Рекомендации по повышению надежности оценки выбросоопасности призабойной части угольного пласта

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ОЦЕНКИ ВЫБРОСООПАСНОСТИ ПРИЗАБОЙНОЙ ЧАСТИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА

РЕКОМЕНДАЦИЯ

ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ОЦЕНКИ ВЫБРОСООПАСНОСТИ ПРИсАБОЙНОЙ ЧАСТИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА

Манееваа - Донбасс 1993

- 9 -

Однако необходимо было убедиться в том, что полеченный результат не присущ только пласте h& . Дополнительные измерения были выполнены по пробей» отобранным на выбросоопасном пласте шахты им.Дзержинского ПО "Дзержинснеголь¹¹ (3-й восточный штрек гор.1026 м). Особенностью шахтолласта является то, что выбросоопасной у него является только верхняя пачка. По пяти пробам каждой пачки получили:    = 29,5%; А« ¹ 4,4%; W? = 1,1%;

V^d01 = 29,4%; Д¹ = 1,4%; W¹ = 2,4%. Результаты полностью подтвердили полученные для пласта Ь» ; W° /W? = 2,2.

На втором этапе экспериментальных работ в 46-й и 51-й бортовых выработках по мере их подвигания выполнялись поинтервальные измерения начальной скорости гаэовыделения (<^), из отдельных шпуров отбирались пробы газов для определения в их составе гелия (H«_f %). Особый интерес представляют результаты, полученные в 46-й бортовой выработке, где удалось выполнить измерения непосредственно перед двумя выбросами. Газовыделение определялось в соответствии /I/, но в дополнение к требованиям /I/ в каждом цикле измерений бурился дополнительно шпур (К? 2) посередине угольного забоя (шпуры )е I и № 3 располагались соответственно у левой и правой стенок выработки). Во время проведения примерно 170 м выработки произведено 45 циклов измерений гаэовыделения, 26 определений содержания гелия.

Результаты, полученные в процессе лоинтервальных измерений гаэовыделения, позволяют оценить надежность следующих показателей: максимального гаэовыделения    ,    л/мин в каждом шпуре, заме

ряемое перед интервалом падения , м; гаэовыделения в интервале падения и за ним, т.е. за пределами существенного влияния горной выработки - практически в области нетронутого горными работами массива; удельного гаэовыделения /I/ в области разгружающего влияния выработки £¹, л/мин как косвенного показателя природной газоносности, ибо оно тем выше, чем выше природная газоносность в пределах зоны разгрузки , ы.

Изменение содержания гелия рассматривается в соответствии с /3/ как критерий степени дегазации призабойной части пласа а и природной неравномерности распределения газоносности в области отсутствия существенного разгружающего влияния выработки¹. Результаты измерений (таблЛ) позволяют сделать следующие выводы. Измеычи-

Таблица I

'Г ^'nUAp j # mo* . Л/МИН j 9" , л/мин ; 9' , л/мин ; , M шпура{ * i " i I _ j i Г ! r r Д** j I j n ]*• i i i i } ! ! 1 : * 1 a 1* ! 47. ! ! I ‘ | n T i i ip i ! p ! 1 К..Я >! * f X 44 2t4 86 0,8- 12,2 44 1,2 113 0,0 8,4 103 2,5 62 0,5- 8,6 44 1,9 23 1,5- 3,0 2 37 3,6 103 1,0- 22,5 37 1,2 97 0,0 5,4 113 2,8 59 0,7- 8,2 37 2,0 18 1,5- 3,0 3 40 2,9 69 0,8- 10,6 40 1,2 82 0,0 4,6 106 2,7 76 0,4- 12,6 40 2,0 17 1,5- 2,5

- II -

вость газовыделения тая валина, что о надежности отдельных значений нан критериев выбросоопасности говорить было бы ошибочно. При общей оценне надежности измерений    ногда    Кб    *    100%    единич

ное измерение может привести я ошибяе по сравнению со средним примерно на t200). Надежность измерений    в    том числе критичес-

яих ее значений (по /I/ для пласта Ы 9^= 5 л/мин) была дополнительно оценена следующим образом.

