2835.Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных и

Секция 5. Разработка месторождений полезных ископаемых

ления количества скважин с выделениями газа в зависимости от расстояния от скважины до контура залежи. На рис. 2 представлена обобщенная гистограмма распределения количества скважин с газопроявлениями от расстояния до контура.

Рис. 2. Обобщенная гистограмма распределения количества скважин с газовыделениями

По оси абсцисс – расстояние от контура нефтяной залежи до скважины с газовыделениями с интервалом 1100 м; по оси ординат – количество скважин, из которых произошли газовыделения для каждого интервала. На шаге до «0» показано количество скважин, в которых произошли газопроявления на контуре и внутри залежей. Анализ гистограммы показывает, что количество скважин с выделениями газа равномерно убывает в зависимости от расстояния до нефтяного месторождения (структуры). Так, на контуре и внутри нефтяных залежей были зафиксированны газовыделения из 33 скважин; на расстоянии от 0 до 1100 м, от 1100 до 2200 м и от 2200 до 3300 м газовыделения наблюдались из 26, 22 и 9 скважин соответственно.

Анализ полученных результатов показывает, что количество газопроявлений и их местоположение зависит от местоположения нефтяных залежей. Дальнейшее изучение эффекта территориальной совмещенности и закономерностей влияния нефтегазоносности нижележащих отложений Соликамской впадины позволит исследовать и разработать технологию локализации участков газодинамической опасности на Верхнекамском месторождении калийных солей и целенаправленно применить профилактические мероприятия по предотвращению интенсивных газовыделений и газодинамических явлений.

391

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

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. – С. 5–6.

2.Анализ геологического строения и оценка возможности разработки нефтяных месторождений, расположенных под толщей калийно-магниевых солей Верхнекамского месторождения Пермской области / В.И. Галкин [и др.]. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2005. – С. 41–52.

3.Андрейко С.С. Газовыделения при бурении геолого-разведочных скважин на Верхнекамском месторождении // Вентиляция шахт и рудников. Аэропылегазодинамика горных выработок: сб. науч. тр. – Ленинград: Изд-во ЛГИ, 1987. –

С. 16–20.

392

Секция 5. Разработка месторождений полезных ископаемых

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЗОНОСНОСТИ СОЛЯНЫХ ПОРОД ПО СВЯЗАННЫМ ГАЗАМ МЕТОДОМ РАСТВОРЕНИЯ

А.О. Макаров, С.С. Локис

Научные руководители – канд. техн. наук, доцент О.В. Иванов,

Е.А. Нестеров

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Представлены методика определения газоносности соляных пород по связанным газам (метод растворения), результаты исследований и закономерности распределения газоносности соляных пород по связанным газам, как по геологическому разрезу, так и по типу пород на Половодовском участке Верхнекамского месторождения калийных солей.

Многолетняя практика ведения горных работ на сильвинитовых пластах Верхнекамского месторождения калийных солей показала, что разрабатываемые пласты являются опасными по газу и газодинамическим явлениям. В связи с планируемым вовлечением в отработку калийных пластов на территории Половодовского участка Верхнекамского месторождения калийных солей возникает необходимость оценить газоносность и компонентный состав газов.

Газоносность пород определяется объемом газа, приходящимся на единицу массы или объема породы, и его составом. При ведении подземных горных работ природный газ, находящийся в соляных породах, выделяется в атмосферу выработок. Учитывая многокомпонентность состава газов Верхнекамского калийного

а также потенцированный эффект их совместного присутствия, при ведении горных работ, следует уделять должное внимание тщательному изучению газоносности соляных пород. В настоящее время газоносность и компонентный состав свободных и связанных газов на Половодовском участке не изучены. В связи с этим для выполнения требований нормативных документов и обеспечения безопасности ведения горных работ в условиях Половодовского участка Верхнекамского месторождения калийных солей проводились экспериментальные исследования газоносности и компонентного состава свободных и связанных газов в породах продуктивной толщи, результаты которых представлены в данной работе (рис. 1, 2). Количественные данные о газоносности продуктивных пластов и вмещающих пород используются при разработке и корректировке методики прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям.

Для выполнения экспериментальных исследований по оценке газоносности соляных пород по связанным газам используется прибор ОГ-1М (рис. 3) для измерения усадки соляной породы и газовыделения из нее при растворении.

