Статья

Наименование	Спектральный анализ процесса метановыделения при повышении нагрузки на очистной забой
Авторы	Кулакова С. И., ст. преп. Павлов В. И., к. т. н., доц.
Раздел	Науки о земле
Год	2020	Выпуск	61	Страницы	35 - 41
УДК	622.81:519.24			EDN	UGJLXT
Аннотация	Проведено исследование процесса метановыделения в части уточнения влияния высоких нагрузок на его неравномерность. Выполнен кросс-спектральный анализ взаимосвязи метановыделения с нагрузкой. Установлено, что с увеличением нагрузки на механизированный комплекс большие значения мощности спектра метановыделения смещаются в высокочастотную часть и появляются циклические компоненты, согласованные с технологическими ритмами процесса угледобычи.
Реферат	Цель. Исследовать влияние нагрузок, обеспечиваемых современными механизированными комплексами, на неравномерность процесса метановыделения методами кросс-спектрального анализа. Методика. Использованы шахтные непрерывные данные автоматической газовой защиты и суточные диспетчерские отчёты по нагрузке на механизированный комплекс. Составлены сопряжённые суточные ряды среднесуточной метанообильности и суточных нагрузок высокого уровня, а также аналогичные ряды для низкого уровня нагрузок. Разделение уровней произведено по значению нагрузки 1500 т/сут. Стационарность рядов обеспечена цифровым фильтром первых разностей. Характеристики спектрального и кросс-спектрального анализа получены классическим методом на основе периодограммы. Сравнение спектров метановыделения при разных уровнях нагрузки произведено по значениям спектральной мощности на 3-х полосах: на 1-й — от 0 до 0,15 сут–1, на 2-й — от 0,15 до 0,30 сут–1 и 3-й — от 0,30 до 0,50 сут–1. Разделение полос выполнено исходя из идентифицированного диапазона частот по шагам обрушения подрабатываемых пород. Результаты. Плотность мощности спектра метановыделения при высоких и низких нагрузках имеет значительные различия. Дисперсия 1-й полосы (низких частот) при высоких нагрузках меньше, чем при низких. По 2-й и 3-й полосам наблюдаются противоположные тенденции. При высоких нагрузках дисперсия резко возрастает, а при низких, наоборот, снижается. Наблюдаемая динамика значительного роста дисперсии свидетельствует о росте вклада гармоник более высокой частоты в неравномерность процесса метановыделения. Научная новизна. Реализация технических возможностей современного высокопроизводительного оборудования выемочного участка вызывает изменение внутренней структуры процесса метановыделения и его неравномерности, заключающееся в следующем: амплитуда низкочастотных колебаний значительно снижается, что вызывает уменьшение интенсивности метановыделения из метаноносных слоёв; вклад в дисперсию процесса высокочастотной части спектра резко возрастает, что характеризует увеличение неравномерности метановыделения; возникают гармонические колебания метановыделения, вызванные технологическими ритмами процесса угледобычи на выемочном участке. Практическая значимость. Циклические компоненты случайного процесса метановыделения, идентифицированные с нагрузкой на выемочный участок, создают предпосылки к разработке математических моделей текущего прогноза его динамики и управлению им с помощью научно обоснованного ограничения нагрузки.
Ключевые слова	механизированный комплекс, высокие нагрузки, метановыделение, спектральный анализ, спектральная плотность, кросс-спектральный анализ, когерентность.
Финансирование
Благодарности
Список источников	1. ДНАОТ 1.1.30-6.09.93. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт [Текст]: утв. Приказом Гос. ком. Украины по надзору за охраной труда № 131 от 20.12.1993. — К.: Основа, 1994. — 312 с. 2. Иванов, Ю. А. Исследование частотной структуры процесса изменения концентрации метана на выемочных участках [Текст] / Ю. А. Иванов // Молодые ученые — научнотехническому прогрессу в угольной промышленности: матер. IV респуб. науч.-технич. конф.. — Донецк, 1984. — С. 133–134. 3. Бусыгин, К. К. Усовершенствование алгоритма срабатывания аппаратуры автоматического контроля концентрации метана [Текст] / К. К. Бусыгин, Ю. А. Иванов // Создание безопасных условий труда в угольных шахтах: сб. трудов МакНИИ. — Макеевка: МакНИИ, 1986. — С. 27–32. 4. Полевщиков, Г. Я. Газокинетический паттерн разрабатываемого массива горных пород [Текст] / Г. Я. Полевщиков, Е. Н. Козырева // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2002. — № 11. — С. 117–120. 5. Бокий, Б. В. Влияние скорости подвигания на напряжённо-деформированное состояние и газовую проницаемость массива [Текст] / Б. В. Бокий, О. И. Касимов, И. В. Назимко // Уголь Украины. — 2009. — № 11. — С. 9–13. 6. Черняк, И. Л. Применение гармонического анализа для исследования проявлений горного давления в очистных забоях [Текст] / И. Л. Черняк // Уголь. — 1989. — № 7. — С. 7–10. 7. Хургин, З. Я. Методика статистической обработки случайных процессов на ЭВМ [Текст] / З. Я. Хургин, Г. М. Левинц, О. П. Земскова. — М.: ИГД им. А. А. Скочинского, 1976. — 28 с. 8. Касимов, О. И. Метановыделение в очистные выработки угольных шахт [Текст] / О. И. Касимов, Б. В. Бокий, И. В. Назимко // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2007. — № 1. — С. 232–238. 9. Сургай, Н. С. Надёжность функционирования угольных шахт [Текст] / Н. С. Сургай. — Д.: Арт-Пресс. — 1998. — 192 с. 10. Дженкинс, Г. Спектральный анализ и его приложения [Текст]. В 2-х т. Т. 1 / Г. Дженкинс, Д. Ваттс. — М.: Мир, 1971 — Т. 1. — 316 с. 11. Харин, Е. Н. Комплексный и раздельный способы прогноза газовыделения из подрабатываемых угольных пластов и пород [Текст] / Е. Н. Харин, Н. И. Антощенко, С. И. Кулакова, Л. А. Чепурная // Школа підземної розробки: матер. VI міжнарод. наук.-практ. конф.. — Д.: НГУ, 2012. — С. 229–242.
Полный текст