Для каждого цинла измерений была рассчитана разность между наибольшим и наименьшим значениями    в    трех    шпурах. Оказалось,

что ни в одном из 35 циклов не были измерены во всех трех шпурах одинаковые ее величины: разность изменялась от 0,1 до 20,4 л/мин и в среднем составила 2,4 л/мин. В шести циклах была измерена ^7 5 л/мин и только в одном из них во всех трех шпурах. В остальных пяти циклах она обнаружилась в одном шпуре, причем дважды в среднем. Ранее МакНИИ было установлено /3/, что в направлении проведения подготовительной выработки в средней части забоя пласт разгружен на большую глубину, чем у ее стенок. По данным измерений (табл.1) это подтверждает то, что наибольшие значения минимальных, средних и максимальных <}та» получены в шпуре fe 2. Здесь же максимален коэффициент вариации. В рядах шпуров № I и № 3 значения фтлгразличаются на 20%, значения 4* полностью совпадают, значения различаются лишь на 7%.

Результаты измерения газовыделения в интервале падения свидетельствуют о том, что неоднородность пласта за пределами существенного разгружающего влияния выработки не менее значительна. Но отсутствие влияния выработки на напряженно-деформированное состояние обусловило равенство значений Цп во всех трех рядах шпуров.

В целом изложенное доказывает, что абсолютные значения одиночных измерений газовыделения как в пределах зоны разгрузки, так и в области нетронутого массива совершенно ненадежны.

Но выполнение значительного числа измерений позволяет получить достаточно надежные значения средних величин. Это особенно хорошо видно на примере расчетов (твбл.1). Осреднение дзух-пя-ти измерений, которые выполнялись в каждом из шпуров до интервала падения, привело по сравнению с единичными измерениями ушил и tyn к снижению разброса данных почти в 2 раза.

Принципиально очевидно, что напряженное состояние впереди движущейся одиночной подготовительной выработки существенно изменяться не может. Изменчивость свойств метаноносного пласта приво-

- 12

дит н тому, что величина £р изменяется не только по мере проведении выработки, но нередко неодинакова в различных частях забоя.

В 35 циклах измерений, когда I? определялась по трем ипурам, падение гааовыделения регистрировалось в каждом из них. В 9 (28%) циклах она была одинаковой в трех илурах, а в 20 (56%) циклах в двух. Разница между максимальными и минимальными значениями в измерительном цикле не превысила I м - 6 циклов (16%). В целом изменчивость £р оказалась меньаей из всех рассмотренных показателей, за исключением только    ,    что    доказывает    надежность этого

критерия.

Из 26 определений гелия 18 выполнены по пробам, отобранным в интервале падения или за ним, т.е. в нетронутом массиве и 8 на участках безопасной зоны разгрузки. Полученные средние значения содержания гелия составляют соответственно 0,106 и 0,069%. Различие более чем в полтора раза доказывает как правильность физической сущности критерия, так и его информативность. В /3/ подчеркивалось, что разброс данных по содержанию гелия в нетронутом массиве не позволяет анализировать неоднородность массива по газовому фактору, если есть лишь единичные его определения. Для каждой анализируемой ситуации необходимо не менее 2-3-х измерений. В трех измерительных (проходческих) циклах было выполнено по одному определению, поэтому они не анализируются. В шести циклах по мере проведения выработки получены следующие результаты:

Расстояние между местом отбора проб,м - 3,5 Число проб 2 2 Содержание гелия, % 0,087 0,081

* - произошел выброс

Какие-то глубокие выводы по довольно ограниченному числу экспериментов преждевременны. Но можно совершенно определенно утверждать, что содержание гелия в разных частях (участнах) пласта незакономерно изменяется и что наиболее высокие его значения характеризуют природную выбросоопасяость.

Из полученных результатов нами были выделены две группы случаев: I - характеризуется наиболее низкими значениями содержания ге-

- 13 -

лия (0,081-0,089%); П - то же, но в 1,4 раза более высокими значениями (0,118-0,128%). Рассчитанные для этих групп средние значения показателей и tjmux доказывают, что в выбросоопасных ситуациях они больше, чей в ситуациях невыбросоопасных.

Показатели	i п _ 1	I
9>, л/иин	5,3	4,о
	5,3	3.8

Факт природной локальности выбросоопасности доказывают и данные о содержании гелия в составе газов пласта, определенные непосредственно перед выбросом. В шпурах № I и № 2 в интервалах падения и за ним произведено три определения содержания гелия: 0,126; 0,144; 0,18? (в среднем 0,152%).

В шпуре te 3 в интервале падения содержание гелия составило 0,056%, т.е. в 2,7 раза меньше, чем в левой части (по ходу проведения) забоя.

