2835.Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных и

Секция 5. Разработка месторождений полезных ископаемых

Рис. 3. Схема расположения машиниста при дистанционном управлении комбайном в зонах, опасных по газодинамическим явлениям, при ведении очистных и подготовительных работ по пласту АБ

ционного) режима управления комбайном позволит повысить безопасность ведения горных работ в прогнозируемых зонах, опасных по газодинамическим явлениям, в условиях шахтного поля рудника СКРУ-3 ОАО «Уралкалий». При развитии ГДЯ рабочие могут быть травмированы разлетающимися кусками породы и частями разрушенного под действием газосолевого потока и ударной воздушной волны горного оборудования. Как показал анализ случаев внезапных отжимов призабойной части пород, расстояние 20 м от пульта управления комбайном является безопасным, так как не отмечалось случаев разлета кусков разрушенной породы и частей горного оборудования на такое расстояние.

Список литературы

1.Андрейко С.С. Газодинамические явления в калийных рудниках: методы прогнозирования и способы предотвращения: учеб. пособие. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007. – 219 с.

2.Петротектонические основы безопасной эксплуатации Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей / Н.М. Джиноридзе [и др.]. – СПб.,

2000. – 400 с.

3.Андрейко С.С. Механизм образования очагов газодинамических явлений

всоляном породном массиве. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 196 с.

4.Долгов П.В., Полянина Г.Д., Земсков А.Н. Методы прогноза и предотвращения газодинамических явлений в калийных рудниках. – Алма-Ата: Наука,

1987. – 176 с.

381

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

СТРУКТУРНО-ТЕКТОНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СТРОЕНИЯ ПЛАСТА АБ 8–9 ПАНЕЛЕЙ РУДНИКА СКРУ-2 ОАО «УРАЛКАЛИЙ»

О.А. Козлова, Э.Г. Сахипгареева

Научный руководитель – Е.В. Зверева Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Объектом исследований является сильвинитовый пласт АБ шахтного поля рудника СКРУ-2 ОАО «Уралкалий». Целью выполнения работы было структурнотектонический анализ пласта АБ панелей 8–9 рудника СКРУ-2 ОАО «Уралкалий». В результате структурно-тектонического анализа сильвинитового пласта АБ выявлены антиклинальные складки третьего порядка. Данные складки на рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей служат очагами газодинамических явлений.

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

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 новые научно обоснованные и экономически оправданные технические решения.

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 [1].

Подземная разработка калийных пластов практически на всех месторождениях мира значительно осложняется газодинамическими явлениями. Некоторые из них – внезапные выбросы соли и газа, обрушения пород кровли, явления комбинированного типа, отжимы призабойной части пород – 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].

Общие сведения о руднике СКРУ-2 ОАО «Уралкалий». Шахтное поле СКРУ-2 расположено в южной части Соликамского участка Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей, имеет ширину (в широтном направлении) 7120 м и длину (в меридиональном направлении) 8500 м. Площадь шахтного поля по границам горного отвода составляет 50,4 км2. С целью расширения рудной базы СКРУ-2 выполнена прирезка запасов от западной части Ново-соликамского участка. Площадь присоединяемого участка составляет 24,2 км2.

382

Секция 5. Разработка месторождений полезных ископаемых

Рудник СКРУ-2 введен в эксплуатацию в декабре 1973 г. с производственной мощностью 7000 т сильвинитовой руды в год. Промышленными пластами являются сильвинитовые пласты АБ, Красный-2, а также пласт В [2].

Шахтное поле рудника вскрыто тремя центрально расположенными стволами № 3, 4, 5. Ствол № 3 – клетевой, служит для спуска материала, оборудования, людей и подачи свежего воздуха. Ствол № 4 – грузовой, оборудован двумя скиповыми подъемами и служит для выдачи руды и исходящей струи воздуха. Ствол № 5 – грузовой.

Для защиты рудника от затопления шахтное поле рудника СКРУ-2 в его новых границах разделено на три гидроизолированных участка. Вскрытие запасов промышленных пластов осуществляется посредством полевых выработок двух рабочих горизонтов с отметками –143 м и –220 м [3].

Газодинамические явления, приуроченные к антиклинальным складкам третьего 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 м до 12 м, ширина – от 20 м до 100 м, длина – до 370 м. В пределах антиклинальных складок 3-го порядка в процессе складкообразования возникают открытые трещины. Согласные и сублатеральные трещины образуются в замковых частях антиклинальных складок 3-го порядка и заполняются свободным газом [4].

