Совершенствование разработки соляных месторождений

хи у оси в горизонтальной плоскости соответственно

по простиранию и вкрест простирания рудного тела; напряжение, действующее в вертикальном направле­ нии ( = jfг );

жрасстояние от поверхности до места определения напряжений.

Рис. Зависимость коэффициента бокового распора пласта калийной руды от глубины залегания: / - по простира­

Длительные пределы текучести пород Т х и 2Гу соответственно в направлении осей х и у связаны с нормальными напряжениями следующими зависимостями:

Сопоставляя зависимости (I) и (2), получим выражения для оп­ ределения коэффициента бокового распора в направлении осей ОС и у :

Совершенствование разработки соляных месторовдений. Пермь, 1990

калийного месторождения (Л х = 0,71 и Лу = 0,65 при глубине залегания 500 м) /5/.

Выражения (4) и график зависимости коэффициента бокового рас­ пора калийной руды от глубины залегания можно использовать при оценочных расчетах напряженного состояния несущих элементов проек­ тируемых систем разработки крутопадающих калийных залежей Прикар­ патья.

Библиографический список

1.Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика горных пород. М. Недра, 1975. 271 с.

2.Галаев Н.З., Рыженьков А.М. Прочностные и деформационные свойства пород Стебниковского месторрзденид// Физические процессы горного производства/ ЛШ . Л., 1981. Вып.9. С. 24-30.

3.Либерман Ю.М. Естественное напряженное состояние массива горных пород// Вопросы прочности подземных сооружений: Тр.ВНИИСТ. М., 1962. Выл.12. С. 15-18.

4.Методические указания по применению метода разгрузки для измерения напряжений в массивах горных пород/ Сост.: Нестеренко Г.Т. и др. Л., 1972. 38 с.

5.Проскуряков Н.М. и др. Некоторые методические вопросы и результаты определения напряжений в калийных рудниках методом раз­ грузки// Напряженное состояние породных массивов. Новосибирск, 1978. С. 20-27.

6. Раевский В.И. и др. Месторождения калийных солей СССР. Ме­ тоды их поисков и разведки. Л.: Недра, 1973. 344 с.

Получено 20.10.89

Совершенствование разработки соляных месторождений. Пермь, 1990

УДК 622.831

Г.Д.ПОЛЯНИНА (Пермский политехнический институт)

КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ СОЛЯНЫХ ПОРОД

Представлена сводная классификация при­ родных газов по величине их скоплений, видам связи с породой, фазовому состоя­ нию и другим признакам.

Природные газы, содержащиеся в массиве соляных пород, нахо­ дятся в состоянии и условиях, существенно отличающихся от атмо­ сферных условий в горных выработках термодинамическими параметра­ ми и видами связи газов с породой. Переход газов из одного состоя­ ния в другое осуществляется тогда, когда участок массива оказыва­ ется в зоне разгрузки в краевой части массива, и при разрушении породы. Для понимания процессов, происходящих с участием газов, важно знать как пластовое их состояние, так и изменение этого со­ стояния в процессе добычи. В соответствии с таким подходом пред­ лагается классификация природных газов, представленная на рис.1 и 2.

структурной приуроченности локализованные скопления могут быть поровые (внутри- и межкристаллические), межслоевые (слоевые) и в геологических кавернах (или трещинах). Такая качественная и ко­ личественная классификация скоплений (см.рис.I) позволяет понять и объяснить все процессы, происходящие с участием природных га­ зов при ведении горных работ.

Так, газоносность обычной соляной породы (сильвинита, камен­ ной соли) п о р о в а я , т.е. представляет собой отдельные мик­ роскопления газа, а в целом - рассеянную газоносность массива.

Такая газоносность характерна, в первую очередь, для однородного соляного массива и достигает значений 0,1-0,3 м ^ м 3 при пористо­ сти 0,5-1,5 %. Следует отметить, что не все поры в породе запол­ нены газом, часть из них пустые или заполнены водными растворами солей.