К важным выводам методического характера, относящимся к показателю содержания гелия, приводит рассмотрение результа >в измерений, выполненных перед выбросом (табл.2).

Таблица 2

Ноюер шпура “1-! ! п \ \ е? ,* \ \ ‘ !-1- ' , л/мин; 9пи‘\ | | л/мин I «Содержание гелия iB интервале паде- j НИН, % I 2,0 з,<* 4,4 0,093 2 2,5 5.1 22,5 0,067 3 1,5 1,9 2,1 0,195

В шпуре Иг 2 в интервале, где газовыделение было аномально высоким, - 0,135%, оно оказалось не только больше среднего, рассчитанного для трех шпуров в интервале падения (0,118%), но и в 2 раза больше, чем в этом же шпуре в интервале падения, т.е. через 0,5 м. Этот результат подтверждает феномен содержания гелия при разрушении угольного пласта, замеченный МакНИИ ранее /4/. Из этого

14 -

следует, что гаэовыделение из шпура в области нетронутого массива и непосредственно н ней примыкающей - это не результат фильтрации газа, а результат процессов разрушения стенок шпура, приводящего к десорбций метана.

При проведении 51 бортовой выработки для измерения динамики газовыделения бурили 2, иногда I шпур, длина измерительной камеры была не 0,2, а 0,5 м. Выполнен 21 цикл измерений газовыделения, отобрано 37 проб газа для определения содержания гелия. Для контроля надежности определения содержания гелия в шести шпурах разных циклов производили отбор проб-дублеров. Получили результаты, доказывающие высокую надежность определения (после тире значение "дублера"): 0,112-0,104; 0,150-0,150; 0,210-0,180; 0,150-0,150; 0,170-0,170; 0,024-0,023. Вновь и еще более убедительно подтвердилась неравномерность распределения гелия в угольном пласте. Из общей протяженности выработки (160 м) удалось совершенно четко и надежно выделить две разновидности зон, в ноторых содержание гелия отличалось бесспорно. Одна (I) характеризовалась изменением содержания гелия в пределах 0,104-0,260%. Протяженность этих зон составила примерно 90 м. Вторая (П) характеризовалась изменением содержания гелия в пределах 0,000-0,011%. Их протяженность, примерно,

70 м. В 1-й произведено 6, а во П-й - 8 циклов определений.

	Группа	ili	П
ч	, л/мин	3,5	3,2
, л/МИН		*,о	3,1
Ис	, %	0,177	0,003

Полученные результаты по существу совпадают с результатами, полученными при проведении экспериментов в 46-й бортовой выработке. Но одновременно следует отметить, что с позиций, предложенных ранее физических моделей некоторые из полученных результатов удовлетворительно не объясняются.

Физическая модель выбросоопасного пласта была разработана МакКИИ в начале семидесятых годов /3/, В соответствии с ней он Представлялся как трещиновато-пористое тело, отдельные блоки которого газонепроницаемы и способны к увеличению объема при метанона-сыщении. Метан рассматривался как источник дополни^тлльных (внутрев-

• 15 -

них) напряжений или как фактор, обусловливающий изменение деформа-циовных свойств массива.

Бо второй половине восьмидесятых годов 14ГТИ АН Украины разработал физическую модель призабойной части пласта, нам гетерогенной среды, представляющей собой твердое вещество и газ /5/.

Общим недостатком этих физических моделей является то, что в них не учитывалось наличие в лоровом объеме наряду с метаном, его гомологами и другими газами² воды.

По данным В.ВЛодота /6/ удельная поверхность углей Донбасса колеблется в пределах 130-260 м²/г и составляет в среднем 200 м²/г. По ИЛ.Эттингеру /7/ общая поверхность ультрапор (йа <■ 1(Г⁸ м) угля составляет 100-200 м²/г. С учетом того, что для покрытия внутренней поверхности I см² пор, капилляров переменного радиуса моно-молекулярным слоем достаточно около 10²-² молекул воды /7/, для покрытия 100 м² (значение, принятое для дальнейших расчетов) -около I- I0²¹ молекул. При влажности 1% в ^т г угля содержится 3.3.I0²⁰ молекул воды.

