Изменить парадигму прогноза газодинамических явлений
Методи прогнозу та попередження газодинамічних явищ необхідно узгодити з можливостями спостережень стану масиву, що оточує очисний або підготовчий вибій. Methods of predicting and preventing gas-dynamic phenomena need to be brought into accordance with capabilities for monitoring the state of rocks...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2013
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57230 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Изменить парадигму прогноза газодинамических явлений / Б.М. Деглин // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 1. — С. 361-368. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859789852073000960 |
|---|---|
| author | Деглин, Б.М. |
| author_facet | Деглин, Б.М. |
| citation_txt | Изменить парадигму прогноза газодинамических явлений / Б.М. Деглин // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 1. — С. 361-368. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| description | Методи прогнозу та попередження газодинамічних явищ необхідно узгодити з можливостями спостережень стану масиву, що оточує очисний або підготовчий вибій.
Methods of predicting and preventing gas-dynamic phenomena need to be brought into accordance with capabilities for monitoring the state of rocks enclosing breakage or development face.
|
| first_indexed | 2025-12-02T11:17:11Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
361
УДК 622.83
ИЗМЕНИТЬ ПАРАДИГМУ ПРОГНОЗА
ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
Деглин Б. М.
(Донбасский научно-исследовательский и проектно-
конструкторский угольный институт, г. Горловка, Украина)
Методи прогнозу та попередження газодинамічних явищ
необхідно узгодити з можливостями спостережень стану маси-
ву, що оточує очисний або підготовчий вибій.
Methods of predicting and preventing gas-dynamic phenomena
need to be brought into accordance with capabilities for monitoring
the state of rocks enclosing breakage or development face.
Термин «газодинамические явления» (ГДЯ) обозначает не
запланированные технологией ведения горных работ лавинооб-
разные разрушения призабойной части угольного (породного)
массива. ГДЯ происходят, как правило, при выполнении техно-
логических операций в забое, однако движущими силами высту-
пают совместное влияние горного давления, физико-
механические и физико-химические свойства массива, давление
содержащегося в нем газа. Некоторая часть ГДЯ происходит
вследствие провоцирующей силы гравитации (ГДЯ, спровоциро-
ванные обрушением нависающей части массива).
Термин «прогнозирование» предполагает наличие опреде-
ленных процедур, позволяющих на основе измеряемых парамет-
ров охарактеризовать развитие ситуации опасной по ГДЯ во вре-
мени и в пространстве окружающем горную выработку.
Естественнонаучной основой прогнозов является зависи-
мость текущих и предсказываемых значений измеряемых пара-
метров от предыстории.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
362
До сих пор господствует представление о том, что в горном
массиве природой заложены зоны, опасные по ГДЯ и задачей
прогноза является обнаружение этих зон. Иными словами, при-
рода опасности проста, но существует сложность своевременного
определения опасности. Тем не менее, при расследовании аварий
в горных выработках нередко указывают на необычное сочетание
разных факторов, приведших к ГДЯ.
В противовес этому представлению в последние десятиле-
тия развивается взгляд на земную кору в целом и на сравнительно
малые области этой коры вовлеченной в хозяйственную деятель-
ность человека, как на сложные системы, обладающие свойством
самоорганизованной критичности [1]. При этом под самооргани-
зованной критичностью понимают свойство сложных систем
эволюционировать к критическим состояниям, в которых малое
воздействие на систему может привести к катастрофе.
Понятно, что в условиях ведения горных работ на пластах,
склонных к ГДЯ мы должны стремиться к непрерывному наблю-
дению всех стадий этой эволюции с помощью соответствующих
технических средств. Достаточный объем предварительных
наблюдений открывает принципиальную возможность для крат-
косрочного и среднесрочного прогнозирования состояния уголь-
ного пласта, склонного к ГДЯ.
ГДЯ представляют собой семейство аварий, которые проис-
ходят по различным сценариям. Специалисты имеют устойчивое
мнение о том, что эти сценарии обусловлены различным соотно-
шением факторов, обуславливающих развязывание газодинами-
ческих явлений в конкретных условиях. Однако инструменталь-
ные описания этих факторов в ходе эволюции аварийного участка
к катастрофе отсутствуют. Некоторым исключением из этого
утверждения являются сейсмоакустические наблюдения подго-
товки и развязывания ГДЯ. Именно из них получены оценки дли-
тельности различных ГДЯ и утверждения о том, что ГДЯ начина-
ется лавинообразным нарастанием количества импульсов акусти-
ческой эмиссии (АЭ), переходящим в сплошной процесс разру-
шения. Принимая во внимание, что АЭ только опосредует аку-
стическим сопровождением процесс подготовки и развязывания
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
363
ГДЯ можно утверждать, что эволюция массива от подготовки до
развязывания ГДЯ результатами измерений не описана.
