3263

РЕГИОНАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ ГАЗОНОСНОСТИ

Д. т. н. Г. Д. Полянина, И. В. Иванова, О. В. Иванов (ПГТУ)

Газовый фактор - важнейший из исходных горно-геологических условий, который необходимо учитывать при выборе технологических решений, способов проветривания и специальных меооприятий по обес­ печению безопасных условий труда при разработке газоносных сильвинитовых и карналлитовых пластов.

Газоносность соляного массива крайне неравномерна и может из­

залегания. По тому или иному геологическому показателю с опреде­ ленной долей вероятности можно судить об условиях формирования со­ ляной толщи, которые, в свою очередь, обусловливают местонахожде­ ние газонасыщенных зон в массиве.

Анализ литологических, тектонических, стратиграфических и ге­ охимических характеристик соляного массива дает основание говорить об их различии в газоносных и негазоносных участках. Определение критерия деления конкретного шахтного поля на зоны с равной газо­ носностью является главной задачей исследований в данном направле­ нии. Этим критерием может служить совокупность геологических пара­ метров, совпадающих с параметрами (аналогами) в местах зафиксиро­ ванных газовыделений или газодинамических явлений (ГДЯ).

Проведенный статистический анализ геологических параметров в местах зафиксированных газовыделений и газодинамических явлений по

известными геологическими параметрами. На основании регрессионного анализа получена функция вероятности наличия газонасыщениых зон в зависимости от конкретных горно-геологических параметров.

очаговых скоплениях - величины максимального сжимающего напряжения массива.

В зависимости от термодинамических условий в пласте газовые смеси могут находиться в газовой, жидкой или твердой фазе, в сво­ бодном, сорбированном, растворенном (в соляных растворах) или гидратном состояниях, являясь, наряду с минералами, слагающими поро­ ду, и влагой равноправным компонентом породного массива.

Гавовые включения в нетронутом горном массиве, как и другие, обладают определенными физическими свойствами, например упру­ гостью, сжимаемостью. При достаточно большой газоносности, напри­ мер поровой, характерной для выбросоопасных участков пластов, ко­ торая может достигать у карналлита 17%, такую породу можно расс­ матривать как газопородный агрегат со статистически средневзвешен­ ными свойствами твердых минеральных компонентов и сжатых пузырьков газа.

Существенно отличающимися будут и свойства участков массива» содержащих крупные газовые включения - до нескольких сотен и даже тысяч кубометров газа (при атмосферном давлении и обычной темпера­ туре).

Так» насыщенная поровыми газами порода обладает» по сравнению с обычной» пониженной до четырех раз и более прочностью при повы­ шенных упругих свойствах. Наличие слоевого скопления газа означает (при попадании этого участка в призабойную разгруженную зону мас­ сива вокруг горной выработки и его дегазации) в дальнейшем разрыв сплошности массива в месте бывшего газового скопления со всеми вы­ текающими отсюда последствиями - изменениями механических свойств массива» его напряженно-деформированного состояния» газовыделениями и газодинамическими явлениями.

К МЕХАНИЗМУ ВЫБРОСОВ СОЛЯНЫХ ПОРОД И ГАЗОВ

Д.т. н. Г. Д. Полянина, А. Э. Черноиванов (ПГТУ)

Внезапный выброс соляных пород и газов - сложный физический, газодинамический процесс. Нашими исследованиями установлено, что выбросоопасные породы (карналлит Верхнекамского месторождения, ка­ менная соль Индерского борнокалийного месторождения) обладают по­ вышенной пористостью и поровой газоносностью. Характерной особен­ ностью солей, по сравнению с выбросоопасным углем,является наличие внутрикристаллического газа в виде микроскопических включений, за­ полняющих вакансии в узлах кристаллической решетки либо находя­ щихся между ними, с давлением до 30 МПа, что превышает величину возможных значений максимальных напряжений массива Потенциальная энергия упругого сжатия кристалла, таким образом, складывается из энергии упругой деформации твердой части кристалла и газовых пу­ зырьков. При определенных соотношениях газовой и твердой составля­ ющих изменяется и соотношение составляющих этих энергий. Очевидно, что при величине энергии газа, превышающей прочность "стенки" кристалла при растяжении или сдвиге, происходит его разрушение. Установлено, что этот процесс является существенным фактором выбросоопасности, так как связи между кристаллами за счет межкристал­ лического газа разрушаются легче, чем сами кристаллы. Разрушение самих кристаллов, частичное иди полное, при внезапных выбросах со­ ли и газа происходит всегда За счет этого образуется "мука” из­

