Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуат

4.Compressive failure model for brittle rocks by shear faulting and its evolution of strength components / P. Zhang, N. Li, X.-B. Li, E. Nordlund // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. – 2009. – Vol. 46, is. 5. – P. 830–841.

5.Lajtai E.Z., Carter B.J., Duncan E.J.S. En echelon crack-arrays in potash salt rock // Rock Mechanics and Rock Engineering. – 1994. – Vol. 27, is. 2. – P. 89–111.

6.Shiotani T. Parameter analysis // Acoustic Emission Testing. Ed. U.G. Christian, O. Masayasu – Springer, 2008. – P. 41–51.

7.JCMS-III B5706. Monitoring method for active cracks in concrete by acoustic emission. – Japan: Federation of Construction Materials Industries, 2003.

8.Барях А.А., Асанов В.А., Паньков И.Л. Физико-механические свойства соляных пород Верхнекамского калийного месторождения: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 199 с.

9.Кузьминых В.С., Паньков И.Л. Опыт применения универсальной испытательной машины Zwick/050 при испытании соляных образцов на прямое растяжение // Стратегия и процессы освоения георесурсов. – Пермь: Изд-во ГИ УрО РАН, 2015. – С. 108–110.

Об авторах

Третьякова Кристина Владимировна, студентка кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия. bnl@mi-perm.ru

Бельтюков Николай Леонидович, ассистент кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, Пермский национальный исследовательский политехнический университет; аспирант, Горный институт Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, Россия. bnl@mi-perm.ru.

About the authors

Tretyakova Kristina Vladimirovna, student of the Mining chair, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. bnl@mi-perm.ru.

Beltyukov Nikolay Leonidovich, assistant professor of the Mining chair, Perm National Research Polytechnic University; postgraduate student, Mining Institute of the Ural Branch Russian Academy of sciences, Perm, Russia. bnl@mi-perm.ru.

161

УДК 622.011

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОН, ОПАСНЫХ ПО ГАЗОДИНАМИЧЕСКИМ ЯВЛЕНИЯМ, МЕТОДОМ РЕГИОНАЛЬНОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НА ПРИМЕРЕ БЕЛОПАШНЕНСКОГО УЧАСТКА ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛИЙНЫХ СОЛЕЙ

О.А. Валеева

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

Применение методики регионального прогнозирования выбросоопасных и выбросонеопасных по газодинамическим явлениям зон для условий Белопашненского участка Верхнекамского месторождения калийных солей.

Ключевые слова: геологоразведочные скважины, Белопашненский участок, калийные пласты, региональное прогнозирование.

DEFINITION OF ZONES WHICH DANGEROUS

IN GAS-DYNAMIC PHENOMENA BY REGIONAL PREDICTION METHOD FOR THE BELOPASHNENSKY AREA

OF THE VERHNEKAMSKOE POTASH DEPOSIT

O.A. Valeeva

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia

Application of regional prediction for identification zones which dangerous in gasdynamic phenomena for the Belopashnensky area of the Verhnekamskoe potash deposit.

Key words: geologic prospecting works, the Belopashnensky area, potassium seam, regional prediction.

В основу регионального прогнозирования положен комплекс показателей выбросоопасности: существенные различия в характеристиках свойств пород, установленные при сравнительном изучении опасных и неопасных по выбросам геологических условий. Показатели определяются по результатам бурения геологораз-

162

ведочных скважин с поверхности и последующих химических анализов кернов. В подавляющем большинстве случаев очаги газодинамических явлений располагаются в пластах В, Б-В, АБ, Кр.I-А, Кр.II-Кр.I. Поэтому при разработке методов прогнозирования проводится анализ показателей, характеризующих эти пласты1. К таким показателям относятся газовый фактор, содержание нерастворимого остатка в пластах АБ и В, содержание хлорида магния в пласте В, выход керна с пласта Б-В, а также мощности пластов Б-В и В. Этот комплекс показателей был определен при выборе математической модели регионального метода прогноза и позволяет проводить оценку выбросоопасности с высокой вероятностью правильной классификации.

