К вопросу создания метода мониторинга углепородных массивов
Проаналізовано головні недоліки, які притаманні сучасним видам моніторінгу стану вуглепородного масиву. Запропоновано, як найбільш ефективний, адаптивний метод впливу на вуглепородний масив для виконання моніторингу його стану. The main downsides intrinsic to state-of-the-art monitoring of coal-rock...
Saved in:
| Published in: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2011
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99726 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | К вопросу создания метода мониторинга углепородных массивов / Б.М. Кенжин, Ю.М. Смирнов, С.С. Саттаров // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 29-37. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859818558873141248 |
|---|---|
| author | Кенжин, Б.М. Смирнов, Ю.М. Саттаров, С.С. |
| author_facet | Кенжин, Б.М. Смирнов, Ю.М. Саттаров, С.С. |
| citation_txt | К вопросу создания метода мониторинга углепородных массивов / Б.М. Кенжин, Ю.М. Смирнов, С.С. Саттаров // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 29-37. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| description | Проаналізовано головні недоліки, які притаманні сучасним видам моніторінгу стану вуглепородного масиву. Запропоновано, як найбільш ефективний, адаптивний метод впливу на вуглепородний масив для виконання моніторингу його стану.
The main downsides intrinsic to state-of-the-art monitoring of coal-rock mass conditions are analyzed. Adaptive method as the most efficient one for the influence on coal-rock mass to conduct monitoring of its conditions is proposed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:23:49Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
29
УДК 622.232.32
К ВОПРОСУ СОЗДАНИЯ МЕТОДА МОНИТОРИНГА
УГЛЕПОРОДНЫХ МАССИВОВ
Кенжин Б. М.
(Карагандинский машиностроительный консорциум,
г. Караганда, Казахстан)
Смирнов Ю. М.
(Карагандинский государственный технический университет,
г. Караганда, Казахстан)
Саттаров С. С.
(ТОО «Объединенная химическая компания», г. Астана,
Казахстан)
Проаналізовано головні недоліки, які притаманні сучасним
видам моніторінгу стану вуглепородного масиву. Запропоновано,
як найбільш ефективний, адаптивний метод впливу на вуглепо-
родний масив для виконання моніторингу його стану.
The main downsides intrinsic to state-of-the-art monitoring of
coal-rock mass conditions are analyzed. Adaptive method as the most
efficient one for the influence on coal-rock mass to conduct monitor-
ing of its conditions is proposed.
В научно-технических публикациях последних лет, посвя-
щенных решению проблемы совершенствования методов и
средств мониторинга состояния углепородного массива, отмеча-
ется настоятельная необходимость принципиально нового подхо-
да к этой проблеме. В силу этого авторами предлагается адаптив-
ный метод мониторинга. Его основная идея – непрерывное воз-
буждение в каждой точке забоя вибрационно-сейсмических сиг-
налов с заданными или меняющимися по определенной програм-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
30
ме параметрами с одновременной регистрацией отраженных от
углепородного массива сигналов.
Для создания такого метода необходимо сформулировать тре-
бования, проанализировать имеющиеся к настоящему времени
предпосылки к их реализации. Этому должен предшествовать ана-
литический анализ существующих методов. Проблема обнаруже-
ния тектонических нарушений угольных пластов связана, в первую
очередь, с безопасностью проведения добычных работ и уровнем
их эффективности. Для выявления степени эффективности каждого
из методов и уровня применимости для определенных эксплуата-
ционных условий произведем их классификацию (рис. 1).
Поскольку тектонические нарушения находятся в глубине
угольного пласта на достаточном удалении от забоя и не доступны
для визуального наблюдения, в основе всех методов лежит процесс
возбуждения направленных волн в массиве (сейсмических или аку-
стических). Проведенный анализ показывает, что все методы мож-
но подразделить по способу воздействия на объект. При этом раз-
личают сейсмические, акустические и вибросейсмические.
Сейсмические – возбуждение сейсмических нагрузок в пла-
сте, которые характеризуются хаотически изменяющимися пока-
зателями (амплитудой силы, формой импульса, длительностью и
т.д.). К преимуществам таких методов можно отнести простоту
реализации. Однако, для расшифровки и обработки результатов
зондирования требуется сложная аппаратура, высокая квалифи-
кация работников и значительные затраты времени.
