Механизм образования очагов газодинамических явлений в соляном пород

Производителем калийных удобрений в Республике Беларусь являет­ ся республиканское унитарное предприятие (РУП) производственное объ­ единение (ПО) «Беларуськалий», которое эксплуатирует Старобинское месторождение калийных солей. Месторождение открыто в 1949 г. и при­ урочено к северо-западной части Припятского прогиба. Геологическое строение месторождения детально освещено в целом ряде работ [4, 10, 21-24]. Кристаллический фундамент, подсолевое ложе и соленосные от­ ложения разбиты разломами на блоки, которые ступенчато погружаются в восточном направлении. На месторождении выделены западный, цен­ тральный и восточный блоки (рис. 1.4). В центральном блоке расположе­ ны три шахтных поля рудников 1 РУ, 2 РУ, 3 РУ и в восточном — одно шахтное поле рудника 4 РУ. В структуре месторождения важную роль иг­ рают разломы северо-восточного и субширотного простирания. По внутрисолевым горизонтам территория месторождения представляет собой асимметричную приразломную синклиналь с широким и пологим (2-3°) южным крылом и редуцированным северным. Ось синклинали примыкает к Северному разлому. На месторождении соленосный разрез представлен главным образом калиеносной субформацией, а нижняя (галитовая суб­ формация) здесь замещена карбонатно-сульфатными образованиями. Мощность соленосных отложений на востоке месторождения составляет примерно 1000 м, а на периферии уменьшается до 150 м и менее. Разрез представлен чередованием пачек карбонатно-глинистых пород и камен­ ной соли, иногда с горизонтами калийных солей. На месторождении в со­ леносном разрезе выявлены четыре (I, II, III и IV) калийных горизонта, из которых до недавнего времени эксплуатировались II и Ш. В настоящее время на шахтном поле рудника 1 РУ в отработку вовлекается I калийный горизонт. Второй калийный горизонт залегает на глубинах 370-700 м и наиболее глубоко погружен на севере месторождения. Мощность его со­ ставляет 1,7-3,3 м. Второй калийный горизонт характеризуется простым строением: два сильвинитовых слоя, разделенных слоем каменной соли (см. рис. 1.4). Мощность нижнего (1-го) сильвинитового слоя составляет 0,35-1,25 м (средняя 0,89 м), верхнего (2-го) изменяется от 0,33 до 1,1м при среднем значении 0,76 м. Оба слоя представлены красноцветными микро-, мелко- и среднезернистыми сильвинитами, переслаивающимися с каменной солью и галопелитами. Продуктивный пласт образуют два сильвинитовых слоя и каменная соль между ними. На шахтных полях ка­ лийных рудников мощность его составляет 1,41-3,3 м. Среднее содержа­ ние КС128,3 %, MgCl2 0,14 %, нерастворимого остатка (н. о.) 6,40 % [13].

Третий калийный горизонт в настоящее время — основной объект разработки на месторождении. С ним связано около 80 % запасов калий­ ных руд. В пределах шахтных полей горизонт залегает моноклинально на глубинах 350-1000 м, погружаясь под углом 2-3° к северо-востоку. Мощность горизонта изменяется от 5 до 28 м. В разрезе горизонта выде­ ляются три пласта: нижний и верхний — сильвинитовые, а средний име­ ет глинисто-карналлитовый состав (см. рис. 1.4). Нижний пласт имеет мощность от 2 до 6 м. В его составе развиты четыре калийных слоя. Мощность самого нижнего (1-го) составляет 0,13-0,40 м, а 2 ,3 ,4-го — от 0,45 до 1,60 м. Калийные слои представлены чередованием прослоев сильвинита, каменной соли и галопелитов. Промышленное значение имеют 2-й, 3-й и 4-й сильвинитовые слои. Содержание в слоях КС1 со­ ставляет 25,64-56,81 %, н. о. изменяется от 0,86 до 10 % и более, а содер­ жание MgCl2 в среднем не выше 0,25 %. Глинисто-карналлитовый пласт мощностью 4-20 м представлен переслаиванием слоев галопелитов (0,01-0,7 м), каменной соли (до 0,3 м), сильвин-карналлитовых и карналлитовых пород (до 0,7 м) и сильвинитов (до 0,15 м). Верхний сильвинитовый пласт характеризуется чередованием слоев и прослоев бедного сильвинита и каменной соли. Разрез его по сравнению с нижним пластом содержит меньше глинистого материала, обеднен хлористым калием, но характеризуется повышенным содержанием MgCl2 (до 3,5-6,0 %). Про­ мышленное значение имеет нижний сильвинитовый пласт. Отрабатыва­ ются руды 2-го и 3-го сильвинитовых слоев, а на участках с благоприят­ ными горно-геологическими условиями и 4-го сильвинитового слоя. Мощность продуктивного пласта изменяется от 2,27 до 6,0 м, содержа­ ние КС1 изменяется от 15,64 до 35,09 %, н. о.— от 2,45 до 10 % и более.

