Bununla kömür madeni geliştirme daha güvenli
Güvenlik üretimi, kömür madeninin geliştirilmesi için önemli bir ön şarttır, ancak son yıllarda, sık sık kaya patlamaları meydana gelmesi, kömür madeni güvenlik üretimini ciddi şekilde etkilemiştir. Kaya patlaması ani olup büyük hasara ve kayba neden olur ve kömür madeni güvenli üretimini tehdit eden en büyük felaketlerden biridir.
"Kaya patlaması" olarak da bilinen kaya patlaması, bir kaya kütlesinde biriken elastik deformasyon potansiyeli enerjisinin belirli koşullar altında aniden ve şiddetli bir şekilde serbest bırakılarak kayanın patlamasına ve fırlamasına neden olan bir olgudur.
Uzun vadeli jeomekanik eylemden sonra, kömür zengini tabaka, stres ve yer değiştirme arasında bir denge durumundadır. Kömür madenciliği sürecinde, kömür damarı madenciliği bu denge durumunu bozarak, kömürün gerilme durumunun ve üstteki kaya kütlesinin yeniden dağılımına neden olur ve yeniden dağıtım işlemi sırasında büyük miktarda elastik enerji birikir. Enerji belirli bir seviyeye kadar biriktiğinde, stres kömürün ve kaya kütlesinin gücüne ulaşacak ve elastik enerji aniden açığa çıkacak, ani tahribata, kömür ve kaya kütlesinin çökmesine veya fırlatılmasına neden olacak, buna eşlik eden devasa ses ve kaya kütlesi titreşimi sıklıkla desteğe neden olacak Kırılmalar, çatı çökmeleri, karayolu tıkanıklıkları ve zayiatlar, kömür madeni güvenliği için büyük bir tehdit oluşturmaktadır.
Şekil 1 Kaya patlamasının şematik diyagramı. (A) Elastik enerji birikiminin şematik diyagramı; (b) Elastik enerji salınımının şematik diyagramı.
Eski Sovyetler Birliği, Güney Afrika, Almanya, Amerika Birleşik Devletleri, Kanada ve Hindistan gibi dünyadaki hemen hemen tüm büyük kömür ülkeleri değişik derecelerde kaya şoku felaketleri tehdidi altındadır. Çin'de kaya patlaması ilk olarak 1933'te Fushun'daki Shengli Kömür Madeninde meydana geldi. Ülkemizde kömür madenciliğinin derinliğinin ve yoğunluğunun sürekli artmasıyla birlikte kaya patlaması madenlerinin dağılımı giderek genişliyor ve kaya patlaması sorunu daha da ön plana çıkacak.
Şekil 2 Mayın patlaması kazalara ve ekipmanın terk edilmesine neden oldu
Kaya patlamalarını doğru / etkili bir şekilde önlemek ve kömür madenlerinin güvenli üretimini sağlamak için, yurtiçi ve yurtdışındaki birçok bilimsel araştırmacı, etkili / güvenilir bir izleme ve erken uyarı mekanizması oluşturmak için sürekli keşif ve araştırma yürütmüştür.
Şu anda, kaya patlamasını açıklayan ana teoriler arasında kuvvet teorisi, sertlik teorisi, enerji teorisi, şok eğilimi teorisi ve istikrarsızlık teorisi bulunmaktadır. Mukavemet teorisi, kömür madeni üretimi sırasında kaya patlaması felaketlerini izlemek için en yaygın kullanılan teoridir. Mukavemet teorisi, kömür ve kaya kütlesi üzerindeki yük taşıma limitine ulaştığında, kömür ve kaya kütlesinin dengesiz olacağına ve zarar göreceğine ve bunun da kaya patlamalarıyla sonuçlanacağına inanmaktadır.
Bu nedenle, kaya kütlesinin üç boyutlu gerilimini doğru bir şekilde izlemek ve madencilik işlemi sırasında kömür ve kaya kütlesindeki üç boyutlu gerilmenin evrim yasasını anlamak, kaya patlama mekanizmasını ortaya çıkarmaya yardımcı olacak ve ardından kaya patlaması oluşma olasılığını azaltmak için ilgili önlemleri alacaktır.
