Современное горнодобывающее предприятие

1.

Современное горнодобывающее предприятие представляет собой сложный горнотехнологический комплекс для добычи и переработки твёрдых полезных ископаемых.
Одной из основных задач, возникающих при работе предприятия, является обеспечение
безопасности горного производства. Безопасность рабочих процессов шахт и рудников
определяется состоянием горно-технологических объектов (ГТО): угольных пластов,
вмещающих пород, геологических нарушений, опасных зон и т.д. В частности, проявления
динамических, газодинамических явлений (ГДЯ) на угольных пластах, обусловленные
факторами горного и газового давления, структурой и физико-химическими свойствами
массива, нередко являются причиной катастроф и гибели людей, а также связана со
значительными затратами на проведение прогноза этих явлений, а также мероприятий
по предотвращению ДЯ и ликвидацию последствий аварий.
Для обеспечения режима безаварийной работы предприятий, достижения
безопасных условий труда по фактору динамических проявлений в угольных пластах и
вмещающих породах, необходимо иметь своевременную и достоверную информацию о
состоянии горнотехнологических объектов. Важнейшей проблемой является прогноз
горных ударов и внезапных выбросов угля и газа.

2.

внезапные выбросы угля и газа;
горные удары;
внезапные выдавливания угля;
динамическим разрушением пород почвы;
склонные горных пород к горным ударам;
склонность горных пород к внезапным выбросам породы и газа.

3.

Категории опасности по ДЯ угрожаемые, опасные, склонные. К
угрожаемым пласты относят по результатам регионального прогноза перед
началом ведения горных работ, к опасным – по факту свершившихся
событий или установления опасной зоны.
1.
Признаками горного удара являются:
мгновенное разрушение целика или краевой части угольного пласта и
вмещающих пород в забое или целике;
Резкий звук;
Образование ударной воздушной волны в горной выработке и
сейсмических волн в массиве горных пород;
отброс или выдавливание угля с преобладанием крупнообломочной
фракции;
Образование щели между угольным пластом и породами кровли;
Образование пыли;
Разрушение (сдвиг) крепи горной выработки, машин, оборудования;
Повышенное газовыделение на газоносных пластах.

4.

2. Признаками внезапного выброса угля и газа являются:
• быстропротекающее разрушение призабойной части угольного пласта;
• Отброс угля от забоя на расстояние, превышающее протяженность его
размещения под углом естественного откоса;
• Образование в угольном пласте полости, ширина которой меньше ее глубины;
• Относительное газовыделение из разрушенного угля привысило его природную
газоносность;
• Воздушный толчок и звуковые эффекты;
• Повреждение или перемещение оборудования;
• Наличие угольной пыли на откосе выброшенного угля и крепи горной
выработки.
3. Признаками внезапного выдавливания угля является:
• Быстропротекающее смещение призабойной части угольного пласта в горную
выработку;
• Образование полости, ширина которой больше глубины;
• Образование трещин между пластом и вмещающими породами;
• Крупнообломочная фракция разрушенного угля;
• Газовыделение меньше разности между природной и остаточной газоносностью
разрушенного угля.

5.

2. Признаками динамического разрушения пород почвы (прорывов газа из почвы горной
выработки) являются:
• Разрушение с образованием разломов пород почвы горной выработки;
• Звуковой эффект, сотрясение массива;
• Интенсивное выделение газа из газоносных пластов при их надработке;
• Повреждение крепи горной выработки;
• Образование пыли.
3. Признаками внезапного выброса породы и газа являются:
• Быстропротекающее разрушение пород в призабойной части;
• Отброс в горную выработку горной породы, часть которой разрушена до
размеров крупнозернистого песка (фракция 1,25-2,5мм) и ее размещение под
углом менее угла естественного откоса;
• Наличие в полости чешуеобразных пластин пород;
• Повышенное газовыделение.

6.

Горному удару предшествуют следующие события:
• повышенное горное давление на крепь горной выработки;
• удары, трески, толчки в массиве горных пород различной силы и частоты;
• стреляние отслоившихся кусков угля (породы);
• повышенный выход буровой мелочи и зажатие бурового инструмента.
Внезапному выбросу угля и газа предшествуют следующие события:
• удары, трески в массиве горных пород;
• выдавливание и высыпание угля из забоя, отслаивание кусков угля от забоя;
• вынос буровой мелочи и газа при бурении;
• выталкивание или втягивание бурового инструмента, его зажатие;
• уменьшение прочности угля, изменение его структуры;
• шелушение забоя.