Результаты структурно-тектонического анализа сильвинитового плас-

та 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

июжных панельных штреков. В заключении, по результатам цифровой обработки, построены карта изогипс кровли пласта АБ юго-восточных панелей 8–9 (рис. 1)

икарта изогипс кровли пласта АБ юго-западных панелей 8–9 (рис. 2).

На 8–9-й юго-восточных панелях, приуроченных к горизонту –143 м, выявлено местонахождение двух складок, опасных по газодинамическим явлениям:

–первая складка, приуроченная к 9-й панели, находится в пределах коорди-

нат: Х 26000 м – 26450 м, Y 32300 м – 32700 м, амплитудой 15 м;

–вторая складка, приуроченная к 8-й панели, находится в пределах коорди-

нат: Х 27400 м – 27600 м, Y 32200 м – 32450 м, амплитудой 25 м.

Также на северо-востоке 8-й юго-восточной панели прослеживается часть антиклинальной складки третьего порядка, изучение которой будет продолжено при структурно-тектоническом анализе сильвинитового пласта АБ 7-й юговосточной панели.

На 8–9-й юго-западных панелях, приуроченных к горизонту –220 м, выявлено местонахождение одной складки, опасной по газодинамическим явлениям. Она приурочена к северной части 9-й панели и южной части 8-й панели и находится в пределах координат: Х 21100 м – 21300 м, Y 32500 м – 32800 м, амплитудой 13 м.

383

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

Y

Z

X

изогипса пласта АБ

Рис. 1. Карта изогипс кровли пласта АБ 8–9-й юго-восточных панелей

изогипса пласта АБ

Рис. 2. Карта изогипс кровли пласта АБ 8–9-й юго-западных панелей

384

Секция 5. Разработка месторождений полезных ископаемых

Также на северо-востоке 8-й юго-западной панели прослеживается часть антиклинальной складки третьего порядка, изучение которой будет продолжено при структурно-тектоническом анализе сильвинитового пласта АБ 7-й юго-за- падной панели.

Заключение. В результате цифровой обработки геологических разрезов по панельным выработкам были построены карты изогипс кровли пласта АБ для 8–9-й юго-восточной и 8–9-й юго-западной частей шахтного поля рудника СКРУ-2.

По результатам анализа структурно-тектонического строения пласта АБ выделено три антиклинальных складки, расположенных в центральной части 8–9-й юго-восточных панелей, в восточной части 9-й юго-восточной панели; последняя вытянута с юга 8-й юго-западной панели на северо-запад 9-й югозападной панели.

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

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

ках. – М.: Недра, 1980. – 264 с.

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

Недра, 1972. – 180 с.

385

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ЦИФРОВЫХ МОДЕЛЕЙ КАРЬЕРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛАЗЕРНЫХ СКАНЕРОВ

А.И. Лютак

Научный руководитель – канд. техн. наук В.С. Писарев Сибирская государственная геодезическая академия

Рассмотрено трехмерное моделирование и его применение. Приведена технология создания цифровых моделей карьеров с применением лазерных сканеров.

Ключевые слова: лазерное сканирование, цифровая модель, трехмерное моделирование, горная промышленность.

Трехмерное моделирование в настоящее время все чаще применяется в различных сферах деятельности человека. Одной из областей является горная промышленность. Исходными данными для создания трехмерных моделей могут быть данные наземного лазерного сканирования. В горной промышленности такие данные могут быть использованы для 3D-моделирования месторождений, трубопроводов, открытых карьеров и подземных выработок; создания высокоточных цифровых моделей сложных технологических объектов и узлов; инвентаризации и мониторинга; геометрического контроля резервуаров; проектирования объектов обустройства месторождений и т.д. [1, 2].

Наземное лазерное сканирование является самым оперативным и высокопроизводительным средством получения точной и наиболее полной информации о пространственном объекте, в частности о карьере. Суть технологии сканирования заключается в определении пространственных координат точек объекта.

Данные лазерного сканирования представляют собой «облако точек» с набором характеристик для каждой точки. Для обработки материалов сканирования и создания по первично обработанным материалам моделей объектов используется специализированное программное обеспечение. Условно ПО можно разделить на два класса – базовое и дополнительное. Базовое программное обеспечение зависит от используемой аппаратной части и поставляется производителем оборудования. К базовому ПО относятся программы, основными функциями которых являются управление конкретным прибором, аккумулирование данных измерений, генерация пространственных координат точек, трансформация сканов, экспорт данных в обменные форматы. Эти программы обычно «производят» облако точек высокой плотности или триангуляционную сеть. Дополнительные программные средства являются универсальными с точки зрения используемого оборудования, их основное предназначение – построение трехмерных моделей или планов (разрезов, сечений и т.п.) на основе облака точек или исходной сети. Сегодня такое разделение является весьма условным, поскольку производители базового ПО стремятся встраивать в него функции моделирования, классификации точек, распознавания объектов и т.п. [3].