Исходя из соображений, что при всем многообразии ультралоры различных размеров количественно распределены примерно равномерно, а также что по геометрическим соображениям совместное ’’пребывание" воды и метана возможно только в порах-ячейках, капиллярах переменного диаметра размером более 6,1-10’²^ м, становится о видным, что практически во всем поровом объеме метан находится в совокупности с молекулами воды /8/, основным качеством которой, отличающим ее от всех других жидкостей, является дилольность молекулы.

Свойства воды, находящейся в порах (капиллярах) размером 10“⁷ м кардинально отличаются от свойств обычной воды /7/:

-    в ней не растворяются те вещества, которые в обычных условиях легко растворимы;

-    удельная теплоемкость значительно меньше единицы;

-    имеет температуру замерзания значительно ниже 0°С, причем в капиллярах размером порядка 1(Г²° м, по данным К.Терцаги, оноло -200°С;

-    по сравнению с несжимаемой в обычных условиях водой имеет плотность до 2,74 г/см⁵;

-    имеет временное сопротивление срезу в пленке примерно 10~®м до 20 МПа.

- 16 -

Изложенное выше позволило физическую модель выбросоопасного угольного пласта представить в виде гетерогенной среды с абсолютно кествиыи рассеянными включениями. В них стенки пор-ячеек покрыты дипольными молекулами воды» а метан находится внутри своеобразной шарообразной полости. Такая модель не только удовлетворительно объясняет локальность выбросоопасности, изменчивость ряда свойств пласта, но и позволяет оценить природу изменения деформационных характеристик.

Задача о деформационных свойствах модели выбросоопасного угольного пласта решалась путем предварительного введения модели с частными геометрическими характеристиками и последующим обобщением по всему представительному объему. В ее основу было положено решение плоской задачи о напряженном состоянии пластины с двумя жестко подкрепленными круговыми отверстиями, расстояние между которыми соизмеримо с их размерами, когда перемещения на границе круговых отверстий равны нулю, а значения модулей упругости и коэффициента Пуассона Е -уч

Полагая, что поры размеров ^ 10"^ м количественно распределены примерно поровну СЮ"®, 10"^, 10" ^ м), а также исходя из допущения об упорядоченном расположении пор-ячеек и вытекающего отсюда вывода о соизмеримости расстояний между порами с их размерами, сделали вывод о допустимости и корректности обобщения характеристик модели с частными геометрическими характеристиками по всему представительному объему угольного пласта (рис.З), приводящему к изменению деформационных характеристик массива.

Танин образом, изложенное позволяет считать, что природная неоднородность выбросооласных пластов - объективная реальность, чтс она обусловливает различную изменчивость показателей отдельных свойств и что использование их при разработке критериев выбросоопасности без оценки надежности недопустимо.

ЛИТЕРАТУРА

1.    Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и гаэа.-М.: ИГД им. А.А.Свочинского.- 1989.- 191 с.

2.    Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика.-М.: Высшая школа.- 1972.- 368 с.

3.    Николин В.И. Разработка выбросоопасных пластов на глубоких шахтах.- Донецк: Донбасс,- 1976.- C.I84.

- 18 -

4.    Хорунжий Ю.Т., Фридман И.С., Тимофеев Э.И. Состав газов, мая показатель выбросоопасности угольного массива. - Уголь Украины.-1977.* fe 4.- С.42-44.

5.    Колесников В.Г. Геомеханические основы динамини горного давления и разработка способов ведения горных работ в выбросоопасном массиве/Автореф. докт.дис.- Днепропетровск: ИГТМ АН УССР.-1991.- 36 с.

6.    Ходот В.В. Внезапные выбросы угля и газа.- М.: Госгортехнадзор.-1961.- 364 с.

7.    Эттингер И.Л. Газоемяость ископаемых углей.- U.: Недра.- 1966.-223 с.

8.    Баранов В.А. Микронарушенность кварца песчаников Донбасса в связи с их выбросоопасностыо/Автореф. канд.дис.- Днепропетровск: UTTU АН УССР.- 1989.- 17 С.

УДК 622.831.322:635

БОБРОВ И.А.

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВЫБРОСОВ УГЛЯ И ГАЗА

В ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТКАХ ПО СПЕКТРАЛЬНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ АКУСТИЧЕСКОГО СИГНАЛА

В последние годы в шахтах Донбасса начал применяться новый способ текущего прогнозирования выбросоопасных зон по амплитудно-частотным характеристикам акустического сигнала (далее для краткости - прогноз по АЧХ), разработанный Днепропетровским горным институтом. От других нормативных способов прогноза он выгодно отличается технологичностью, снижением субъективизма со стороны исполнителей при принятии решения о входе забоя в выбросоопасную зону, минимальными затратами времени на прогноз.