Прогнозирование выбросоопасных и выбросонеопасных зон осуществляется с помощью решающего правила, в основе которого лежит дискриминантная функция следующего вида (1):

бросонеопасной зоне.

С точки зрения оценки выбросоопасности данный критерий позволяет относить участки калийных пластов к одному из двух классов – выбросоопасных или выбросонеопасных. Такое деление до некоторой степени условно, так как следует оценивать выбросопасность вероятностью выброса, а не давать альтернативную оценку. Поэтому, в качестве вероятностной интерпретации полученного критерия выбросоопасности предлагается использовать выражение (2):

где PL – вероятность, соответствующая наибольшей дискриминантной функции; fl – значение наибольшей дискриминантной функции; fk – значение k-ой дискриминантной функции.

Значения дискриминантных функций для выбросоопасных и выбросонеопасных зон приведены ниже (3):

1 Газодинамические явления в калийных рудниках: Генезис, прогноз, управление / С.С. Андрейко, П.А. Калугин, В.Я. Щерба; под ред. В.Я. Прушака. – М.: Выш. шк., 2000. – 335 с.

163

где fB – значение дискриминантной функции для выбросоопасных зон; fH – значение дискриминантной функции для выбросонеопасных зон; X1, X2, … X7 – показатели для прогнозирования.

Подставляя значения показателей в данные выражения, получим значение вероятности отнесения скважины к той зоне, значение дискриминантной функции для которой больше. Значение PL изменяется в диапазоне от 0 до 1.

Исходными данными для оценки выбросоопасности при региональном прогнозировании зон, опасных по газодинамическим явлениям в условиях Белопашненского участка служат показатели, полученные в ходе геологоразведочных ра-

бот при бурении 12-ти скважин №110, 140, 146, 403, 406, 407, 409, 411, 600, 604, 801, 987, расположенных на территории данного участка. Содержание нерастворимого остатка в пластах АБ и В, содержание MgCl2 в пласте В, выход керна с пласта Б-В, а также мощности пластов Б-В и В приведены в таблице.

Показатели выбросоопасности для скважин Половодовского участка ВКМКС

Газовый фактор представлен рангами, полученными при регистрации характера протекания и продолжительности газовыделений в данных геологоразведочных скважинах Белопашненского участка. По каждому случаю газовыделения при перебуривании зоны, включающей пласты В, Б-В, АБ, Кр.I-А, Кр.I, Кр.II-Кр.I, Кр.II, скважинам №110, 407, 600, 801, 987 присвоен ранг IV, скважине 604 II ранг. Сква-

164

жинам №140, 146, 403, 406, 409, 411 присвоен I ранг, так как ни одного случая газовыделения не наблюдалось.

Рис. Карта отнесения скважин к зонам, опасным по газодинамическим явлениям, по вероятности выброса для условий Белопашненского участка ВКМКС

По результатам расчетов для прогнозирования зон, опасных по газодинамическим явлениям, с использованием полного решающего правила, было установлено, что скважины №110, 407, 600, 801, 987 имеют значение дискриминантной

165

функции f 8,96 , а это означает, что данные скважины относятся к выбросоопасной зоне. Скважины №140, 146, 403, 406, 409, 411, 604 имеют значение дискриминантной функции f 8,96 , а это означает, что данные скважины относят-

ся к выбросонеопасной зоне.

Оценка вероятности выброса показала, что скважина №110 с вероятностью 78,30% относится к выбросоопасной зоне, скважина № 407 с вероятностью 86,01 % относится к выбросоопасной зоне, скважина № 600 с вероятностью 54,33 % относится к выбросоопасной зоне, скважина № 801 с вероятностью 85,74 % относится к выбросоопасной зоне, скважина № 987 с вероятностью 92,50 % относится к выбросоопасной зоне. Скважины № 140, 146, 403, 406, 409, 411, 604 Белопашненского участкас вероятностьюот99,46 до99,99 % относятсяк выбросонеопаснойзоне.