Примеры используемого программного обеспечения:

1.3Dipsos (поставляется со сканерами Trimble, США).

2.RealWorks Survey (поставляется со сканерами Trimble, США).

386

Секция 5. Разработка месторождений полезных ископаемых

3.PolyWorks (поставляется со сканерами Optech, Канада).

4.Riscan PRO (поставляется со сканерами Riegl LMS, Австрия).

5.Cyclone (поставляется со сканерами LeicaGeosystems, США).

6.iQscene 1.1 (поставляется со сканерами iQvolution, Германия). Сканирование производится с точки установки штатива (станции); как пра-

вило, современные сканеры обеспечивают обзор не менее 360× 270 град. Для обеспечения полноты геометрических данных об объекте сканирование последнего выполняется с нескольких станций (позиций на местности). С использованием методов классической геодезии данные, полученные при сканировании, приводятся к единой системе координат. В зависимости от условий и требований технического задания одним сканером за один день на объекте можно выполнить до нескольких сотен станций. При этом на каждой станции в автоматическом режиме выполняются десятки миллионов измерений объекта с точностью 2–5 мм. Миллиметровая плотность покрытия измерениями (точками) позволяет детализировать в итоговой съемке (облаке точек) даже самые маленькие элементы объекта.

Сканирование часто производится в несколько сеансов из-за формы объектов, когда все поверхности просто не видны с одной точки наблюдения. Полученные с каждой точки стояния сканы совмещаются друг с другом в единое пространство в специальном программном модуле. На стадии полевых работ необходимо предусмотреть зоны взаимного перекрытия сканов. При этом перед началом сканирования в этих зонах размещают специальные мишени. По координатам этих мишеней и будет происходить процесс «сшивки». Можно совместить облака точек без мишеней, используя характерные точки снимаемого объекта. По полученным облакам точек строятся TIN-поверхности, представляющие собой трехмерные модели карьера.

В последнее время технология наземного лазерного сканирования все шире используется для решения самых различных задач. Популярность лазерного сканирования растет вполне обоснованно, так как эта технология имеет ряд значимых преимуществ в сравнении с другими более привычными методами измерений.

Преимущества:

♦ Результат лазерного сканирования: огромный массив измерений (облако точек), представленный в единой системе координат. После постобработки – трехмерные цифровые модели, сечения и топографические планы в масштабах

от 1:100.

♦Высочайшая детальность получаемых материалов.

♦Высокая скорость сбора данных.

♦Все данные поступают сразу в цифровом виде.

♦Точность регистрации сканов в общем облаке точек достигает 10 мм.

♦Съемка происходит дистанционно, что исключает риск травмирования персонала в опасных зонах на производстве.

♦Сегодня большинство программ для проектирования имеют возможность загружать и использовать облака точек для моделирования и отслеживания коллизий в процессе строительства.

387

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

Внастоящее время в Сибирской государственной геодезической академии организован маркшейдерско-геодезический центр, на базе которого проводятся работы по апробированию и обобщению технологии создания цифровых моделей открытых горных выработок с применением лазерных сканеров.

Втекущем году выполнена работа, целью которой было создание цифровой модели карьера и подсчет объема добычи полезного ископаемого на производственном объекте по добыче щебня (карьер «Мочище»). В результате выполнения работ получена трехмерная модель карьера, подсчитан объем добычи. Готовая цифровая модель карьера предложена предприятию для дальнейшего использования на производстве. На сегодняшний день она успешно применяется на предприятии.

Список литературы

1.Середович В.А., Иванов А.В. Исследования точности измерений, выполненных наземным лазерным сканером // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр.: Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия»: сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10–20 апреля 2012 г.)

/СГГА. – Новосибирск, 2012. – Т. 3. – С. 134–143.

2.Широкова Т.А., Антипов А.В., Арбузов С.А. Определение изменений на местности с применением данных лидарной съемки // Интерэкспо ГЕО-Сибирь- 2012. VIII Междунар. науч. конгр.: Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология»: сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10–20 апреля 2012 г.) / СГГА. –

Новосибирск, 2012. – Т. 1. – С. 38–45.

3.Наземное лазерное сканирование: монография / А.В. Комиссаров, В.А. Середович, Д.В. Комиссаров, Т.А. Широкова / СГГА. – Новосибирск, 2009. – 261 с.