Освоение Старобинского месторождения началось в 1961 г. с при­ менения камерной системы разработки, которая характеризовалась срав­ нительно низким содержанием КС1 в добываемой руде и большими по­ терями руды в недрах, достигавшими 68 %. Эти факторы потребовали дальнейшего совершенствования систем разработки и начиная с 70-х го­ дов прошлого века на месторождении применяется столбовая система разработки. За прошедший период на месторождении разработан, испы­ тан и внедрен ряд технологических схем с валовой и селективной выем­ кой пластов длинными очистными забоями, которые позволили значи­ тельно повысить качество добываемой руды, снизить затраты на обога­ щение руды на фабриках и на складирование отходов, потери полезного

ископаемого в шахте. Кроме этого, внедрение новых технологических схем позволило уменьшить деформации земной поверхности и снизить связанные с ними затраты, а также повысить производительность труда. В настоящее время на месторождении интенсивно ведутся работы по созданию оборудования и внедрению селективной выемки калийных пластов. Применение селективных схем является приоритетным направ­ лением в развитии технологии выемки калийных пластов на Старобинском месторождении.

Подземная разработка Третьего калийного пласта, а с 1989 года и I ка­ лийного горизонта осложняется газодинамическими явлениями (ГДЯ), которые происходят при ведении подготовительных и очистных горных работ. Газодинамические явления происходят в виде: внезапных выбро­ сов соли и газа; обрушений (разрушений) пород кровли (почвы), сопрово­ ждающихся газовыделениями; отжимов призабойной части пород, сопро­ вождающихся звуковыми эффектами, разрушением и выносом разрушен­ ной породы в выработку. Внезапность, большая энергия и высокая скорость разрушения массива соляных пород при газодинамических явле­ ниях приводят к травмированию, а иногда к гибели шахтеров, разруше­ нию дорогостоящего горного оборудования, значительным простоям вы­ сокопроизводительных добычных комплексов, создают психологическую

исоциальную напряженность в рабочих коллективах рудников. Статисти­ ческие данные о газодинамических явлениях и потенциально выбросо­ опасных геологических нарушениях в калийных рудниках РУП «ПО “Беларуськалий”» на 01.01.2005 г. представлены в табл. 1.2.

Как видно из табл. 1.2, с начала эксплуатации на месторождении официально зарегистрировано 224 газодинамических явления, которые по типам распределились следующим образом: внезапные выбросы соли

игаза — 7 (3 %), инициированные (управляемые) выбросы соли и газа — 32 (14%), обрушения, сопровождающиеся газовыделениями — 102 (46 %), отжимы призабойной части пласта — 83 (37 %). В среднем на Старобинском месторождении ежегодно происходит 6 газодинамиче­ ских явлений. Наибольшую опасность для шахтеров представляют вне­ запные выбросы соли и газа, которые, как правило, заканчиваются траги­ чески (рис. 1.5). Статистика потенциально выбросоопасных геологиче­ ских нарушений показывает, что ежегодно на Третьем калийном пласте

входе горных работ встречается в среднем 5 геологических нарушений. Всего на месторождении с начала его эксплуатации было встречено 215

потенциально выбросоопасных геологических нарушений, при этом вне­ запные и инициированные выбросы соли и газа произошли в 39 случаях, в 128 случаях пересечения геологических нарушений, выбросов соли и газа не было, в 50 случаях геологические нарушения не пересекались горными выработками (были оставлены в целиках или массиве).

