СИСТЕМА МОНИТОРИНГА, ПОДДЕРЖИВАЮЩАЯ СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ НАПОЛНЯЕМОГО ОБРАЗОВАНИЯ В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ, И СПОСОБ МОНИТОРИНГА
MONITORING SYSTEM MAINTAINING THE COMPRESSION RATIO OF A FILLED FORMATION IN THE MINED SPACE OF A COAL MINE, AND METHOD FOR MONITORING

Область техники изобретения
Настоящее изобретение относится к области экологически безопасной навалки ископаемых ресурсов и добычи, а конкретно к системе и способу контроля рабочего коэффициента уплотнения отвала на участке выработанного пространства угольной шахты.
Уровень техники изобретения
В настоящее время добыча и использование ископаемых ресурсов, добыча угля приводят к возникновению экологических проблем, таких как складирование жильных пород, оседание поверхности грунтов и т.д., и окружающие несут большие экономические потери. Китай уделяет пристальное внимание влиянию угледобычи на окружающую среду. Таким образом, в некоторых регионах в качестве экологически безопасной технологии широко применяются твердая навалка и технология добычи.
Основная цель при твердой навалке и добыче заключается в предотвращении оседания поверхности грунта, а другая - в эффективном решении проблемы складирования жильных пород на земле и навалки этой породы на месте без ее извлечения из зумпфа. Однако при навалке и добыче коэффициент уплотнения отвала определяется параметром «эквивалентной высоты очистного пространства при выемке» для внедрения концепции эквивалентной высоты очистного пространства при выемке в изначальный процесс уплотнения, то есть, эквивалентная высота очистного пространства это высота после вычитания высоты уплотненного отвала на участке выработанного пространства из высоты груди забоя. После навалки породы смещение кровли пласта приводит к дополнительному уплотнению навала. Следовательно, обеспечение точности контроля рабочего коэффициента уплотнения отвала в определенном промежутке времени после навалки или даже во время нее представляет собой важную проблему для экологически безопасной навалки и добычи угольных ресурсов. Для эффективного усовершенствования производительности навалки и снижения оседания поверхности большое значение имеет разработка способа контроля рабочего коэффициента уплотнения отвала на участке выработанного пространства шахты и исследование способов эффективного заполнения этого участка.
Сущность изобретения
Цель настоящего изобретения: для устранения недостатков предыдущего уровня техники согласно настоящему изобретению предлагаются система и способ контроля рабочего коэффициента уплотнения отвала на участке выработанного пространства шахты, которые решают проблему, связанную с этим коэффициентом при твердой навалке и добыче, а также позволяют осуществлять не только контроль рабочего коэффициента уплотнения отвала, но также повышать эффективность навалки.
Техническое решение: для достижения вышеуказанной цели в настоящем изобретении применяется следующее техническое решение:
Система контроля рабочего коэффициента уплотнения отвала на участке выработанного пространства угольной шахты, включающая в себя систему обработки наземной информации, систему контроля наземного источника вибраций и наземную контрольную систему, которые располагаются на грунте, находящемся над отвалом, причем
система обработки наземной информации применяется для приема электрического сигнала от наземной контрольной системы и обработки электрического сигнала; при этом электрический сигнал преобразуется из отраженного волнового сигнала отвала, выдаваемого сейсмоприемником наземной контрольной системы; система обработки наземной информации дополнительно применяется для определения глубины, которой достигает сигнал, выданный управляемым источником вибраций, согласно угасанию энергии волны, и для вычисления рабочего коэффициента уплотнения отвала используется формула, в которой применяется разность между толщиной уплотненного отвала при начальном давлении, равном 2 МПа, и толщиной стабилизированного отвала;
наземная система контроля источника вибраций применяется для регулировки амплитуды вибраций источника вибраций на земле по глубине проверяемого отвала и передает стереосигнал, направленный от центра верхней поверхности управляемого источника вибраций, к отвалу на участке выработанного пространства шахты; и
Наземная контрольная система представлена сейсмоприемником и применяется для приема волн под сейсмоприемником, отраженных отвалами с разными степенями уплотнения с разных глубин и под разными углами. Также она применяется для преобразования отраженных волн в электрические сигналы и передачи этих сигналов на систему обработки наземной информации.
Кроме того, эффективная глубина угольного пласта, контроль которой может осуществлять сейсмоприемник, составляет 100-300 м, а максимальная эффективная ширина 3,5 м.