7.

Внезапному выдавливанию угольного пласта предшествуют следующие
события:
• повышенное давление на крепь;
• повышенный выход буровой мелочи;
• звуковые эффекты в массиве.
Динамическому разрушению пород почвы горных выработок
предшествуют следующие события:
• удары в породах почвы;
• повышенное пучение почвы;
• повышенное давление на крепь.

8.

9.

10.

13 июля 1969 года — на шахте имени Ю.А. Гагарина (бывшая шахта
«Горловская-Глубокая» — государственное угледобывающее предприятие в
г. Горловка (Донецкая область, Украина) произошел самый крупный выброс угля и газа в
мировой практике при подземной разработке угольных пластов. Выброс произошел при
вскрытии квершлагом угольного пласта 13 «Мазурка» на горизонте 710 м. При этом
было выброшено 14тыс. т угля и выделилось по различным данным от 7500 до
250 тыс. м3 метана. Выброс произошел в момент проведения сотрясательного
взрывания, в результате главный и вспомогательный квершлаги горизонта 710 м были
заполнены измельченным углем на расстояние, соответственно 550 и 330 м.

11.

Страна
Шахта
Количество
выброшенного
угля, т
Количество
выделившегося
газа, м³
Австралия
Коллинсвил
800
140 000
Великобритания
Корвей
2 500
70 000
Германия
Иббенбюрен
2 500
4 700
Канада
Моррисей
3 500
60 000
Китай
Санхуба
12 780
1 000 000
Польша
Нова Руда
3 000
820 000
СССР
им. Гагарина
14 500
>250 000
Турция
Козлу
1 100
110 000
Франция
Фонтэн
5 600
100 000
Япония
Юбари Шин
4 000
600 000

12.

Наименование показателя
1. Количество угольных шахт
- всего
- разрабатывающих опасные и угрожаемые пласты
2. Количество шахтопластов
- всего
- выбросоопасных
- угрожаемых
3. Количество зарегистрированных внезапных
выбросов угля и газа
4. Объём угля добываемый подземным способом, млн.
т
- всего
- на выбросоопасных и угрожаемых пластах
5. Количество подготовительных выработок,
проводимых с противовыбросными мероприятиями
Значение показателя
в целом
по
по России
Кузбассу
110
67
45
23
337
109
122
168
51
66
907
192
81
50
42
34
415
350

13.

. Установлены следующие виды прогноза:
- региональный прогноз выполняется при геологоразведочных работах и служит для определения
глубин, с которых угольные пласты относятся к категории угрожаемых по всем видам ДЯ. На
удароопасных угольных пластах для выявления зон активизации геодинамических и сейсмических
процессов применяются регулярные сейсмические наблюдения;
- прогноз перед вскрытием угольных пластов, склонных к горным ударам или внезапным выбросам;
- локальный прогноз применяется на угрожаемых по горным ударам угольных пластах и угрожаемых
по внезапным выбросам угольных пластах;
- текущий прогноз применяется на опасных по внезапным выбросам угольных пластах, в опасных
зонах на склонных к горным ударам угольных пластах и в опасных зонах на угрожаемых по
внезапным выбросам угольных пластах.
Локальный и текущий прогнозы динамических явлений направлены на установление участка
категории «опасно», на которых выполняются меры по предотвращению ДЯ. На таких участках
запрещается ведение горных работ по выемке угля до выполнения мер предотвращения ДЯ и оценки
их эффективности.
Для прогноза ДЯ допускается проводить два и более методов прогноза из числа приведенных в
Инструкции, при этом участок к категории «опасно» относится в случае, если по результатам хотя бы
одного из применяемых методов прогноза установлена категория «опасно».

14.