4.Ковров А.А. Технология определения объемов горных пород в карьерах

и на складах методом наземного лазерного сканирования // Геопрофи. – 2007. –

№2. – С. 10–12.

5.Фрейдин А. Использование технологии лазерного сканирования // Новый уральский строитель. – 2011. – № 3 (110).

388

Секция 5. Разработка месторождений полезных ископаемых

ПРИУРОЧЕННОСТЬ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЙ ПРИ БУРЕНИИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ СКВАЖИН НА ВЕРХНЕКАМСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ К НЕФТЯНЫМ ЗАЛЕЖАМ

Т.А. Лялина

Научный руководитель – д-р техн. наук, профессор С.С. Андрейко Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Объектом исследования являлись газовыделения из геологоразведочных скважин. Целью выполненных исследований являлся анализ данных о газовыделениях и газодинамических явлениях, которые возникали при бурении геологоразведочных скважин с поверхности. В процессе исследований газовыделений, произошедших при бурении геологоразведочных скважин, выполнен анализ условий их возникновения и дана оценка их приуроченности к нефтяным месторождениям и нефтеперспективным структурам.

Ключевые слова: газовыделения, геологоразведочные скважины, соляные породы, нефтяные залежи, нефтеперспективные структуры.

Соляные породы Верхнекамского месторождения являются газоносными. Подземная добыча повсеместно осложнена интенсивными выделениям горючих и ядовитых газов, а также газодинамическими явлениями (ГДЯ), которые представляют угрозу жизни шахтеров, разрушают проходческое и очистное оборудование, останавливают работу рудников [1]. Поэтому следует своевременно осуществлять прогноз и предотвращение газодинамических явлений.

Наряду с этим в пределах территории ВКМКС в подсолевых отложениях нижнего и среднего карбона и верхнего девона на глубинах 1600–2300 м открыто 12 месторождений нефти и 15 нефтеперспективных структур [2]. На сегодняшний день не изучено их влияние на появление газовыделений и ГДЯ в соляной толще. Без этих данных достоверность прогноза газодинамической опасности и эффективность профилактических мероприятий по предотвращению газовыделений

игазодинамических явлений вызывают определенные сомнения. Таким образом, необходимо изучить и учесть влияние эффекта территориальной совмещенности

изакономерности влияния нефтегазоносности нижележащих отложений на механизм образования скоплений свободных газов и очагов ГДЯ в соляном породном массиве. Для этого в первую очередь следует провести обобщение и анализ данных об интенсивных газовыделениях, ГДЯ и геологических условиях их проявления на Верхнекамском месторождении, в том числе при бурении геологоразведочных скважин с поверхности.

Свободные газы в соляных породах находятся под большим давлением, достигающим иногда нескольких десятков атмосфер. Первые сведения о газовыделениях на Верхнекамском месторождении при бурении скважин относятся к 1925 г. При вскрытии солей скважинами процессы газопроявления имеют специфический

характер [3]. Иногда наблюдается лишь вспенивание промывочной жидкости и слышен слабый шум в скважине. В других случаях оно происходит бурно, сопровождаясь выбросами раствора и шлама из скважин. Особо бурные выбросы

389

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

газов имеют место при проходке пластов сильвинито-карналлитовой зоны от Е до В и чаще всего наблюдаются в скважинах, расположенных в присводовых частях и на крыльях антиклинальных структур. Продолжительность газовых выбросов (с учетом пауз) может колебаться от долей часа до нескольких суток и даже недель.

Сведения о газовыделениях, зафиксированных при проходке скважин на территории Верхнекамского месторождения, взятые в отчетах о поисково-оценочных работах, были табулированы и проанализированы. Общее количество скважин, в которых наблюдались газопроявления, – 189.

Диаграмма распределения выделений газа по пластам представлена на рис. 1. По оси абсцисс – количество газопроявлений с интервалом 10; по оси ординат – наименование пласта, из которого произошло газопроявление. Анализ диаграммы показывает, что наибольшее количество газовыделений наблюдалось при проходке пластов сильвинито-карналлитовой зоны. Так, при проходке пласта Е наблюдалось 90 выделений газа, Д – 88, Г – 85, В – 75. Наименьшее количество газопроявлений наблюдалось при проходке каменной соли на интервалах от пласта ПКС до пласта З и от пласта А до пласта ПдКС.

Рис. 1. Диаграмма распределения

Для всех нефтяных залежей Соликамской впадины с шагом 1100 м от контура проводилась оценка количества скважин, в которых наблюдались газовыделения. По результатам полученных данных были построены гистограммы распреде-

390