Вибросейсмические методы для своей реализации требуют,
в обязательном порядке, вибрационные устройства или механиз-
мы, позволяющие генерировать и передавать на забой механиче-
ские колебания требуемой формы импульса, частоты и скважно-
сти. По виду используемой энергии вибраторы могут быть элек-
тромеханическими, гидромеханическими, комбинированными.
В основе действия электромеханических вибраторов лежит
преобразование вращательного движения электродвигателя в
возвратно-поступательное движение толкателя. При таком пре-
образовании происходит потеря энергии и, что особенно важно,
искажение управляющего воздействия на пласт. Это обстоятель-
ство значительно снижает эффективность их использования.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
31
Ри
с.
1
. К
ла
сс
иф
ик
ац
ия
м
ет
од
ов
о
бн
ар
уж
ен
ия
т
ек
то
ни
че
ск
их
н
ар
уш
ен
ий
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
32
Гидромеханические вибрационные устройства преобразуют
поток жидкости определенного давления в возвратно-
поступательное движение толкателя. При использовании объем-
ного гидравлического привода потери энергии на преобразование
минимальны, а искажение заданного импульса практически не
наблюдается.
Комбинированные методы имеют в своей основе отмечен-
ные выше составные элементы, присущие сейсмическим и виб-
рационным. Комбинация вызвана необходимостью усовершен-
ствования системы согласования «источник-массив» для более
качественной обработки результатов зондирования и их интер-
претации.
Для создания адаптивного метода зондирования особое
внимание заслуживает классификация по технологии воздействия
на углепородный массив. Здесь могут быть выделены:
– единичные, предполагающие разовое воздействие на мас-
сив с последующей регистрацией и обработкой результатов. К
ним относятся взрывчатые, частотно-акустические;
– чередуемые, основанные на следовании, с некоторым ин-
тервалом времени, силового воздействия, накоплении энергии,
закачиваемой в массив, и информации о его нарушениях. Это
акустические методы;
– периодически повторяемые, в основе которых лежит гар-
моническое с заданной частотой и амплитудой воздействие на
пласт. Форма импульса, частота и скважность в течение одного
сеанса при этом не меняется, но в других сеансах характеристи-
ки воздействия могут меняться. Отмеченным свойством облада-
ют только вибросейсмические методы.
Последним признаком классификации могут быть – «усло-
вия применения». Этот признак предполагает три разновидности:
– поверхностный метод, используемый при проведении ра-
бот с поверхности. Его можно квалифицировать как сейсмиче-
ский, взрывной, единичный. При этом возбужденные волны зака-
чиваются в массив, как в продольном, так и в поперечном
направлениях. Метод может быть рекомендован для мониторин-
га пластов, залегающих на сравнительно малой глубине;
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
33
– скважинный метод применятся при проведении монито-
ринга из скважины, как в вертикальном, так и в наклонном поло-
жении. Возбуждение волн происходит в два полупространства,
как в продольном, так и в поперечном направлениях. Наиболее
эффективен этот метод при зондировании крутопадающих пла-
стов;
– глубинный (шахтный) метод основан на расположении ис-
точника на заданной глубине в существующей горной выработке.
Возбуждение сигналов производится в два полупространства как
в продольном, так и в поперечном направлениях. Этот метод яв-
ляется универсальным, он может быть применим не только для
мониторинга тектонического состояния угольно-породных пла-
стов, но и для проведения технологических процессов, связанных
с глубинным просвечиванием Земли. В дополнение к вышепере-
численным методам своевременный прогноз геологической
нарушенности позволяет решать ряд важных задач:
– увеличить или стабилизировать добычу угля при отработ-
ке выявленных нарушений участков шахтного поля в результате
оптимизации производственной программы (планирования гор-
ных работ);
– повысить производительность труда шахтеров вследствие
сокращения потерь рабочего времени и простоев оборудования
(создание оперативных резервов мощности);
– повысить качество добываемого угля;
– снизить непроизводительные расходы, связанные с прове-
дением бросовых горных выработок, оплатой сверхурочных ра-
бот, штрафов и т.д., а также учесть прочие факторы производ-
ственно-хозяйственной деятельности, не поддающиеся количе-
ственному определению (повышение качества управления и при-
нятия решений, улучшение организации труда и т.п.).