Общая формула для определения выделившегося газа из образца породы имеет следующий вид:

393

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

где ∆р1 и ∆р2 – приращение давления газа в приборе при изменении его свободного пространства на ∆v = const – суммарное приращение объема свободного пространства прибора, Па; ∆рП – приращение давления газа в приборе, вызванное выделением газа и усадкой породы в растворе, Па; РБ – величина атмосферного давления, Па.

Рис. 1. Диаграмма среднего содержания горючих газов в породах продуктивной толщи Половодовского участка (об. %)

Глубина залегания, м

Газоносность, м3/м3

Рис. 2. Распределение газоносности по глубине скважины 1КСС Половодовского участка

394

Секция 5. Разработка месторождений полезных ископаемых

Для проведения анализа компонентного состава газов используются современные газовые хроматографы 450-GC компании Varian, Inc. Хроматографы газовые Varian 450-GC представляют собой универсальные стационарные лабораторные приборы. Хроматограф состоит из основного блока, включающего термостат с детекторами и колонками, блок ввода проб, блок контроля газовых потоков и систему управления и обработки данных.

Для определения компонентного состава газов в отобранных пробах используется метод абсолютной калибровки. Объемную долю компонентов газа вычисляют сравнением площадей соответствующих компонентов на хроматограммах испытуемого газа и градуировочной газовой смеси, записанных при одинаковых условиях испытания.

Площадь пика S, мм2, вычисляют по формуле

S = h · a · b,

где h – высота пика, мм; a – ширина пика, измеренная на половине высоты, мм; b – масштаб записи хроматограммы.

Для получения и оценки хроматограмм испытуемого газа и градуировочной смеси применяется программный комплекс Galaxie, который позволяет в автоматическом режиме получать калибровочные зависимости площади пиков от объемной доли исследуемого компонента. Объемная доля каждого компонента в испытуемом газе Xi, в процентах, также автоматически вычисляется по формуле

Xi = Ei · Si/SE,

где Ei – объемная доля компонента i в градуировочной смеси, %; Si – площадь пика компонента i испытуемого газа, мм2; SE – площадь пика компонента i в градуировочной смеси, мм2.

Рис. 3. Прибор объемомер ОГ-1М для определения газоносности соляных пород по связанным газам

395

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

Список литературы

1. Полянина Г.Д., Земсков А.Н., Падерин Ю.Н. Технология и безопасность разработки Верхнекамского калийного месторождения. – Пермь: Перм. кн. изд-во. –

1990. – 262 с.

2.Земсков А.Н., Кондрашев П.И., Травникова Л.Г. Природные газы калийных месторождений и меры борьбы с ними. – Пермь, 2008. – 414 с.

3.Кириченко А.С. Определение избыточной газоносности соляных выбросоопасных пород и растворимых газоносных веществ: метод. указания. –

Л., 1984. – 14 с.

4. Намиот Ю.А. Растворимость газов в воде: справ. пособие. – М.: Недра, 1991. – 126 с.

396

Секция 5. Разработка месторождений полезных ископаемых

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТРЕНИЯ НА ЗНАЧЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СОЛЯНЫХ ПОРОД ПРИ СЖАТИИ ОБРАЗЦОВ РАЗЛИЧНОЙ ВЫСОТЫ

И.А. Морозов

Научный руководитель – канд. техн. наук, доцент И.Л. Паньков Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Проведены экспериментальные исследования по сжатию образцов каменной соли различной высоты при определенных коэффициентах трения между торцами образца и плитами пресса. Получены зависимости механических показателей соляных пород от отношения высоты к диаметру образца и коэффициента трения между торцами образца и плитами пресса.

Ключевые слова: одноосное сжатие, механические показатели, торцевые условия, коэффициент трения, предел прочности, разрушающая деформация, удельная энергоемкость деформирования.

Геомеханическое обеспечение безопасных условий ведения горных работ на всех стадиях горного производства предполагает наличие объективной информации о свойствах пород, базирующейся на современных экспериментальных и теоретических методах их определения. Данное требование особенно актуально для месторождений калийно-магниевых солей, особенность разработки которых связана с необходимостью сохранения сплошности водозащитной толщи, нарушение которой может привести к затоплению калийного рудника. В этой связи необходимым условием безопасности ведения горных работ является соответствие параметров системы разработки горно-геологическим условиям конкретных отрабатываемых участков с учетом физико-механических свойств извлекаемых и вмещающих пород.