Т а б л и ц а 1. 2

Статистические данные о газодинамических явлениях

ипотенциально выбросоопасных геологических нарушениях

вкалийных рудниках РУП «ПО “Беларуськалий”»

Теологические нарушения не были пересечены горными выработками

За истекшие три десятилетия решению проблемы газодинамических явлений в условиях Старобинского месторождения были посвящены ра­ боты А. В. Андреева, С. С. Андрейко, Л. В. Былино, В. Б. Вагина,

A.Н. Земскова, А. С. Кириченко, О. В. Ковалева, В. С. Ливенского,

Н.Г. Матвиенко, В. В. Мещерякова, Р. С. Пермякова, В. Н. Плескунова,

Н.М. Проскурякова, Ю. Г. Сиренко, А. Ю. Трофимова, В. Д. Фоминой,

B.В. Яхеева и других ученых, в которых обобщен накопленный факти­ ческий материал, решены теоретические и практические задачи. Однако, несмотря на достигнутые успехи, практика ведения горных работ в ка­ лийных рудниках РУП «ПО “Беларуськалий”» свидетельствует о том, что проблема газодинамических явлений на месторождении и в настоя­ щее время остается актуальной.

Газодинамические явления происходят в виде суфлярных газовыделений и внезапных выбросов соли и газа на Индерском борно-калийном месторождении, расположенном в пределах купола Индер. Месторожде­ ние находится в центральной части Прикаспийской впадины на севе­ ро-западе Республики Казахстан [25-28]. В условиях соляно-купольных структур первоначальная последовательность отложений в процессе формирования соляных куполов нарушена. Разрез калиеносной зоны

впределах месторождения подразделяется на две подзоны: нижнюю

иверхнюю.

Породы верхней подзоны располагаются выше главного ангидрито­ вого горизонта, а отложения нижней подзоны — ниже ангидритов (рис. 1.6). В разрезе нижней подзоны на Индерском месторождении выде­ ляются два калийных горизонта, разделенных пластами каменной соли. Нижний (первый) калийный горизонт сложен сильвинитами и имеет мощ­ ность 5,0-15,0 м. Породы второго калийного горизонта подразделяются на две пачки (нижнюю и верхнюю). Породы нижней пачки представлены сильвинитами, полигалит-сильвинитовой породой. Верхняя пачка пред­ ставлена сильвинитами, полигалит-сильвинитами и сильвин-галитовыми породами. Породы нижней и верхней пачек разделены прослоем камен­ ной соли. Мощность этого горизонта изменяется от 10,0 до 100,0 м. В гео­ логическом разрезе верхней подзоны выделяется три горизонта калийных солей. Первый (нижний) горизонт на Индерском месторождении состоит из карналлит-кизеритовых, карналлит-галитовых пород и сильвинитов. Мощность горизонта изменяется от 7,0 до 30,0 м. Второй снизу калийный горизонт этой подзоны получил название промежуточного и развит в ос­ новном на юго-востоке купола. Он сложен сильвинитами, сильвин-поли- галитовыми и сильвин-галитовыми породами с карналлитом и кизеритом. Общая мощность этого калийного горизонта верхней подзоны составляет 4,0-35,0 м. Третий снизу калийный горизонт на месторождении имеет ши­ рокое распространение и литологически сложен сильвинитами, силь­ вин-галитовыми и полигалит-галитовыми породами с карналлитом и ки­ зеритом. Мощность горизонта изменяется от 5,0 до 30,0 м. На месторож­ дении ведется эксплуатационная разведка подземными горными выработками трех калийных горизонтов верхней подзоны на глубине 300 м от поверхности. Эксплуатационная разведка ведется сетью горных выработок 100 х 100 м. Горные выработки преимущественно горизон­ тальные — штреки, квершлаги и орты. Сечения выработок изменяются от