В настоящее время существует ряд методов прогнозирова-
ния состояния горного массива, основанных на его сейсмическом
просвечивании. Анализ этих методов показывает, что им прису-
щи некоторые недостатки, снижающие в значительной мере
надежность прогнозирования. Это обусловлено неоднородностью
физико-механических свойств массива, как по площади забоя, так
и по глубине. Отражение сейсмических волн при этом осуществ-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
34
ляется с разной интенсивностью и со значительными погрешно-
стями при их регистрации.
Исходя из отмеченного, на первый план, как с научной, так
и с практической точки зрения выходит разработка метода про-
гнозирования на базе новых способов и средств возбуждения
сейсмических сигналов в угольном пласте. При этом следует
иметь ввиду, что для повышения эффективности процесса про-
свечивания массива необходимо:
– производить обработку угольного пласта сейсмическими
импульсами по всей площади очистного забоя;
– в качестве средств возбуждения импульсов использовать
вибрационные и пульсационные механизмы, реализующие неод-
нократно и периодически повторяющиеся во времени сигналы;
– обеспечить различные формы импульсов, плавное и неза-
висимое изменение амплитуды, частоты и скважности импуль-
сов.
Наиболее полно отвечают требованиям создания силового
воздействия на объект гидравлические вибрационные машины,
отличающиеся от других типов конструктивной простотой,
меньшими габаритами и повышенными силовыми показателями.
Более того, они способны генерировать как вибрационную, так и
пульсационную нагрузки.
Анализ гидравлических вибрационных источников, их
внутренних параметров и выходных показателей, а также учет
требований, предъявляемых к средствам реализации адаптивного
метода воздействия на углепородный массив, позволили синтези-
ровать принципиальную и конструктивную схемы вибрационно-
сейсмического модуля.
Схема модуля представлена на рисунке 2. Она включает в
себя базовую машину I – это проходческая или выемочная маши-
на, оснащенная объемным гидравлическим приводом, силовой
блок II, гидравлический блок управления силовым блоком III и
электронный блок управления и регистрации IV.
Гидравлический блок управления также располагается на
базовой машине на рабочем месте оператора. Он включает руч-
ной трехпозиционный гидравлический распределитель 6, питаю-
щийся от объемного гидравлического привода, и электронно-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
35
гидравлический распределитель 7, получающий управляющие
сигналы от электронного блока управления и регистрации.
I – базовая машина, II – силовой блок, III – гидравлический
блок управления, IV – электронный блок управления и регистра-
ции.
1 – силовой гидравлический цилиндр; 2 – камера прямого
хода; 3 – камера обратного хода; 4 – плита; 5 – датчик положе-
ния; 6 – гидравлический распределитель; 7 – электронно-
гидравлический распределитель.
Рис. 2. Принципиальная схема вибрационно-сейсмического
модуля
Силовой блок вмонтирован непосредственно в стрелу ком-
байна и имеет силовой гидравлический цилиндр 1 с рабочими
камерами прямого 2 и обратного 3 хода. На штоке гидроцилиндра
установлен рабочий инструмент в виде опорной плиты 4, осна-
щенный датчиком положения 5. Блок предназначен для генери-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
36
рования и передачи массиву искусственных механических коле-
баний с изменяющимися амплитудой, частотой, скважностью и
формой импульса.
Блок предназначен для перераспределения потока жидкости
между рабочими камерами силового блока и придания штоку
совместно с исполнительным органом, контактирующим с забо-
ем, заданного закона искусственных колебаний.
Электронный блок управления и регистрации IV состоит из
программатора, работающего по заранее составленной програм-
ме, сигналы от которого поступают в генератор импульсов и ре-
гистратор. Генератор преобразует электронные импульсы от про-
грамматора в электрические и подает их на электронный усили-
тель. От усилителя сигналы поступают на электрический вход
электронно-гидравлического распределителя, который преобра-
зует сигналы в гидравлические и перераспределяет поток жидко-
сти от источника гидравлической энергии между рабочими каме-
рами исполнительного органа.