ПРОГНОЗ
ГОРНЫХ УДАРОВ (1)
Прогноз
Объект
Обычные
условия
Зоны ПГД,
нарушений,
бифуркаций
Региональный (2)
Шахта, участок
Сейсмостанции (2)
Локальный (через)
участок
5-10 м (определение
прочности угля) (3)
(2)
(бурение шпуров
через)
Текущий
(бурение шпуров
через)
очистной забой
25 м (4)
подготовительный
забой
75 м (4)
очистной забой
3 м (4)
подготовительный
забой
3 м (4)
Капитальная выработка (раз в год) (4)
100 м (5)
25 м (5)
ПРОГНОЗ
ВНЕЗАПНЫХ ВЫБРОСОВ (1)
Обычные условия
Зоны ПГД,
нарушений,
бифуркаций
Осуществляет ВостНИИ (6)
4 м (определение
прочности угля) (7)
-
при выявлении потенциально
выбросоопасной пачки через 4 м(7)
4 м (опасный пласт)
(7)
4 м(7)
-
-

15.

ПРОГНОЗ УДАРООПАСНОСТИ
(Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты,
склонные к горным ударам )
Текущий прогноз удароопасности определяют по изменению выхода буровой мелочи при
бурении шпуров диаметром 42-44 мм.
Прогноз удароопасности пластов склонных к горным ударам осуществляют через интервалы:
- в очистных забоях непосредственно в разрезной печи и в прилегающих выработках перед
началом очистных работ, в дальнейшем, не реже чем через 25 метров;
- в подготовительных забоях первое определение удароопасности производят после вскрытия
пласта или на участках засечки, в дальнейшем интервалы между контрольными замерами должны
быть не более 75 метров. В зонах влияния очистных работ и ранее сформированных выработанных
пространств или при осложненных условиях периодичность прогноза по согласовании с ВНИМИ
устанавливает технический руководитель - главный инженер шахты в зависимости от горнотехнической
обстановки.
В особо сложных условиях: при ведении горных работ в зонах ПГД, при отработке целиков и в
случаях, когда предыдущими замерами была установлена категория ОПАСНО, контроль в очистных и
подготовительных выработках должен производиться не менее чем через 3 метра подвигания
забоя. Ширина защитной зоны n в этом случае должна быть увеличена в 1,3 раза.

16.

ПРОГНОЗ ВЫБРОСООПАСНОСТИ
(Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам
угля (породы) и газа)
Локальный прогноз – состоит в периодическом, через 5-10 м подвигания забоя измерении прочности
угольных пачек пласта при помощи прочностномера П-1.
Текущий
прогноз
– осуществляется путем бурения контрольных шпуров по потенциально
выбросоопасной пачке угля или самой слабой пачке в потенциально выбросоопасной совокупности пачек.
Контрольный шпур бурится с остановками после окончания бурения каждого интервала, и проведения
замеров начальной скорости газовыделения. Длина первого интервала составляет 1,5 м, а всех
последующих - 1 м.
ТЕКУЩИЙ ПРОГНОЗ ВЫБРОСООПАСНОСТИ ПО СТРУКТУРЕ ПЛАСТА И НАЧАЛЬНОЙ
СКОРОСТИ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ИЗ КОНТРОЛЬНЫХ ШПУРОВ
Этапы прогноза
1. Визуальный осмотр забоя.
2. Измерение прочности слагающих пласт угольных пачек с помощью прочностномера П-1.
3. Прогноз выбросоопасности по контрольным шпурам при выявлении потенциально выбросоопасной
пачки.
4. Бурение шпуров и прогноз осуществляется через каждые 4 м подвигания забоя.

17.

Бурение прогнозной скважины
Пересып буровой мелочи в мерное ведро
Измерение объема буровой мелочи мерным ведром

18.

Прочностномер П-1
Составной пневматический герметизатор шпуров
Прибор для замера начальной
скорости газовыделения из
шпуров

19.

Методы и системы
прогноза
Принцип действия
(метод)
Региональный
ГУ
Бурение шпуров,
прочностномера
Объем буровой
мелочи, давление газа
САКСМ
акустика
ГИТС
сейсмика
ИПКОН РАН
Сейсмо-акустический
ANGEL-M
электромагнитной
эмиссии
Локальный
ГУ
ВВ
+
Текущий
ГУ
+
Длительность 1
прогноза
ВВ
+
+
+
+
1 смена
(1 шпур – 20-30
мин.)
постоянно
постоянно
+
+
+
постоянно
5 мин. - 1
прогноз +
обработка
данных

20.

21.