мельченный материал выброса - и происходит дробление значительной части породы до отдельных кристаллов, а более крупные куски и по­ рода в стенках полости выброса находятся в разрыхленном состоянии,

НЕКОТОРЫЕ УТОЧНЕНИЯ МЕХАНИЗМА ВНЕЗАПНЫХ ВЫБРОСОВ СОЛЕЙ И ГАЗОВ

А. Э. Черноиванов (ПГТУ)

Работами Пермского государственного технического университе­ та, посвященными механизму выбросов соляных пород и газов, выявле­ но влияние газоносности на прочностные и деформационные свойства соляных пород. Однако это влияние изучено недостаточно. Анализ по­ казывает, что газ вызывает охрупчивание пород в одних случаях со снижением прочности, в других - с увеличением прочностных свойств. Цри наличии свободного газа наблюдается снижение контактной проч­ ности и пластичности пород.

При разработке выбросоопасных участков пластов напряжения в породах, окружающих горные выработки, превышают их прочность на растяжение или сдвиг и поэтому породы, прилегающие к контуру выра­ ботки, разрушаются. Разрушающиеся породы продолжают принимать участие в общей работе горного массива Динамический эффект возни­ кает в результате энергообмена между элементами массива горных по­ род. Немаловажную роль в этом процессе играет газ, присутствующий в массиве в различных фазовых состояниях.

Анализировалась способность к энергопоглощению разрушающегося элемента и способность к накоплению и отдаче энергии нагружающей системы. Процесс энергопоглощения оценивается по полной диаграмме

деформирования разрушаемого элемента, а энергоотдача - по диаграм­ ме разгрузки. Динамические эффекты создает энергия, неусвоенная разрушающимся элементом в процессе энергообмена

Были проанализированы полные диаграммы энергопоглощения соля­ ных пород, различающихся содержанием в них свободных и связанных газов. Выявлено, что по прочности, энергопоглощению до и за преде­ лом прочности, по модулю спада и другим характеристикам соли силь­ но различаются. Однако явственно прослеживаются некоторые законо­ мерности. Так, с увеличением газоносности наблюдается увеличение крутизны спада запредельной ветви диаграммы "напряжение-деформа­ ция", т. е. наблюдается увеличение хрупкости пород и соответственно повышается возможность энергообмена в виде газодинамического явле­ ния. Наряду с этим, прослеживается снижение предела прочности по­ род и увеличение доли упругих деформаций. Установлены сильные за­ висимости энергопоглощения от вида напряженного состояния, скорости энергоподвода Во всех случаях изменения напряженного сос­ тояния массива приводят к появлению аномальных зон, в которых нап­ ряжения в несколько раз превосходят прочность пород. Механическое разрушение, вследствие нарушения связи между отдельными кристалла­ ми, зернами, блоками, слоями, ведет к высвобождению рассеянного в породах газа, который участвует в дораэрушении и выносе разрушен­ ной породы в выработку.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВАРИАНТЫ ОТРАБОТКИ ПОЛОГИХ КАЛИЙНЫХ ПЛАСТОВ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА УМЕНЬШЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РУДЫ НА КОНЕЧНЫЕ ОСЕДАНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Д.т. н. Г. И. Кравченко,к. т. н. ЕГ. Артемов, Е. R Челпанова (ПГТУ)