Şekil 3 Kaya patlaması mekanizmasının şematik diyagramı
Bununla birlikte, mevcut teknoloji, esas olarak iki nedenden ötürü, kaya kütlesinin üç boyutlu geriliminin uzun vadeli ve dinamik olarak izlenmesini sağlayamamıştır. Öncelikle donanım problemi, kaya kütlesi için gereksinimleri karşılayan üç boyutlu bir gerilme sensörü yok. Şu anda yaygın olarak kullanılan direnç gerinim ölçer sensörü, düşük izleme frekansına sahiptir ( < 1Hz), kaya kütlesinin üç boyutlu geriliminin uzun vadeli ve dinamik izleme gereksinimlerini karşılayamayan sıcaklık kaymasına, alt tabakanın zayıf uzun vadeli stabilitesine ve elektromanyetik parazitlere eğilimli. İkinci olarak, kaya kütlesinin 3 boyutlu gerçek gerilimi için bir yazılım sorunu ve çevrimiçi izleme ve erken uyarı platformunun eksikliği var. Kaya patlama felaketlerinin aniden ortaya çıkması nedeniyle, kayaların üç boyutlu gerilmesinin çevrimiçi olarak gerçek zamanlı olarak izlenmesi gerekir.
Son yıllarda, Çin Bilimler Akademisi Wuhan Kaya ve Zemin Mekaniği Enstitüsü İnşaat Süreci Mekaniği Grubundan araştırmacılar, derinlemesine araştırma yaptılar ve bağımsız olarak bir dizi kömür madeni kaya patlaması dinamik izleme ve erken uyarı sistemleri geliştirdiler.
Her şeyden önce, araştırmacılar, yüksek doğruluğa sahip (fiber ızgara algılama prensibini kullanarak) bağımsız olarak bir kaya kütlesi üç boyutlu gerilim sensörü geliştirdiler ( < % 0,3), hızlı edinim frekansı ( > 5k Hz), uzun vadeli stabilite ve elektromanyetik parazit yok, bu da kaya kütlesi üç boyutlu geriliminin uzun vadeli ve doğru bir şekilde izlenmesi sorununu çözüyor.
Buna ek olarak, araştırmacılar, uzun mesafeli veri kayıpsız iletimi gerçekleştirmek için yüksek hızlı yerel alan ağlarını kullanıyor ve verimli veri analizi ve işlemeyi gerçekleştirmek için akıllı optimizasyon algoritmaları ve bulut bilişim platformları kullanıyor, böylece stope'yi çevreleyen kayanın üç boyutlu stres alanı için akıllı bir izleme sistemi kuruyor. Aynı zamanda, bilimsel araştırmacılar ayrıca toplanan stres durumu bilgileri üzerinde veri madenciliği ve akıllı öğrenme gerçekleştirir ve kaya patlama riski için erken uyarı göstergeleri ve modelleri oluşturarak kömür madeni güvenliği üretimi için güçlü teknik destek sağlar.
Araştırma sonuçları Dongtan Kömür Madeni ve Yankuang Group'un Jisan Kömür Madeni gibi birçok yerli yeraltı projesinde yerinde doğrulanıyor. Yerinde doğrulamaya göre, sistem madencilik sırasında çatı katmanlarının üç boyutlu geriliminin dinamik değişikliklerini doğru ve gerçek zamanlı olarak izleyebilir. Bu araştırma aynı zamanda maden basıncı teorisini zenginleştirmiş ve kaya patlaması mekanizmasını ortaya çıkarmak için güçlü destek sağlamıştır. Gelecekte, bilimsel araştırmacılar, ülkemizdeki kömür madenlerinin güvenli üretimini korumak için daha fazla kömür madenine uygulanmayı umarak derinlemesine araştırma ve iyileştirme yapmaya devam edecekler.