Цель системы ГИТС - прогноз и оценка возможных динамических
проявлений движения горного массива, а также выявление связи между
сейсмической и геодинамической активностью (горных ударов) с
технологическими работами.
Основная задача системы ГИТС - обеспечение непрерывного контроля за
поведением зон повышенной интенсивности сейсмических явлений в
массиве.
Аппаратура системы ГИТС представляет собой систему, состоящую из
двух аппаратурных комплексов наземного и подземного типа. Наземный
модуль размещается в специально подготовленном помещении здания АБК
шахты «Полысаевская». Подземная часть (сейсмодатчики и блоки
регистраторов) размещается в предварительно подготовленные скважины
длиной 5 - 7 метров, пробуренные в борта пластов. Данные с 10-ти
сейсмодатчиков, поступает в компьютерную базу данных SQL. Обработка
ведется оператором в течение рабочей смены.

22.

Аппаратно-программный блок и сейсмодатчик.

23.

Расположение скважин в горных выработках и размещение
сейсморегистрирующих устройств

24.

Схема расстановки сейсмических датчиков на горном отводе шахты
«Полысаевская».

25.

Карта распределения эпицентров сейсмических событий по
глубине и по протяжености за весь период наблюдений ГИТС
на шахте Полысаевская АО «СУЭК-Кузбасс» (с 6 декабря
2011г. по 2 апреля 2013г.).

26.

Применение системы ГИТС:
позволяет отследить поведение горного массива в период ведения
очистных работ;
за счет высокой
точности локализации регистрируемых сейсмических
явлений позволяет установить связь между сейсмической активизацией и
процессом посадки основной кровли лавы;
наличие
циклического
характера
сейсмического
режима,
характеризующегося ростом количества сейсмических явлений и их
локализацией в пределах кровли пласта лавы,
возможно, является
предвестником
формирующегося процесса обрушения кровли в
отрабатываемой лаве.
позволяет показать возможность пространственно-временного прогноза
потенциально опасных процессов, развивающихся в массиве, которые
могут
привести к негативным динамическим проявлениям горного
давления в шахтовых условиях.

27.

28.

Была разработана программа и методика проведения испытаний,
получено разрешение Ростехнадзора на проведение испытаний и в 2014 году
система САКСМ успешно прошла испытания на шахте «им. С.М. Кирова».
Испытания показали возможность в автоматизированном режиме прогнозировать
горные удары, выбросы угля и газа, геологические нарушения, осуществлять
контроль состояния массива в целом в каждом цикле выемки угля в очистном и
подготовительном забое. Ростехнадзор в своем письме №13-00-04/4 от
13.01.2015г. рекомендовала ее применение на других угольных шахтах.

29.

Программа обработки акустических сигналов АКМП-РИВАС
Решение всех задач осуществляется по единой схеме: при помощи аппаратуры регистрации
акустического сигнала АРАС упругие колебания массива преобразуются в электрический
(акустический) сигнал, который передается на поверхность, где осуществляется его обработка на
компьютере.
В программе реализовано разграничение доступа к управлению процессами. Предусмотрено 3
категории доступа: Администратор, Оператор и Гость. Администратор не ограничен в правах,
Оператор не имеет доступа к изменению параметрах в «Свойства канала» (настройки набора и
обработки информации), Гость имеет доступ только к опциям «Результаты прогноза», «Анализ
прогноза» и «Регистратор». В «Администрировании» в «Управлении пользователями» по первым двум
категориям заносятся персональные данные, их пароли, которые позволяют им осуществлять
управление. Под категорией Гость может войти любой заинтересованный в работе системы САКСМ
специалист, включая удаленный доступ.
3
2
1
1 – системный блок
персонального компьютера
2 – основной рабочий экран
оператора службы прогноза
при работе с ПО
3 – наземный блок
аппаратуры АРАС

30.

Компьютер с
обрабатывающей
программой
1 - наземное устройство (НУ)
Прием, преобразование, контроль линии
связи, питание подземных устройств
1
2 – переговорное устройство (ПУ)
Двусторонняя связь с оператором
2
3 - геофон (ГФ)
3
Преобразование упругих колебаний в
электрический сигнал, регулировка
усиления, передача сигнала на поверхность

31.