Результаты исследования были проанализированы и позволили определить отношение данных скважин № 110, 146, 140, 403, 406, 407, 409, 411, 600, 604, 801, 987 Белопашненского участка к зонам, опасным по газодинамическим явлениям. Северо-восточная и восточная части Белопашненского участка Верхнекамского месторождения калийных солей относятся к зонам, опасным по газодинамическим явлениям, а западная и юго-западная части участка относятся к неопасным зонам, что изображено на рисунке.

Об авторе

Валеева Ольга Айратовна, студентка, Березниковский филиал Пермского национального исследовательского политехнического университета, Березники, Рос-

сия. valeevaolga94@gmail.com.

About the author

Valeeva Olga, student, the Berezniki Branch of the Perm National Research Polytechnic University, Berezniki, Perm Region, Russia. valeevaolga94@gmail.com.

166

УДК 622.031

АНТИКЛИНАЛЬНЫЕ СКЛАДКИ В УСЛОВИЯХ КАЛИЙНЫХ ПЛАСТОВ РУДНИКА БКПРУ-4 ПАО «УРАЛКАЛИЙ»

Э.Г. Немытых, О.А. Козлова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

Целью выполнения работы является структурно-тектонический анализ строения пласта АБ 1 юго-западной панели рудника БКПРУ-4 ПАО «Уралкалий». Результатом данного анализа является выявление антиклинальных складок третьего порядка. Данные складки на рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей представляютопасность возникновениягазодинамическихявлений.

Ключевые слова: калийные рудники, сильвинитовый пласт АБ, структурнотектонический анализ, газодинамические явления, складки третьего порядка.

ANTICLINAL FOLDS IN TERMS OF THE POTASH SEAMS

OF THE MINE BPMG-4 PJSC «URALKALI»

E.G. Nemutukh, O.A. Kozlova

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia

The purpose of the job is the structural and tectonic analysis of the formation of AB 1 southwestern panel Mine BPMG-4 PJSC “Uralkali”. The result of this analysis is to identify the anticlinal folds of the third order. These folds in the mines Verkhnekamskoye potash deposit represent a danger of gas-dynamic phenomena.

Keywords: potash mines, sylvinite layers AB, structural and tectonic analysis, gasdynamic phenomena, the third-order folds.

Введение

Анализ современного состояния теории газодинамических явлений показал, что традиционный подход, основанный на повсеместном применении профилактических мероприятий и оценке состояния массива соляных пород непосредственно в забоях горных выработок по предупредительным признакам, предвестникам и замеренным параметрам газового фактора, исчерпал свои возможности и требуются новыенаучнообоснованныеиэкономически оправданныетехнические решения.

По запасам калийных солей Верхнекамское месторождение солей является одним из крупнейших в мире. На Верхнекамском месторождении калийно-магниевых

167

солей (ВКМКС) добываются сильвинитовая и карналлитовая руды. Минеральные удобрения экспортируются в десятки стран мира (92 %), поставляются сельскому хозяйству (2 %) ипромышленности(6 %) Российской Федерации[1].

Подземная разработка калийных пластов практически на всех месторождениях мира значительно осложняются газодинамическими явлениями. Внезапные выбросы соли и газа, обрушения пород кровли, явления комбинированного типа, отжимы призабойной части пород – вот тот спектр газодинамических явлений, которые представляют реальную угрозу жизни шахтеров, разрушают дорогостоящее оборудование, нарушают ритмичность работы калийных рудников. Решение проблемы газодинамических явлений при подземной разработке калийных пластов является одной из наиболее актуальных задач горной науки [1].

1. Общие сведения о руднике БКПРУ-4 ПАО «Уралкалий»

Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей (ВКМКС) расположено на северо-востоке Пермского края. Месторождение приурочено к центральной части Соликамской впадины Предуральского краевого прогиба. Соляная толща месторождения прослеживается в меридиональном направлении на 205 км, в широтном до 55 км. Внутри контура соляной толщи расположена многопластовая залежь калийно-магниевых солей протяженностью 135 км и шириной до 41 км. Площадь калийной залежи составляет около 3700 км2 [3].