В основе способа лежит анализ акустического сигнала, который генерируют в горном массиве машины и механизмы, работающие в выработке. Прогностическим признаком является отношение (К) амплитуды высокочастотной (ВЧ) составляющей спектра сигнала в амплитуде его низкочастотной (НЧ) составляющей. Если величина этого соотношения оказывается равней или превышает 3, то выдается прогноз "опасно". При этом полагается, что величине отношения (К) увеличивается за счет одновременного росте высоких и уменьшения низких частот, что

Рекомендации по повышению надежности оценки выбросоопасности призабойной части угольного пласта: Манеевна - Донбасс, 1993.-44 с.

Освещаются вопросы о природной неоднородности метаноносных угольных пластов и даются предложения по использованию этого фактора для повышения надежности критериев выбросоопасности.

Приводятся результаты исследований, направленных на совершенствование способа прогноза выбросоопасных зон по амплитудно-частотным характеристикам акустического сигнала, в части повышения его достоверности и автоматизации.

19 -

предшествует выбросу угля и газа.

Указанные прогностические признаки открывают широкие перспективы для автоматизации прогнозирования выбросов угля и газа. Однако, в ряде случаев надежность прогноза может снижаться за счет следующие недостатков способа.

1.    Прогнозирование выбросооласности только на основании величины отношения (К) без учета динамики амплитуд (ВЧ) и (НЧ) - составляющих приводит к снижению достоверности оценки газодинамического состояния забоя. Рост величины отношения (К) до "опасных" значений может происходить вследствие изменения амплитуды одной из составляющих, в то время как об опасности выброса свидетельствует одновременное изменение их амплитуд: для высоких частот - увеличение, для низких частот - уменьшение.

2.    Выход забоя из выбросоопасной зоны устанавливается после получения первого прогноза "неопасно” и подвигания забоя в трех проходческих циклах зоны запаса, в каждом из которых должны отсутствовать "опасные" значения коэффициента (К). Вместе с тем, опыт прогнозирования показывает, что непосредственно перед выбросом угля и газа наблюдается снижение величины коэффициента (К) до “неопасных" значений. Следовательно, недостаточная обоснованность величины запаса приводит к неоправданному увеличению вероятности возникновения ошибок как первого, так и второго рода.

3.    Действующий способ прогноза не предусматривает контроль качества регистрации акустического сигнала. В настоящее время решение этого вопроса в каждом конкретном случае определяется не объективными критериями, а опытом и квалификацией обслуживающего персонала. Учитывая крайнюю важность обеспечения надлежащего качества регистрации для работоспособности способа, таное положение оказывает негативное влияние на достоверность оценки выбросоопас-ности.

4.    Одним из ключевых вопросов, определяющих работоспособность и информативность метода прогноза по АЧХ, является расположение геофона ло отношению к забою выработки. В действующем способе параметры установки геофона основаны только на опыте регистрации акустического сигнала. С учетом этого является весьма актуальной разработка критериев, которые позволили бы в каждом конкретном случае оптимизировать место установки геофона для обеспечения максимальной достоверности прогноза.

- 2 -

ВВЕДЕНИЕ

Одной из актуальных проблей безопасного ведения работ в угольных пахтах является борьба с внезапными выбросами угля и газа. Для успешного решения этой проблемы необходимы надежные методы прогноза выбросоопасных зон в угольных пластах.

В настоящих работах освещаются вопросы о природной неоднородности угольных пластов, опасных по выбросам угля и газа.

Даются рекомендации по использованию природной неоднородности как фактора, определяющего разработку и надежность критериев выб-росоопасности.

Приводятся результаты исследований, направленных на совершенствование способа прогноза выбросоопасных зон по амплитудно-частотным характеристикам акустического сигнала в подготовительных выработках, проводимых буровзрывным способом.

Приведенные материалы являются результатами совместных исследований МакНИИ и ДПИ, выполненных в I99I-I993 годах в условиях шахт Донецкого бассейна.