С другой стороны сигнал от датчика положения 5 подается
на вход навигатора, где устанавливается текущее положение ис-
полнительного органа по отношению к заранее выбранной трех-
мерной системе отсчета. Электронные сигналы от навигатора и
программатора передаются в регистратор, где происходит согла-
сование отрабатываемых программатором сигналов с получен-
ными геофонами отраженных сигналов и одновременная привяз-
ка их к системе отсчета. Сигналы от регистратора передаются на
дешифратор, откуда подаются на записывающее устройство.
В соответствии с изложенным, синтезированная схема рабо-
тает следующим образом. При включении ручного гидравличе-
ского распределителя 6 в крайнее правое положение рабочая
жидкость от источника гидравлической энергии по напорному
трубопроводу поступает в поршневую камеру 2 гидроцилиндра,
из штоковой камеры жидкость удаляется в сливной трубопровод,
таким образом, режущий инструмент внедряется в массив и про-
исходит его разрушение с одновременным перемещением ин-
струмента по площади забоя. При включении программатора
сигналы через генератор импульсов и усилитель поступают в
электрогидравлический распределитель, который производит пе-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011
37
рераспределение давления рабочей жидкости между рабочими
камерами гидроцилиндра в соответствии с заданной программой.
Согласно этого на режущей кромке рабочего органа генерируют-
ся механические колебания, которые распространяются в массив
и отражаются в нем от различного рода нарушений. Отраженные
сигналы регистрируются геофонами, расположенными в масси-
ве. Сигналы, поступающие в регистратор от навигатора, про-
грамматора и геофонов, сопоставляются, регистрируются их ис-
кажения в каждой точке массива, дешифруются и передаются на
запись [1, 2].
Оператор, наблюдающий за ходом технологического про-
цесса, отмечает искажения и принимает решение по дальнейшей
обработке забоя.
Таким образом, использование в схеме электронного блока
управления и регистрации, силового блока и гидравлического
блока управления позволяет генерировать вибрационно-
сейсмическое воздействие на массив в соответствии с заданной
программой, оперативно изменять ее при изменении условий за-
легания массива, осуществлять мониторинг за состоянием масси-
ва и принимать по осуществлению основного технологического
цикла.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Смирнов Ю.М. Анализ выходных показателей гидравличе-
ского виброисточника // Известия вузов. Горный журнал. –
1988. – № 6. – С. 91 – 95.
2. Смирнов Ю.М., Кенжин Б.М. Гидравлический вибрационно-
сейсмический модуль // Горный журнал Казахстана, 2009 г. –
№ 5. – С. 20 – 22.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99726 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:23:49Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кенжин, Б.М. Смирнов, Ю.М. Саттаров, С.С. 2016-05-02T14:49:19Z 2016-05-02T14:49:19Z 2011 К вопросу создания метода мониторинга углепородных массивов / Б.М. Кенжин, Ю.М. Смирнов, С.С. Саттаров // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 29-37. — Бібліогр.: 2 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99726 622.232.32 Проаналізовано головні недоліки, які притаманні сучасним видам моніторінгу стану вуглепородного масиву. Запропоновано, як найбільш ефективний, адаптивний метод впливу на вуглепородний масив для виконання моніторингу його стану. The main downsides intrinsic to state-of-the-art monitoring of coal-rock mass conditions are analyzed. Adaptive method as the most efficient one for the influence on coal-rock mass to conduct monitoring of its conditions is proposed. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Наукові праці УкрНДМІ НАН України К вопросу создания метода мониторинга углепородных массивов Article published earlier |
| spellingShingle | К вопросу создания метода мониторинга углепородных массивов Кенжин, Б.М. Смирнов, Ю.М. Саттаров, С.С. |
| title | К вопросу создания метода мониторинга углепородных массивов |
| title_full | К вопросу создания метода мониторинга углепородных массивов |
| title_fullStr | К вопросу создания метода мониторинга углепородных массивов |
| title_full_unstemmed | К вопросу создания метода мониторинга углепородных массивов |
| title_short | К вопросу создания метода мониторинга углепородных массивов |
| title_sort | к вопросу создания метода мониторинга углепородных массивов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99726 |
| work_keys_str_mv | AT kenžinbm kvoprosusozdaniâmetodamonitoringaugleporodnyhmassivov AT smirnovûm kvoprosusozdaniâmetodamonitoringaugleporodnyhmassivov AT sattarovss kvoprosusozdaniâmetodamonitoringaugleporodnyhmassivov |