Также в диапазоне эффективных глубин по всему угольному пласту угол α между отраженной волной и горизонтальной плоскостью колеблется в диапазоне 30-90°.
Помимо этого, сейсмоприемники устанавливаются на грунте в точках, соответствующих отвалам; они устанавливаются по ходу простирания угольного пласта, формируя цепочку наземных точек контроля, настроенных на систему контроля источника вибраций, установленной над грудью забоя, и проходят с двух сторон от этой системы по простиранию пласта; сейсмоприемники распределены линейно и равномерно; а также с двух сторон через каждые 20 м устанавливается один сейсмоприемник.
Дополнительно система контроля источника вибраций передает сигнал от источника вибраций на отвал, расположенный в подземной части выработанного пространства шахты; наземная контрольная система принимает различные отраженные волновые сигналы в соответствии с разными показателями упругости отвалов с разной степенью уплотнения, преобразует переданный волновой сигнал в электрический сигнал и передает последний на систему обработки наземной информации с целью определения глубины, которой достигает сигнал от источника вибраций, вычисления толщины отвала, а также определения рабочего коэффициента уплотнения отвала на участке выработанного пространства шахты по изменению его толщины.
Способ контроля рабочего коэффициента уплотнения отвала на участке выработанного пространства угольной шахты, в частности, включающий в себя следующие этапы:
(1) определение толщины и высоты очистного пространства разрабатываемого угольного пласта и глубины залегания этого пласта до проведения проверки;
(2) определение точки на грунте, соответствующей отвалу на участке выработанного пространства шахты по отвалу, подлежащему проверке; установка одного сейсмоприемника через каждые 20 м при расстановке сейсмоприемников на простирании пласта так, чтобы угол α между отраженной волной и горизонтальной плоскостью колебался в диапазоне 30-90°; одновременно с этим, выполнение соответствующей расстановки систем обработки наземной информации, контроля источника вибраций и наземной контрольной системы на грунте;
(3) ударное воздействие на грунт посредством системы контроля источника вибраций после применения давления, равного 2 МПа, для уплотнения отвалов на участке выработанного пространства шахты, для генерирования вибрации и передачи сигнала, например, упругой сейсмоволны на отвалы с разной степенью уплотнения; прием наземной контрольной системой (3) отраженных волн от отвалов с разной степенью уплотнения, преобразование принятых волновых сигналов сейсмоприемниками в электрические сигналы, передача этих сигналов на систему обработки наземной информации для анализа, а также проверка высоты hi отвала после его первого уплотнения;
(4) последующий контроль толщины отвала до тех пор, пока она не перестанет изменяться, то есть, пока отвал не стабилизируется; и
1
2
1
2
1
(5) регистрация толщины отвала на участке выработанного пространства после начальной навалки в виде h, а также толщины стабилизированного отвала в виде h с последующим вычислением рабочего коэффициента уплотнения по формуле (h-h)/h.
Положительные эффекты: по настоящему изобретению предлагаются система и способ контроля рабочего коэффициента уплотнения отвала на участке выработанного пространства угольной шахты. В сравнении с предыдущим уровнем техники настоящее изобретение обладает следующими преимуществами: способ сочетает в себе экологически безопасную твердую навалку и способ добычи угля с использованием технологии геофизической разведки, и благодаря ему можно не только обеспечивать экологически чистую разработку в соответствии с принципом экологической безопасности, но также и контроль изменения толщины отвала при твердой навалке и добычи, за счет чего повышается эффективность твердой навалки и обеспечивается экологичность добычи. Способ по настоящему изобретению инновационный, и в него входят геофизическая разведка с использованием технологий твердой навалки и угледобычи, а также он обладает хорошими общими полезными эффектами.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 системная схема расположения системы и способа контроля рабочего коэффициента уплотнения отвала на участке выработанного пространства угольной шахты по настоящему изобретению.