Программа обработки акустических сигналов АКМП-РИВАС предназначена для:
• Приема акустических сигналов в аналоговом или цифровом виде из подготовительных и
очистных выработок;
• Хранение записи акустических сигналов в течение 72 часов
• Контроля качества линии связи и акустического сигнала;
• Обработки искусственных акустических сигналов, возникающих в массиве горных пород
при воздействии на него горного оборудования;
• Анализа комплекса прогностических параметров искусственных акустических сигналов и
принятия решений,
• Автоматизированного контроля пороговых значений прогностических параметров;
• Информирования руководителей производства о состоянии призабойной части
углепородного массива в каждом цикле выемки угля,
• Хранения результатов обработки акустических сигналов на протяжении ведения работ в
горной выработке;
• Просмотра текущих результатов обработки акустических сигналов;
• Ретроспективного анализа прогностических параметров по накопленной информации в
горных выработках;
• Тестирование выполняемых процедур обработки акустических сигналов.

32.

Для надежного выявления опасных по выбросам и горным ударам зон в
очистном забое устанавливают два геофона, один из которых в вентиляционном штреке, а
другой – в конвейерном или на элементах механизированной крепи вблизи выработок не
далее 40м.
Для регистрации акустического сигнала в подготовительном забое геофон
устанавливают на расстоянии не дальше 45м и не ближе 20м от забоя, но не ближе 10м от
источника интенсивных акустических помех:бурение шпуров, погрузка угля или породы, в
шпуре на глубине 0,5-0,7 м, или крепят на анкера крепления бортов выработки при помощи
специального прижимного устройства.
Крепление геофона на анкере
Крепление геофона на секции крепи
геофон

33.

а)
б)
Схема установки геофона в подготовительной горной выработке:
а – в шпуре: 1 – шпур диаметром не менее 42 мм, длина до 0,7 м,
2 – геофон, 3 – досыльник, 4 – деревянный клин;
б – на анкере при помощи кронштейна: 1 – металлический стержень,
2 – гайка, 3 – геофон, 4 – кронштейн, 5 – болт крепления геофона,
6 – металлическая сетка затяжки бортов выработки.

34.

1. Акустический сигнал, возникающий при воздействии на массив горного оборудования, содержит
информацию о его напряженно-деформированном состоянии.
2. Регулярное развитие деформаций при выемке угля обеспечивает возвратно-поступательное движение
максимума опорного давления впереди забоя и разгружает призабойную часть пласта, этот процесс в
спектре акустического сигнала отражается перераспределением амплитуд его максимумов.
3. Задержка деформаций приводит к образованию зон повышенного горного давления и накоплению в них
потенциальной энергии, что является причиной динамических явлений (горные удары, выбросы угля и
газа и др.). Задержка деформации отражается в спектре акустического сигнала уменьшением амплитуд
низкой частоты и увеличением высокой.
4. Прогноз осуществляется путем сопоставления текущих параметров акустического сигнала с эталонными,
установленными на неопасном участке выработки или на соседних выработках эксплуатируемого пласта
Динамика спектра акустического сигнала в
призабойной части при выемки угля:
0 – исходное состояние
1 – сразу после выемки угля
2 – спустя 40-60 мин
Возвратно-поступательное
давления
движение
опорного
0 – исходное состояние (устойчивое положение)
1 – смещение максимума давления непосредственно
сразу после выемки угля
2 – спустя 40-60 мин после выемки (устойчивое
положение)

35.

Динамика значений коэффициента выбросоопасности в зоне проявления выбросоопасности и влияния геологического нарушения во 2-й западной лаве пласта h6 шахты
им. А.А. Скочинского
- микровыбросы
- мощный выброс с жертвами

36.

Опасное состояние
Неопасное состояние
(спектр акустического сигнала при
неопасном состоянии горного массива)
(спектр акустического сигнала при
опасном состоянии горного массива)
Задержка
деформаций приводит к образованию зон повышенного горного
давления и накоплению в них потенциальной энергии. Задержка деформации отражается в
спектре акустического сигнала уменьшением амплитуд низкой частоты и увеличением
высокой.

37.

При входе забоя в потенциально
опасную
зону
программа
автоматически выдает на печать
сообщение с полным объемом
информации.
Руководитель прогноза под
роспись
знакомит
главного
инженера шахты, и он дает
указание на применение в забое
способов борьбы с ДЯ.
Таким
образом
работа
оператора будет заключаться в
отслеживании
сообщений
ОПАСНАЯ СИТУАЦИЯ!, и
отслеживать, чтобы система
находилась в работоспособном
состоянии.