РАЗДЕЛ 2
Физические предпосылки использования акустических колебаний в качестве
инструмента определения степени напряженности нетронутой области горного
массива
2.1. Исследования динамики напряженного состояния в призабойной области пласта
Выводы, сделанные в разделе 1, подтверждают актуальность выделения из общей
проблемы борьбы с внезапными выбросами угля и газа задачу распознавания зон
повышенной напряженности призабойной области угольного пласта и определяют
метод решения задачи путем использования принципа "лоцирования" этой зоны
искусственно сформированным акустическим сигналом. Принципиальным отличием
этого метода от существующих, основанных на анализе естественных акустических
сигналов, возбужденных в массиве процессами трещинообразования, является
образование временного интервала между процессом нарастания напряженности и
конечной стадией его реализации – развитием трещины.
При этом "лоцирование" зоны создает принципиальную возможность построения
прогноза с одной стороны, и наблюдения картины развития процесса с другой за
счет наличия априорной информации об источнике возмущения (возбужденного
сигнала). Следует заметить, что, во-первых, нарастание напряженности не
обязательно может завершиться образованием трещин [75], во-вторых, если это и
произойдет, то возможен и вариант лавинообразного трещинообразования с
высвобождением заключенного в угле газа, то есть внезапного выброса [76,77].
Наблюдения за процессом нарастания напряженности дадут возможность предсказания
последующего хода развития события [62,78].
Наблюдения за изменением шумности при ведении прогноза по естественной
акустической эмиссии горного массива лишают такой возможности в принципе,
поскольку формированию каждого акта возбуждения упругого импульса обязательно
должен предшествовать момент разрыва сплошности среды ( образование трещины ).
Здесь не оговариваются параметры акустического сигнала. Определяющим моментом
является факт хрупкого разрушения. Направление развития процесса разрушения
также не определен. С точки зрения принципа устойчивости систем, факт
разрушения должен свидетельствовать о том, что система находилась на грани
устойчивого состояния и должна таким образом перейти в состояние устойчивое.
Условие приобретения устойчивости при этом подразумевает реализацию избыточной
по отношению к нормальному значению энергии в месте ее локализации (зоне ПГД) в
работу разрушения или перемещения пород ( переход в состояние с наименьшей
энтропией ). С этой точки зрения нарастания напряженности с увеличением
шумности, по нашему мнению, ожидать не следует. Трактовка обратного развития
событий, т.е. нарастание напряженности, вызывающее соответствующее увеличение
количества трещин и переход системы в состояние большей неустойчивости для
последующего возврата в исходное состояние с реализацией значительно большего
количества энергии (лавинообразно, по закону катастроф) возможна при условии
рассмотрения такой системы как достаточно инерционного звена по отношению к
воздействующим факторам. К этим факторам следует отнести скорость отработки
массива в процессе подвигания лавы ( или штрека ). Связь между ними хорошо
известна – увеличению скорости отработки массива соответствует прогрессивное
увеличение количества внезапных выбросов угля и газа и их интенсивности.
Рассмотрение горного массива как инерциальной системы дает основания для
ведения оперативного прогноза контроля ее состояния как пассивным способом ( по
естественной сейсмоакустической эмиссии ), так и активным – лоцированием
искусственными сигналами. Однако применение первого способа подразумевает
обязательное наличие актов хрупкого разрушения. Для системы с вязкопластической
деформацией информативность такого способа резко снижается. Информативность
второго способа при этом будет определяться только информативностью параметров
используемых сигналов, принимаемых к обработке и степенью их корреляции с
исследуемым фактором, в данном случае – с напряженностью. Кроме того, обработка
других параметров того же акустического сигнала обеспечит данный способ
дополнительными возможностями – определение местоположения структурных ( или
силовых ) неоднородностей, структурных разрывов и т. п. Это дает возможность
развития данного способа, основанного только лишь на привлечении дополнительных
средств для анализа одних и тех же сигналов, но для решения других задач.
Инерциальный характер системы «уголь – вмещающие породы» в масштабах ближней
зоны углепородного массива (в пределах зоны ПГД) подтверждена многолетней
практикой ведения горных работ, на ранних этапах которой единственно получаемой
информацией о его состоянии были визуальные наблюдения. Процесс нарастания
напряженности в этой зоне определялся по внешним признакам, объединенным в
предупредительные признаки внезапного выброса угля и газа. Среди совокупности
этих признаков присутствуют и акустические характеристики горного массива,
определяемые «на слух» путем искусственного простукивания выработки.
Длительная практика применения так называемого «прогноза», основанного на таких
признаках, подтвердила наличие времени, достаточного для подземного персонала,
чтобы иметь возможность покинуть место ведения работ до развития динкамического
явления в выработке. При этом понятно, что внешним проявлениям
предупредительных признаков внезапного выброса должны предшествовать процессы
формирования такого состояния в глубине массива с последующим изменением
состояния его краевой части. Для этого требуется время. При глубинном
лоцировании массива общее время от начала процесса формирования зоны
н
- Київ+380960830922