Рис.2. Распределение природных газов в массиве: / - рассеянные поровые газы ([порода с обычной газоносностью); 2 - межслоевые или слоевые скопления; 3 - очаговые скопления; ^ - слоевые (прикон-

тактные, межпластовые) скопления; S - гнездовые скопления поровых газов

Обычная поровая газоносность определяет и обычные (или обыкно­ венные) газовыделения, как правило, не осложняющие ведение горных работ. Однако при мелком измельчении руды в процессе добычи и низ­ ком значении предельно-допустимой кшщентрации (ПДК) газа могут возникнуть осложнения, например при выделениях сероводорода в ме­ ханизированных забоях пластов ЛБ и BQ Верхнекамского месторождения.

Выбросоопасные соляные породы характеризуются также поровой газоносностью. При этом локальный участок массива тлеет повышенную (до 5-20 %) пористость и газоносность, достигающую 20 м3/м3 (зна­ чение, полученное экспериментально для выбросоопасного карналлита Верхнекамского месторождения) или 40-50 м3/м3 (теоретически). По­ ристость выбросоопасных зон отличается от обычной породы также и

качественно - наличием более мелких пор (мельче, чем субмакропоры*) и большей долей закрытой пористости. Такие скопления поровых газов названы г н е з д о в ы м и .

Природные газы, имеющие, как правило, сложный состав и термо­ динамические условия Сдавление, температуру), соответствующие плас­ товым, могут находиться не только в газовой (Г), но и в жидкой

(Ж) и твердой (Т) фазах (в гидратном состоянии) /2/. Это, с одной стороны, также определяет максимально возможное содержание газа в породе, а с другой - особенности механизма газодинамических явле­ ний при резком изменении термодинамического состояния.

Изучение сорбции газов соляными породами показало, что сухие чистые соли не сорбируют газы, а природные - сорбируют, причем сорбция возрастает при повышении давления до 2-3 МПа в 8-9 раз, а при дальнейшем нарастании давления увеличивается медленно. Меха­ низм сорбции - растворение газов в природной влаге и физическая

литературе такие скопления называют межпластовыми, приконтактными, коржевыми газами и др. Практически они могут быть как внутри плас­ тов, так и между пластами. Опасность проявления этих скоплений га­ за зависит от их величины (см.рис.I) и давления газа. Газ из таких скоплений может проявиться суфлярно (при его вскрытии), либо его энергия реализуется на разрушение породы (газодинамическое обруше­ ние кровли или разрушение почвы выработки). Такая газоносность ха­ рактерна для слоистого массива.

Давление газа в слоевом скоплении, на наш взгляд, следует оце­ нивать следующим образом. В массиве слоевое скопление - часть мас­ сива со специфическими свойствами (с идеальной упругостью и сжима­ емостью). Поэтому при горизонтальном залегании слоев очевидно, что давление в слое не может быть меньше, чем литостатическое на дан­ ной глубине (значение; вертикальной компоненты главных напряжений). Если объемное состояние не гидростатическое и максимальное значение

к1Слассификация пор принята по В.В.Ходоту /3/.

имеет одна из горизонтальных составляющих главных напряжений, мож­ но предположить, что давление газа в слоевом скоплении достигает указанного значения, а само скопление, вследствие этого, ограниче­ но по площади и является концентратором напряжений в прилегающих слоях. В целом локализованность слоевых скоплений объясняется, на наш взгляд, тремя причинами: превышением горизонтальных составляю­ щих напряжений над вертикальной, сорбционно-пористыми свойствами галопелитов конкретного участка массива и необходимостью наличия начального градиента давления для движения газа в массиве (послед­

О ч а г о в ы е скопления газа в геологических трещинах и кавернах, расположенных случайно и образованных вследствие раз­ личных причин, характерны, чаще всего, для трещиноватых участков массива. Если такое скопление оказывается в зоне влияния выработ­ ки, газ, в зависимости от его объема и давления, может проявиться суфлярно, либо разрушить породу. Такое газодинамическое явление мы назвали "отрыв породы под действием суфлярного газа" Д/. Эти явления редки в калийных рудниках, но опасны и наименее предска­ зуемы.

При ведении горных работ часть содержащихся в породе газов выделяется в рудничную атмосферу (из массива и из разрушенной по­ роды), а часть остается в массиве и в отбитой породе. Поэтому с технологических позиций природные газы целесообразно классифици­ ровать на с в о б о д н ы е(выделяющиеся в атмосферу в процессе добычи) и с в я з а н н ы е (остающиеся в породе после окончания процесса газовыделения). Соотношение между свободными и связанными газами в процессе добычи в конкретных условиях может быть различ­ ным и это также важно учитывать, проектируя ту или иную технологию добычи калийных солей.