Огромное количество лабораторных экспериментов по мо-
делированию различных процессов, сопровождающих подготов-
ку, развязывание и протекание ГДЯ имеют важное мировоззрен-
ческое значение для исследователей ГДЯ. Однако ни один из
этих экспериментов не имеет метрологически точного доказа-
тельства соответствия материалов (образцов угля, породы), ис-
следуемых в лаборатории этим же материалам в условиях их
естественного залегания. Между тем, хорошо известно, что уже
после внезапных выбросов продолжается саморазрушение чешу-
ек песчаника и частичек угля под действием внутренних напря-
жений материала, который миллионы лет находился в условиях
всестороннего сжатия. За небольшое время материал проб взятых
в месте аварий претерпевает необратимые структурные измене-
ния и в лабораторных опытах может быть использован при нали-
чии доказательств соответствия пробы условиям естественного
залегания. Если не провести корректного с точки зрения метроло-
гических требований сопоставления свойств образцов выбросо-
опасных угля и песчаника с их же свойствами в «материнском»
состоянии, то следует считать эти опыты не позволяющими
обосновать количественные критерии для уверенного различения
разных сценариев образования опасности и, соответственно, для
классификации ГДЯ, разработки и проведения целенаправленных
профилактических мероприятий.
В нормативных источниках [2, 3] описаны более десятка
разновидностей проявлений газодинамической активности
угольных пластов, однако практически полностью отсутствуют
количественные критерии для комплексов параметров, характе-
ризующих видовые отличия между различными ГДЯ. Без количе-
ственных критериев и операционного описания способов измере-
ния этих комплексов вся классификация имеет не более чем
предположительный вид. С одними только вербальными описа-
ниями различных сценариев ГДЯ мы создаем неразрешимые про-
блемы экспертам и ученым (они обязаны принимать решения на
основе анализа количественных данных) и горнякам потому, что
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
364
они всегда будут виновными в том, что что-то делали «не так»
перед аварией.
Совершенно очевидно, что если в различных сценариях об-
разования в забое ситуаций опасных по ГДЯ участвуют комплек-
сы свойств, взаимодействующих в разных соотношениях между
собой, то необходимое и достаточное условие прогнозирования
опасных состояний такого забоя заключается в том, чтобы посто-
янно измерять все указанные выше свойства. С точки зрения гор-
ного производства такие измерения представляются абсолютной
научно-технической утопией, ибо добыча угля и ведение подго-
товительных работ на пластах, склонных к ГДЯ будут полностью
парализованы необходимостью выполнять измерения комплексов
свойств и поддерживать технические средства измерений в рабо-
чем состоянии.
Само собой, трудности анализа сложной системы, упомяну-
тые выше, также остаются и в случае исправной работы такой
гипотетической системы контроля.
ВЫВОД 1. Мы сегодня так же далеки от прогноза внезап-
ных выбросов, как и сто лет тому назад, еще дальше мы от про-
гнозирования многих разновидностей ГДЯ по [2, 3].
Выход из этой «тупиковой ситуации» есть. Во-первых, надо
помнить, что на шахтах добывают уголь, а не ГДЯ. Шахтеры
всеми силами стараются избежать газодинамических явлений,
несущих только проблемы. Во-вторых, целью деятельности шах-
ты является повышение эффективности ведения горных работ без
снижения безопасности горняков. Поэтому необходимо прогно-
зировать безопасные состояния массива [4]. Именно такая по-
становка задачи имеет техническое и организационное решение.
Техническое решение обеспечено тем, что: а) если хотя бы одно
из необходимых и достаточных условий формирования опасной
ситуации не выполнено – ситуацию нельзя считать опасной; б)
безопасные ситуации можно прогнозировать по одному измеряе-
мому параметру, если эти измерения соответствуют определен-
ным требованиям. Организационное решение заключается в том,
что если оснований для прогноза «безопасная ситуация» на осно-
ве мониторинговых измерений нет, необходимо ввести промежу-
точную степень оценки опасности – «угрожаемая ситуация» и
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
365
уточнить степень опасности по месту с помощью дополнитель-
ных обследований имеющимися средствами по действующим ме-
тодикам.
Самое важное заключается в том, что наша сложная система
«не всегда сложная». Оказывается, большую часть времени ее
«составные части» не вполне связаны и не могут образовать си-
туации «опасно».
Чтобы обосновать такое утверждение обратимся к времен-
ному ряду вызванной акустической эмиссии (АЭ) (рис. 1).
Рис. 1. Исходный временной ряд вызванной АЭ
Мы видим примерно периодические увеличения и уменьше-
ния скорости следования импульсов АЭ, которые отождествля-
ются с периодическими нарастаниями и спадами скорости де-
формаций массива в окрестности места установки датчика АЭ.
Поскольку именно горное давление модулирует все процессы в
призабойной части пласта, постольку временные ряды АЭ ин-
формативны при прогнозировании состояния угольных пластов,
склонных к ГДЯ.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
366
Попытаемся оценить на основе этого временного ряда воз-
можность прогноза горного давления в окрестности датчика АЭ.