Чертежи: 1. Система обработки наземной информации; 2. Система контроля источника вибраций; 3. Система контроля наземной информации (сейсмоприемник); 4. Отраженная волна; 5. Отвал
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Согласно настоящему изобретению раскрываются система и способ контроля рабочего коэффициента уплотнения отвала на участке выработанного пространства угольной шахты, в которых используется принцип геофизической разведки, применяются технологии разведки отвалов в угольных шахтах и угледобычи, осуществляется контроль рабочего коэффициента отвала на участке выработанного пространства угольной шахты в режиме реального времени, а также улучшается эффект при навалке и добычи в угольной шахте. Система преимущественно включает в себя систему обработки наземной информации, систему контроля источника вибраций, а также наземную контрольную систему. Система обработки информации, система контроля источника вибраций, а также наземная контрольная система расставляются на земле согласно глубине залегания отвала на участке выработанного пространства, причем система контроля источника вибраций выдает вибрацию определенной интенсивности, а также передает сигнал на отвал; наземная контрольная система принимает разные отраженные волны согласно разной упругости отвалов с разной степенью уплотнения; в итоге данные передаются на систему обработки информации для обработки; контроль отвала начинают с момента его навалки в выработанное пространство; с течением времени отвал постепенно уплотняется, и его контроль осуществляется до тех пор, пока толщина отвала не перестанет изменяться, то есть, пока он не стабилизируется; далее для вычисления рабочего коэффициента уплотнения отвала применяется специальная формула. Согласно настоящему изобретению предлагаются система и способ контроля рабочего коэффициента уплотнения отвала на участке выработанного пространства угольной шахты, а также осуществляется контроль изменения толщины отвала с одновременным повышением эффективности навалки и улучшением положительных эффектов.
Далее описание настоящего изобретения будет приводиться в сочетании с чертежами и вариантами осуществления.
На фиг. 1 представлены система и способ контроля рабочего коэффициента уплотнения отвала на участке выработанного пространства угольной шахты. Этот способ включает в себя: применение принципа геофизической разведки для передачи сигнала от источника вибраций на отвал в подземном участке выработанного пространства; определение глубины, которой достигает вибрационный сигнал, по принципу приема различных отраженных волновых сигналов при разных упругости и степенях уплотнения отвалов; определение толщины отвала; а также определение рабочего коэффициента уплотнения отвала на участке выработанного пространства по изменению толщины этого отвала.
Система контроля включает в себя систему обработки наземной информации 1, наземную систему контроля источника вибраций 2, а также систему контроля наземной информации 3.
система обработки наземной информации 1 применяется для приема электрического сигнала от наземной контрольной системы 3 и обработки электрического сигнала; при этом электрический сигнал преобразуется из отраженного волнового сигнала отвала 5, выдаваемого сейсмоприемником наземной контрольной системы 3; система обработки наземной информации дополнительно применяется для определения глубины, которой достигает сигнал, выданный управляемым источником вибраций, согласно угасанию энергии волны, и для вычисления рабочего коэффициента уплотнения отвала 5 используется формула, в которой применяется разность между толщиной уплотненного отвала 5 при начальном давлении, равном 2 МПа, и толщиной стабилизированного отвала 5;
наземная система контроля источника вибраций 2 применяется для регулировки амплитуды вибраций источника вибраций на земле по глубине проверяемого отвала 5 и передает стереосигнал, направленный от центра верхней поверхности управляемого источника вибраций, к отвалу 5 на участке выработанного пространства шахты. Когда наземная система контроля источника вибраций 2 передает вибрационную волну на отвал, по мере увеличения глубины залегания угольного пласта угол между отраженной волной от отвала и горизонтальной плоскостью увеличивается. В диапазоне эффективных глубин по всему угольному пласту угол α между отраженной волной и горизонтальной плоскостью колеблется в диапазоне 30-90°. Если наименьшая эффективная глубина залегания угольного пласта составляет 100 м, минимальный угол α отраженной волны составляет 30°; и если волна отражается по исходной траектории, угол α отраженной волны максимально составляет 90°.
Наземная система источника вибраций передает вибрационную волну на отвал; эта волна отражается от отвала и принимается сейсмоприемником.