УДК 622,817.47

НИКОЛИН В.В., ГУРИН Н.И., РАДЧЕНКО А*Г,

ПРИРОДНАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ МЕТАНОНОСНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

КАК ФАКТОР, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЙ РАЗРАБОТКУ И НАДЕЖНОСТЬ КРИТЕРИЕВ ВЫБРОСООПАСНОСТИ

К общепризнанному на современном этапе можно отнести представление о том, что основная особенность выбросоопасных пластов -это ее локальность. Самым бесспорным доказательством локальности выбросоопасности являются выбросы угля и газа, происходящие при проведении одиночных подготовительных выработок сотрясательным взрыванием, когда никакие способы предотвращения выбросов не применяют и когда полости, образованные выбросами, оказываются самой невероятной, а не наиболее устойчивой формы и располагаются по оси выработки только с левой или правой ее стороны (рис.1). Более чем полуторавековой мировой опыт разработки выбросоопасных пластов доказал, что внезапные выбросы угля и газа происходили и происходят при всех применявшихся и применяющихся способах выемки угля и технологиях добычи угля. Такое положение является абсолютным доказательством того, что природа локальности выбросоопаснос':.» заключается в природной неоднородности его основных свойств.

Вопросу локальности выбросоопасности справедливо было посвящено много исследований. Их анализ позволяет заключить, что многие неточности выводов и гипотез произошли именно от недооценки авторами природной неоднородности выбросоопасного угольного массива и, следовательно, использования недостаточно надежно экспериментально определяемых показателей различных свойств ввиду их естественной изменчивости. С учетом сказанного был выполнен комплекс экспериментальных исследований в шахтных условиях по следующей методической схеме.

В качестве объекта исследования был выбран особо выброс[:ппас-ный пласт hg "Прасновиевский", разрабатываемый в условиях шахты "Заперевальная-2^И ПО "Донецнуголь", при ведении горных работ на котором по состоянию на 01.01.1993 г. зарегистрировано 405 выбросов: 36 в лавах при струговой выемке и 369 в подготовительных выработках, проводимых сотрясательным взрыванием.

Q) “I----Г* 6)

#

Рис Л- Эскизы мест выбросов, происшедших в бортовой выработав * 51 пласта h ₀ вахты им*газеты "Социалистический Донбасс¹* ПО ^пДоибцлуголь^п:

а)    - 9 февраля 1964 г.

б)    - 5 января 1984 г.

- 5 -

Мощность пласта h g составляет 0,6-0,7 и, природная метано-носность 25-33 м³/т.с.б.м. Породы непосредственной кровли представлены песчанистым сланцем, основной нровли - песчаником; непосредственной почвы - песчанистым сланцем, основной почвы - глинистым сланцем.

Эксперименты выполнялись при проведении одиночных 51-й и 46-й бортовых выработок сотрясательным взрыванием. Бесь комплекс экспериментальных работ можно условно в методическом плане разделить на два этапа. На первом этапе в 51-й бортовой выработке по мере ее поджигания в каждом экспериментальном цинле отбирались пробы угля для последующего выполнения по ГОСТ II0I4-8I технических анализов: определения выхода летучих веществ V*^a* , %, содержания в пробах аналитической влаги W^q , %, зольности А^с , %. Всего было отобрано 99 проб на участке подвигания выработки примерно 160 м, из которых 23 пробы отобраны в полостях и относах угля, образовавшихся в результате происшедших семи выбросов.

По данным экспериментов сформированы две выборки: I - невыбросоопасные участки - 76 проб и 2 - выбросоопасные - 23 пробы.

Средние значения показателей для всей совокупности результатов составили: V^daf = 11,0%; W^a = 0,8%; А^с = 6,7%. Изменчивость каждого из этих показателей, количественно оценивающая степень природной неоднородности пласта по различным свойствам, определялась величиной коэффициента вариации К» , %. Получили, что минимальна и незначительна она для V^da* (8%), максимальна для А^с (84?!), нескольно меньше, но тоже значительная для W^q (61%).

Таной результат доказывает, что природная неоднородность выбросоопасного угольного пласта обусловливает различную изменчивость отдельных его свойств и что, следовательно, для получения надежного значения показателя конкретных свойхтв необходимо различное число, измерений.

Наибольшей природная неоднородность оказалась по зольности (    - 84%). Но учитывая то, что показатель A^L не используется в

качестве нормативного критерия выбросоопасности, ограничились лишь констатацией реальности высокой изменчивости ее значений и необходимости, для надежного определения зольности, значительного числа определений (порядка 50-80 в зависимости от величины зольности).

