Между указанными параметрами установлены статистические зависимости:
lp=4,932–0,337kв(1)kв=91,087h-1,151(2)где lp – величина зоны разгрузки пласта, м;
h – расстояние до поверхности наиболее выраженных ослабленных контактов в породах кровли, м;
kв – коэффициент выбросоопасности, представляющий собой отношение амплитуд высокочастотной и низкочастотной составляющих спектра акустического сигнала; разделение спектра на высокочастотную и низкочастотную составляющие, вычисление коэффициента kв производится автоматически на аппаратуре МакНИИ по его программе.
Коэффициент выбросоопасности служит для качественной оценки напряженного состояния горного массива.
Исследованиями установлено, что внезапным выдавливаниям угля предшествует интенсивное расслоение пород кровли на расстоянии 7–10 м в щитовых забоях и на расстоянии до 20–25 м в лавах, работающих по простиранию пласта. Следовательно, породы указанной мощности воздействуют на пласт, переводя его в запредельное состояние. С учетом консоли зависания указанных мощностей пород достаточно для преодоления сопротивления применяемых в настоящее время крепей в очистных и подготовительных выработках.
После произошедших явлений ослабленные контакты наблюдаются на расстоянии 30 м и более от пласта.
Вышеизложенные выводы подтверждаются зависимостью (2): изменение коэффициента kв наиболее существенно при мощности отслоившихся пород до 15–20 м.
Таким образом, по положению ослабленных контактов в породах кровли можно контролировать напряженно-деформированное состояние горного массива и прогнозировать возникновение опасных ситуаций по проявлению внезапных выдавливаний угля (как, впрочем, и других видов газодинамических явлений).
Положение ослабленных контактов определяется по параметрам спектра акустического сигнала, возникающего в горном массиве в результате импульсного возбуждения пород кровли или работы горных машин в забое: комбайнов, стругов, отбойных молотков, бурильных установок и т.д.
В МакНИИ разработаны способы и аппаратура регистрации акустического сигнала, передачи его на поверхность или обработки в забое.
На шахтах, разрабатывающих пласты крутого падения, исследования проводятся с использованием системы ЗУА-6, а на шахтах пологого падения используется разработанная в НПП „Интеграл“ аппаратура приёма и передачи сейсмосигнала на поверхность АПСС 1. В первом случае поле возбуждаемых работой конвейероструга упругих колебаний регистрируется сейсмоприемником-геофоном, преобразуется им же в электрический сигнал, который согласно усиливается, преобразовывается в модулированные по амплитуде колебания повышенной частоты и поступает по шахтной линии связи на поверхность. На шахтной службе прогноза пришедший высокочастотный сигнал демодулируется в сигнал звуковой частоты, который и записывается на магнитную ленту. Полученная данным способом аналоговая запись отклика массива обрабатывается в дальнейшем в МакНИИ по специально разработанной программе „PROGNOZ“. Во втором случае, при проведении исследований на пологих пластах, отклик массива при работе проходческого комбайна регистрируется геофоном подземного блока аппаратуры АПСС 1, преобразуется в переменный электрический сигнал, который затем усиливыется и модулируется (частотная модуляция). Далее этот сигнал передается по шахтной линии связи на поверхность – на вход наземного блока АПСС 1, который осуществляет его демодуляцию и усиление. Усиленный аналоговый сигнал поступает на плату аналого-цифрового преобразователя (АЦП), который преобразует его в цифровой код, необходимый для дальнейшей обработки на персональном компьютере по специально разработанной в МакНИИ программе „PROGNOZ“.
Принцип работы программы „PROGNOZ“ заключается в преобразовании возбуждаемого работой добычной техники отклика массива, представленного в цифровом виде, методом быстрого преобразования Фурье в амплитудно-частотный спектр (АЧС).