐지시스템 | |
Molina et al. | Detection of gases and collapses in underground mines using WSN | |
CN110989018A (zh) | 基于自然电位法的采空区火源位置探测系统及探测方法 | |
LU500659B1 (en) | Method for evaluating geological dynamic environment of mine | |
CN106770503A (zh) | 一种电阻网络形式的刀盘面板磨损检测装置 | |
CN105116134B (zh) | 混凝土基础设施的耐久性在线监测与预警系统 | |
CN104093934B (zh) | 评估采矿中粉尘控制的方法 | |
CN111206960A (zh) | 基于全时域ae特征预测煤岩动力灾害的方法 | |
CN110261901A (zh) | 基于诱发振动的深部岩体岩爆烈度评价方法 | |
CN115711157A (zh) | 基于采动磁场分布式监测的煤层突出危险区域识别方法 | |
CN104897213A (zh) | 一种监测采空区矸石压力及气体参数的传感器 | |
CN105045969A (zh) | 一种地应力型冲击地压危险性多元信息耦合预测方法 | |
CN205477759U (zh) | 矿井数字化远程顶板监控平台 | |
CN106285780A (zh) | 煤矿瓦斯浓度监测报警装置 | |
Shen et al. | Monitoring longwall weighting at Austar Mine using microseismic systems and stressmeters |