При расчете параметров системы разработки одним из основных показателей устойчивости горных выработок является предел прочности на одноосное сжатие. Обобщая результаты предыдущих исследований [1–5], можно утверждать, что значение предела прочности, получаемое при сжатии, в значительной степени зависит от величин сил трения между торцами образца и плитами пресса. С возрастанием силы трения фиксируется увеличение значения предела прочности, при этом интенсивность ее влияния на получаемое значение предела прочности с увеличением высоты образца снижается. Рост трения между образцом и нажимными плитами пресса вызывает формирование неоднородного напряженного состояния его приконтактных зон, что выражается в образовании «конусов уплотнения». Напротив, снижение трения ведет к столбчатому разрушению образца за счет прорастания субвертикальных трещин. Несмотря на существенное влияние трения на характер деформирования и разрушения соляных пород, ни в одной из указанных работ определение коэффициента трения не проводилось.

Исследование влияния коэффициента трения между торцами и плитами пресса на механические показатели пород при сжатии образцов различной высоты

397

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

проводилось на примере 50 образцов тонкосреднеслоистой каменной соли УстьЯйвинского участка Верхнекамского калийного месторождения.

Коэффициенты трения (табл. 1) определялись на универсальном испытательном комплексе MTS 816 на образцах высотой 30 мм и диаметром 100 мм для контактов: «соль – фторопласт», «соль – металл», «соль – абразивный материал» (абразивный материал – шкурка марки 12-H СФЖ У1С).

Испытания на сжатие проводились на образцах диаметром 100 мм и отношением высоты к диаметру 0,75; 1,00; 1,25; 1,50 на испытательной установке ToniNorm 2041 при определенных ранее торцевых условиях с применением специально изготовленных металлических, фторопластовых и абразивных прокладок. По результатам экспериментов на сжатие каждого образца строилась полная диаграмма деформирования, по которой определялся следующий комплекс механических показателей: предел прочности (σпр), разрушающая деформация (εпр), удельная энергоемкость деформирования (W). Характер влияния коэффициента трения покоя между торцами образца и плитами пресса при сжатии образцов каменной соли различной высоты на определяемые показатели представлен на рисунке.

Рис. Характер влияния коэффициента трения покоя µ и отношения высоты к диаметру образца h/d на механические показатели, определяемые при сжатии образцов каменной соли: а – предел прочности; б – разрушающая деформация; в – удельная энергоемкость деформирования. Черным показаны значения показателей, полученные при испытаниях при контакте «соль – фторопласт» (µ = 0,05); красным – «соль – металл» (µ = 0,30); синим – «соль – абразивный материал» (µ = 0,50)

398

Секция 5. Разработка месторождений полезных ископаемых

По результатам регрессионного анализа экспериментальных данных получены зависимости для определения предела прочности σ0, разрушающей деформации ε0 и удельной энергоемкости деформирования W0, значения которых соответствуют условиям «идеального» одноосного сжатия:

X0 = X / (1 + aµ bmc),

где X0 = σ0, ε0 или W0 – значение предела прочности, разрушающей деформации или удельной энергоемкости деформирования соответственно в условиях «идеального» одноосного сжатия; X = σпр, εпр или W – значения показателей механических свойств каменной соли, полученные при сжатии образцов с отношением вы-

В ходе экспериментальных исследований по изучению влияние торцевых условий на механические показатели соляных пород при сжатии образцов различной высоты определены коэффициенты трения контактов: «соль – абразивный материал», «соль – металл», «соль – фторопласт»; проведены экспериментальные исследования по сжатию образцов каменной соли различной высоты при определенных ранее торцевых условиях; получены зависимости, позволяющие вычислить значения механических показателей, соответствующие одноосному сжатию, по результатам экспериментов на сжатие образцов произвольной высоты при произвольном коэффициенте трения покоя между торцами образца и плитами пресса.

Результаты проведенного комплекса исследований предназначены для совершенствования методики определения физико-механических свойств соляных пород при сжатии образцов в лабораторных условиях.

Список литературы

1.Проскуряков Н.М., Пермяков Р.С., Черников А.К. Физико-механические свойства соляных пород. – Л.: Недра, 1973. – 271 с.

2.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.

399

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

3.Баклашов И.В. Геомеханика: учебник для вузов: в 2 т. Т. 1. Основы геомеханики.– М.: Изд-во Моск. гос. горн. ун-та, 2004. – 208 с.

4.Прочность и деформируемость горных пород / Ю.М. Карташов, Б.В. Матвеев, Г.В. Михеев, А.Б. Фадеев. – М.: Недра, 1979. – 269 с.

5.Свойства горных пород и методы их определения / Е.И. Ильницкая, Р.И. Тедер, Е.С. Ватолин, М.Ф. Кунтыш. – М.: Недра, 1969. – 392 с.

400