В заключение следует отметить, что газоносность пород и свя­ занные с нею относительная газообильность выработок (и забоев), газовыделения и газодинамические явления - важнейшие исходные горно-геологические характеристики, которые необходимо учитывать при решении технологических вопросов уже на стадии проектирования

Совершенствование разработки соляных месторождений. Пермь, 1990

системы разработки и её параметров, способа подготовки и порядка отработки, способа отбойки полезного ископаемого и способа провет­ ривания. Как показывает опыт разработки калийных месторождений за последние двадцать лет, неучет этих факторов приводит не только к созданию непредвиденных опасностей в забоях, но и снижает технико­ экономические показатели производства. Разработанная классификация природных газов соляных пород позволяет обоснованно выбирать мероцриятия по безопасному ведению горных работ на газоносных пластах.

Библиографический список

1.Долгов П.В., Полянина Г.Д., Земсков А.Н. Методы прогноза и предотвращения газодинамических явлений в калийных рудниках. АлмаАта: Наука, 1987. 175 с.

2.Полянина-Г.Д. Научное обоснование и разработка безопасных методов ведения горных работ в соляных породах в условиях газовы-

3. Ходот В.В. Внезапные выбросы угля и газа. М.: Недра, 1961. 363 с.

Получено 20.10.89

УДК 622.831.22

А.Ю.ТРОФИМОВ, А.А.ЯРАШН (Ленинградский горный институт)

ДИНАМИКА РАЗВИТИЯ НАЧАЛЬНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ В КРОВЛЕ ОДИНОЧНОЙ ВЫРАБОТКИ НА ПОЛОГИХ КАЛИЙНЫХ ПЛАСТАХ

На основе натурных наблюдений за смеще­ ниями кровли одиночной горной выработки в процессе её проведения показана дина­ мика развития деформаций пород в кровле на начальном этапе. Определены основные параметры областей перераспределения на­ чальных деформаций в кровле, что важно знать при определении параметров дренаж­ ного бурения и при проведении выработок на выбросоопасных калийных пластах.

Изучение и уточнение механизма газодинамических явлений, про­ исходящих в цризабойной зоне очистных и подготовительных вырабо­ ток, а также выбор эффективных мероприятий, обеспечивающих безо­ пасность отработки выбросоопасных соляных пластов, невозможны без знания и точного представления закономерностей развития деформа­ ций на контуре горной выработки при её проходке.

Задачи настоящих исследований: определение динамики деформи­ рования пород кровли в зависимости от скорости перемещения забоя горной выработки; определение глубины распространения деформаций и характера их распределения по глубине.

Экспериментальные работы и натурные наблюдения выполнены на Старобинском месторождении при проведении одиночной выработки по третьему пласту шириной 4,1 м комбайном "Урал-IOKC" на глубине 500 м от земной поверхности. Экспериментальные станции состояли из трех реперов специальной конструкции и устанавливались в кров­ ле по центру пролета выработки на расстоянии двух метров от за­ боя. В качестве измерительных средств использовались индикаторы часового типа с ценой деления 0 , 0 0 1мм.

Для решения поставленных задач первичные данные, отражающие развитие перемещений поверхности кровли выработки в точках зало­ жения станций (рис.1 ), интерпретировались в различных вариантах.

Так, например, на их основе получены графики изменения максималь­ ных деформаций пород кровли в зависимости от глубины заделки ре­ пера (рис.2 ).

Анализ зависимостей свидетельствует о том, что активное раз­ витие деформаций на начальном этапе характерно для ограниченного слоя пород кровли. Мощность этого слоя в отдельных экспериментах существенно изменяется, что, очевидно, связано со строением пород. Средняя мощность этого слоя составляет 1,0+0,3 м. Наблюдается ши­ рокая амплитуда (от 0,15 до 0,70 мм) изменения максимальных сме­ щений поверхности кровли, что, исходя из сути экспериментов, со­ ставляет величину абсолютной деформации пород непосредственной кровли на начальном этапе.

Причины широкой вариации максимальных смещений для соляных пород даже в одной серии экспериментов, по нашему мнению, объяс­ няются спецификой реакции слоистых соляных пород в целом на рас­ тяжение. Например, при "чистом” растяжении, при приложении на-