По запасам калийных солей Верхнекамское месторождение солей является одним из крупнейших в мире. На Верхнекамском месторождении калийномагниевых солей (ВКМКС) добываются сильвинитовая и карналлитовая руды. Минеральные удобрения экспортируются в десятки стран мира (92 %), поставляются сельскому хозяйству (2 %) и промышленности (6 %) Российской Федерации.

Рудник БПКРУ-4 сдан в эксплуатацию в декабре 1986 года. Вследствие специфики отрабатываемого полезного ископаемого за годы работы рудника реконструкции не производились. Шахтное поле рудника БКПРУ-4 расположено северовосточнее г. Березники и занимает площадь 145 квадратных километров [1].

Рудником разрабатываются два пласта: Красный-2, сложенный красным сильвинитом, пласт АБ, представленный полосчатым и пестрым сильвинитом [3].

2.Газодинамические явления, приуроченные

кантиклинальным складкам третьего порядка

На Верхнекамском месторождении выделяют следующие виды складок:

Складки 1-го порядка – внутрипластовые, слоевые складчатости амплитудой до нескольких сантиметров или дециметров. Складки данного порядка не представляют опасности возникновения газодинамических явлений.

Складки 2-го порядка – охватывают отдельные слои и пласты. Амплитуда таких складок достигает 2 метров. Из этих складок происходит свободное выделе-

168

ние газа, которое не представляет опасности возникновения газодинамических явлений.

Складки 3-го порядка– на Верхнекамском месторождении калийных солей к складкам третьего порядка относятся складки, охватывающие пласты внутри соляной толщи от пласта КрIII до пласта В. При этом размеры складок составляют: высота от 3 до 12 м, ширина от 20 до 100 м, длина – до 370 м. В пределах антиклинальных складок 3-го порядка в процессе складкообразования образуются открытые трещины. Согласные и сублатеральные трещины, образующиеся в замковых частях антиклинальных складок 3-гопорядка изаполненныесвободнымгазом[4].

3. Результаты структурно-тектонического анализа сильвинитового пласта АБ

Исследование проводилось в три этапа. На первом этапе производился сбор данных геологических профилей по панельным выработкам.

На втором этапе была проведена цифровая обработка выемочных, северных и южных панельных штреков. В заключении, по результатам цифровой обработки, построены карта изогипс кровли пласта АБ 1 юго-западной панели (рис.1).

Рис. 1 Карта изогипс кровли пласта АБ 1 юго-западной панели

На 1-й юго-западной панели выявлено местонахождения десяти складок, представляющих опасность возникновения газодинамических явлений:

часть одной складки прослеживается на западе 6-го западного блока;

две складки в центре 6-го юго-западного блока;

четыре складки в юго-восточной части 5-го западного блока;

три складки в центральной части 6-го восточного блока.

169

Список литературы

1.Андрейко С.С. Газодинамические явления в калийных рудниках: методы прогноза и способы предотвращения: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. гос.

техн. ун-та, 2007. – 219 с.

2.Пермяков Р.С., Проскуряков Н.М. Внезапные выбросы соли и газа. – Л.:

Недра, 1972. – 180 с.

3.Проскуряков Н.М. Внезапные выбросы породы и газа в калийных рудни-

ках. – М.: Недра, 1980. – 264 с.

4.Соловьев В.А., Секунцов А.И. Разработка калийных месторождений: практикум. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. – 265 с.

Об авторах

Немытых Эльзира Гарафиевна, студентка VI курса, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия. Sahipgareeva@mail.ru

Козлова Ольга Алексеевна, студентка VI курса, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия. Curly240293@mail.ru

About the authors

Nemutukh Elzira Garafievna, a student of 6th year, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. Sahipgareeva@mail.ru

Kozlova Olga Alekseevna, a student of 6th year, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. Curly240293@mail.ru

170