Система контроля наземной информации 3 представлена сейсмоприемником и применяется для приема волн под сейсмоприемником, отраженных отвалами 5 с разными степенями уплотнения 4 с разных глубин и под разными углами, причем источник отраженных волн 4 определяется по разной плотности слоя скальных пород и отвала 5. Эффективная глубина угольного пласта, контроль которой может осуществлять сейсмоприемник, составляет 100-300 м, а максимальная эффективная толщина 3,5 м. Про мере увеличения глубины залегания угольного пласта, которая может быть проконтролирована, сигнал отраженной волны 4 постепенно затухает, и соответствующим образом точность данных контроля понижается. Способ контроля рабочего коэффициента уплотнения отвала на участке выработанного пространства угольной шахты по настоящему изобретению включает в себя следующие этапы:
(1) определение толщины и высоты очистного пространства разрабатываемого угольного пласта и глубины залегания этого пласта до проведения проверки;
(2) определение точки на грунте, соответствующей отвалу 5 на участке выработанного пространства шахты, по отвалу 5, подлежащему проверке; установка одного сейсмоприемника через каждые 20 м при расстановке сейсмоприемников на простирании пласта так, чтобы угол α между отраженной волной и горизонтальной плоскостью колебался в диапазоне 30-90°; одновременно с этим, выполнение соответствующей расстановки систем обработки наземной информации 1, контроля источника вибраций 2 и наземной контрольной системы 3 на грунте;
(3) ударное воздействие на грунт посредством системы контроля источника вибраций 2 после применения давления, равного 2 МПа, для уплотнения отвалов на участке выработанного пространства шахты, для генерирования вибрации и передачи сигнала, например, упругой сейсмоволны на отвалы с разной степенью уплотнения; прием наземной контрольной системой 3 отраженных волн от отвалов с разной степенью уплотнения, преобразование принятых волновых сигналов сейсмоприемниками в электрические сигналы, передача этих сигналов на систему обработки наземной информации 1 для анализа, а также проверка высоты hi отвала после его первого уплотнения;
(4) последующий контроль толщины отвала до тех пор, пока она не перестанет изменяться, то есть, пока отвал не стабилизируется; и
1
2
1
2
1
(5) регистрация толщины отвала на участке выработанного пространства после начальной навалки в виде h, а также толщины стабилизированного отвала в виде h с последующим вычислением рабочего коэффициента уплотнения по формуле (h-h)/h.
Способ контроля рабочего коэффициента уплотнения отвала на участке выработанного пространства угольной шахты, отличающийся тем, что система обработки наземной информации 1, наземная система контроля источника вибраций 2 и наземная контрольная система 3 объединены для осуществления контроля рабочего коэффициента уплотнения отвала после навалки на участке выработанного пространства.
Вариант осуществления
На некоторых участках добычи имеются плотные сети железных дорог и зданий. В 200 м выше точки расположения разрабатываемого угольного пласта находится участок транспортной железной дороги, а также над основным угольным пластом располагается ремонтно-механический цех. Следовательно, большое количество угля залегает под подземным водным резервуаром, зданием или железной дорогой, и ведение разработки под ними неизбежно. Грудь забоя 121101 шахты располагается под транспортной железной дорогой, и на ней применяется способ твердой навалки при угледобыче. Глубина залегания угольного пласта на груди забоя составляет 270 м, толщина разрабатываемого угольного пласта 3,05 м, и угол наклона пласта 10°. При навалке и разработке груди забоя 121101 для расстановки системы контроля вибрационного источника используется принцип геофизической разведки, а также расположение системы контроля информации и системы обработки информации над отвалом. По простиранию угольного пласта расположены сейсмоприемники. С каждой стороны устанавливаются 25 сейсмоприемников - по одному через каждые 20 м. Всего устанавливаются 50 сейсмоприемников.
При этом в течение всего процесса навалки и разработки груди забоя 121101 контроль начинают осуществлять с самого начала навалки до тех пор, пока толщина отвала не перестанет изменяться, то есть, не станет стабильной под воздействием вышележащего пласта. Данные контроля приведены в следующей таблице:
В течение всего процесса навалки и разработки груди забоя 121101 изменение толщины отвала на участке выработанного пространства контролируется в режиме реального времени. После полной навалки и выработки угольного шва, когда отвал стабилен, показатель рабочего коэффициента уплотнения k при контроле составляет 0,067. После навалки и разработки груди забоя по-прежнему может стандартным способом использоваться транспортная железная дорога в районе шахты. Таким образом, с помощью способа контроля рабочего коэффициента уплотнения отвала на участке выработанного пространства угольной шахты можно осуществлять контроль не только изменения толщины отвала, но также повышать эффективность навалки и улучшать положительные эффекты.
Вышеприведенное описание относится исключительно к предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что специалистом в этой области техники могут быть внесены множественные усовершенствования и модификации без отступления от принципа настоящего изобретения. Эти усовершенствования и модификации следует рассматривать как часть объема правовой охраны настоящего изобретения.