Нас интересует, можно ли по части этого ряда предсказать его
последующие значения? Соответствующий математический ап-
парат создан английским гидрологом Хёрстом [5]. Он ввел в обо-
рот термин «персистентность» и соответствующий показатель,
получивший его имя, которые оценивают наличие «памяти» у
экспериментальных данных, т.е. способность данных отражать
тенденции (возможно, даже скрытые). Вычисляя показатель Хёр-
ста для ряда экспериментальных данных, мы можем получить от-
вет на вопрос об общих свойствах этих данных: если показатель
Хёрста меньше 0,5 – эти данные представляют собой поток «ан-
типерсистентных» отсчетов – с течением времени отдельные зна-
чения экспериментальных данных «уничтожают тенденцию»,
наметившуюся в предыдущих значениях. Если показатель Хёрста
равен 0,5 – то изучаемые данные представляют собой поток слу-
чайных значений. И, наконец, если показатель больше 0,5, то мы
имеем устойчивую тенденцию изменения измеряемой величины.
Основное различие между трактовкой временного ряда АЭ по из-
вестной методике и с помощью показателя Хёрста заключается в
том, что этот показатель дает численную оценку надежности
тренда. Для коротких отрезков временных рядов методика расче-
тов показателя Хёрста модифицирована [6], оказывается, что по-
роги персистентности и антиперсистентности зависят от объема
выборки. Определим на скользящих интервалах различной дли-
ны показатель Хёрста для исходного временного ряда и оценим
ту долю временного ряда, которая свидетельствует о закономер-
ном поведении наблюденных данных.
Результаты вычислений представлены на рисунке 2. Как
следует из этих вычислений, при длительности окна анализа 12
часов, персистентностью обладает в среднем не более 17 % дан-
ных. Остальная часть данных не обладает трендовостью, т.е. со-
ответствует не систематическому, а спорадическому процессу ге-
нерации импульсов АЭ и таким образом означает скорее дисси-
пацию энергии, чем ее накопление в массиве горных пород. Если
вспомнить, что ровно половина персистентных данных относится
к закономерным спадам напряжений, получаем оценку потенциа-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
367
ла прогноза безопасных зон методом вызванной АЭ – это при-
мерно 90÷92 % общего подвигания забоев против среднестати-
стических 70–80 % по применяемым методикам.
Рис. 2. Временной ряд показателя персистентности исход-
ных данных. Окно анализа 12 часов
ВЫВОД 2. Прогнозирование зон, безопасных по проявле-
ния газодинамической активности, открывает путь совершен-
ствования технических средств и методов прогнозирования и
позволит повысить эффективность ведения горных работ без
снижения безопасности горняков.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Г. Г. Малинецкий, С. П. Курдюмов. Нелинейная динамика и
проблемы прогноза. Вестник Российской академии наук, том
71, № 3, С. 210––232.
2. Правила ведения горных работ на пластах, склонных к газо-
динамическим явлениям. СОУ 10.1.00174088.011-2005, Ми-
нуглепром Украины, Киев, 2005.
3. Изменения к стандарту Минуглепрома «Правила ведения го-
рных работ на пластах, склонных к газодинамическим явле-
ниям». СОУ 10.1.00174088.011-2005, Минуглепром Украины,
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина I), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part I), 2013
368
Киев, 2005. Введены приказом Министерства энергетики и
угольной промышленности № 868 от 23.11.2011.
4. Деглин Б. М., Канин В. А., Лунев С. Г. О текущем прогнозе
выбросоопасности. Уголь Украины, № 7, 2002. –– С. 27––30.
5. Mandelbrot B. B. Long-Run Linearity, Locally Gaussian Process-
es, H-Spectra and Infinite Variances.// International Economic
Review, –– 1969. –– Vol. 10. –– P. 82––113.
6. Э. Найман. Расчет показателя Херста с целью выявления тре-
ндовости (персистентности) финансовых рынков и макроэко-
номических индикаторов. http://naymanerik.livejournal.сom
/84706.html.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-57230 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T11:17:11Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Деглин, Б.М. 2014-03-05T07:59:34Z 2014-03-05T07:59:34Z 2013 Изменить парадигму прогноза газодинамических явлений / Б.М. Деглин // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 1. — С. 361-368. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57230 622.83 Методи прогнозу та попередження газодинамічних явищ необхідно узгодити з можливостями спостережень стану масиву, що оточує очисний або підготовчий вибій. Methods of predicting and preventing gas-dynamic phenomena need to be brought into accordance with capabilities for monitoring the state of rocks enclosing breakage or development face. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України Изменить парадигму прогноза газодинамических явлений To Change Gas-Dynamic Phenomena Prediction Paradigm Article published earlier |
| spellingShingle | Изменить парадигму прогноза газодинамических явлений Деглин, Б.М. |
| title | Изменить парадигму прогноза газодинамических явлений |
| title_alt | To Change Gas-Dynamic Phenomena Prediction Paradigm |
| title_full | Изменить парадигму прогноза газодинамических явлений |
| title_fullStr | Изменить парадигму прогноза газодинамических явлений |
| title_full_unstemmed | Изменить парадигму прогноза газодинамических явлений |
| title_short | Изменить парадигму прогноза газодинамических явлений |
| title_sort | изменить парадигму прогноза газодинамических явлений |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57230 |
| work_keys_str_mv | AT deglinbm izmenitʹparadigmuprognozagazodinamičeskihâvlenii AT deglinbm tochangegasdynamicphenomenapredictionparadigm |