В результате анализа геомеханических процессов, протекающих в рудном теле и вмещающих породах при выемке руды чередующимися уз­ кими и широкими камерами, установлено, что после разрушения междукамерных целиков в кровле формируется новая несущая система, сос­ тоящая из ленточных целиков с трапецеидальной формой поперечного сечения, которые разделены сводами, образовавшимися в кровле над широкими камерами, ф и устойчивых обнажениях пород кровли в сводах и нагрузке на трапецеидальные целики, не превышающей предел их

длительной прочности, полости сводов не оказывают влияния на ко­ нечные оседания земной поверхности. Эго свойство положено в основу разработанных вариантов выемки руды.

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ ВОЗМОЖНОСТЬ ПОВЫШЕНИЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ РУДЫ БЕЗ УВЕЛИЧЕНИЯ СКОРОСТИ ОСЕДАНИЯ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

К.т. н. В. Г. Артемов (ПГТУ)

Предлагается повысить извлечение руды ва счет последователь­ ного чередования двух широких целиков через один узкий. В этом случае оседание пород кровли происходит в два этапа: за счет раз­ рушения широких и узких целиков и эа счет разрушения целиков, сформировавшихся в кровле в результате обрушения ее пород над уз­ кими целиками. Разделение процесса оседания на два этапа и позво­ лит уменьшить потери руды в целиках без увеличения скорости оседа­ ния вемной поверхности.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЧЕРЕДУЮЩИХСЯ ШИРОКИХ И УЗКИХ ЛЕНТОЧНЫХ ЦЕЛИКОВ

Е. В. Челпанова (ПГТУ)

Несущая способность устанавливается исходя иэ предположения, что рядом находящиеся разноширокие целики деформируются с одинако­ вой скоростью, ф и этом используются зависимости несущей способ­ ности целиков от соотношения размеров их поперечного сечения и от скорости их деформирования:

гг= v('g/Ai<f)b +'?

Л- высота целика, м;

Q - относительная скорость деформирования целикаЛ/и.

ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ СОЛЯНЫХ ПОРОД КАЛИЙНЫХ РУДНИКОВ

В. Е Токсаров (ГИ УрО РАН)

Безопасные условия ведения подземных горных работ во многом зависят от величины и характера распределения напряжений во вмеща­ ющих породах. Особенно это актуально для рудников Верхнекамского калийного месторождения, отработка которых связана с необходи­ мостью сохранения сплошности водозащитной толщи.

Для оценки напряженного состояния соляных пород произведены натурные измерения напряжений на руднике СКРУ-3. Измерения выпол­ нялись методом щелевой разгрузки, сущность которого заключается в измерении деформаций краевой части массива при прорезке его плос­ кой щелью. Для получения полного тензора напряжений измерения про­ изводились в двух взаимно перпендикулярных выработках, вне зоны влияния очистных работ. Напряжения ненарушенного массива рассчиты­ вались по измеренным деформациям методом конечных элементов на персональном компьютере IBM PC 286.

В результате измерений установлено, что на шахтном поле руд­ ника СКРУ-3 напряженное состояние пород ненарушенного массива близко к гидростатическому распределению. Сопоставление горизон­ тальных напряжений показало, что в широтном направлении напряжения на 15-30 % выше, чем в меридиональном, что свидетельствует о нали­ чии тектонической составляющей. Вертикальные напряжения определя­ ются весом вышезалегающей толщи пород.

Результаты шахтных исследований используются при геомеханических расчетах устойчивости подземных горных выработок.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ И ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ КОНТАКТОВ СОЛЯНЫХ ПОРОД

Кт. н. И. Е Дудырев, К JLПаньков (ГИ УрО РАН)

Слоистое строение продуктивной толщи пород Верхнекамского ка­ лийного месторождения существенно осложняет технологию его отра­ ботки. Для учета влияния слабого звена, каким является глинистый