Незначительная изменчивость показателя V^do* доказывает высокую надежность его определений* Расчеты показывают, что отклонение

- 6 -

от среднего по 99 пробам значения    по    любой выборке из трех,

распределенной по таблице случайных чисел, не превышает +10%. Учитывая, что показатель    используется    в    "Инструкции..." /I/ при

отнесении шахтопластов Донбасса н невыбросоопасным или угрожаемым и что изменчивость V^dofr незначительна, можно считать достаточным для крыла шахтного поля (блока, панели), двукратное увеличение числа определений, т.е. отбор шести проб.

При применении текущего прогноза для определения критических значений начальной снорости газовыделения регламентируется /I/ отбор десяти проб - получается, что это количество содержит трехкратный запас.

Для невыбросоопасных (I) и выбросоопасных (2) участков получены следующие средние значения рассматриваемых характеристик угольного пласта и значений коэффициентов вариации.

	! С*/кв;, | ! 2 i	! W^/Kbj | i	W|?/Кв2
1Ш 8!Г	1Ш 15%	0.7% 2W	Ш 5W

Из приведенных данных следует, что    и    практичес

ки одинаковы (5% различия находятся в пределах точности измерений).

В два раза большим оказалось содержание аналитической, т.е. физически связанной влаги в пробах угля, отобранных на участках реальной (рроявившейся) выбросоопасности. Об увеличении единичных значений W*^a на выбросоопасных участках свидетельствуют и гистограммы рис.2.

Учитывая неадекватность рассматриваемых выборок (76 и 23 определения), с помощью методов теории вероятности и математической статистики /2/ оценили, не является ли этот неожиданный результат случайным. Выполненные расчеты показали: с вероятностью 99,98% можно утверждать, что в любых 23 пробах, отобранных в неопасных зонах, среднее значение влажности будет не более 1,4%, 8 вероятность того, что в любой выборке из 23 проб по результатам 76 определений в неопасных зонах значение Wi^a будет не менее    сос

тавляет 0,0002, т.е. в одной выборке из пяти тысяч. Отметим, что

- 8 -

в 76 пробах, отобранных на невыбросоопасных участках, нет ни одной выборки, по которой W,% 1.4%, более того, нет ни одного случая, ногда даже единичные значения W® превышали бы 1,4%. Следовательно, рост    на выбросоопасных участках является не случай

ный, а закономерный.

Необходимо обратить внимание на то, что увеличение Ць сопровождалось резким (почти в 2 раза) ростом ее изменчивости.

Тот факт, что на реально выбросоопасных участках W в 2 ра за больше, чем на невыбросоопасных, во-первых, доказывает ошибочность представлений о том, что будто бы увеличение физически связанной влаги может привести н устранению выбросоопасности: увеличение физически связанной влаги, подобно тому иан и увеличение газоносности, способствует росту выбросоопасности.

Во-вторых, в соответствии с /I/ контроль эффективности регионального способа предотвращения выбросов - увлажнения угольных пластов, осуществляемого на всю высоту этажа, основан на отборе проб для определения физически связанной влаги. При бурении контрольных скважин между теми скважинами, через ноторые произведено увлажнение, пробы отбирают через каждые 3 м, т.е. при нанлонной длине этажа на шахтах Центрального района Донбасса в среднем примерно 120 м должно отбираться 40 проб.

В среднем по такому количеству проб изменение содержания физически связанной влаги на участке между двумя скважинами, через ноторые выполнено увлажнение, можно определить достаточно надежно. Ошибка не будет превышать 20%. Но из-за того, что выбросоопаснооть локальна, необходимо оценивать надежность определения физически связанной влаги в каждом месте отбора пробы, т.е. через 3 м по длине контрольной скважины. Оценка надежности такого подхода выполнена следующим образом.

Отбор проб угля производили 31 раз: однажды было отобрано 7 проб, 2 раза по 4 и 28 раз по 3 пробы. Из 31 раза только в 4-х случаях было получено совпадение W° по всем трем пробам. В остальных 27 случаях (87%) разность между наибольшим Wma* и наименьшим Wmi.i значениями составляла 0,1-2,9%. Бели учесть, что для устранения выбросоопасности углей при V'°*^Q* = 11% (марка ОС) необходимо по /I/ достижение содержания физически связанной влаги 2%, то становится очевидной возможность, при отборе одной пробы, ошибок, превосходящих 100%.

1

n - число измерений;

интервал изменения показателей.

2

Далее для краткости - метан