CC BY
26
УДК 622.831.322
Н.А.САЛАМАТИНА
Пермский государственный технический
университет
О ЛОКАЛЬНОМ ПРОГНОЗЕ ЗОН, ОПАСНЫХ ПО ГАЗОДИНАМИЧЕСКИМ ЯВЛЕНИЯМ, НА ЮГО-ВОСТОЧНОМ УЧАСТКЕ ШАХТНОГО ПОЛЯ РУДНИКА БКПРУ-2 ОАО «УРАЛКАЛИЙ»
Дана характеристика геологических условий отработки калийных пластов на Верхнекамском месторождении. Рассмотрены методы прогноза и способы предотвращения газодинамических явлений. Выполнен анализ применяемой методики геологического прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям. Приведены решающие правила для прогноза газодинамических явлений в условиях рудника БКПРУ-2. Построены карты зон, опасных по газодинамическим явлениям, для юго-восточной части шахтного поля.
Geological conditions of potash layer mining at the Verkhnekamskoe deposit are characterized. Forecasting methods and techniques to control gas-dynamic phenomena are described. Currently applied technique of geological forecasting for areas characterized with gas-dynamic phenomena is analyzed. Decision procedures are given for gas-dynamic events forecasting in conditions of the BUPRU-2 mine and hazardous zones, characterized with gas-dynamic phenomena, are mapped in the South-Eastern part of the mine field.
Верхнекамское месторождение калийных и калийно-магниевых солей - крупнейшее в России. Калийные пласты распространены на площади около 3,6 тыс.км2 (около 130 км в меридиональном направлении и до 40 км в широтном). В соляной толще выделяют снизу вверх: подстилающую каменную соль мощностью от 50 до 515 м, силвинитовую зону средней мощностью 21 м, сильвинито-карналлитовую зону мощностью от 21 до 115 м и покровную каменную соль средней мощностью 22 м.
Соляная толща месторождения перекрыта отложениями соляно-мергельной и терригенно-карбонатной толщ обшей мощностью 250-270 м (рис.1). Промышленными являются пласты Кр.Ш, Кр.П, А, Б и В. Из них основное промышленное значение имеют сильвинитовые пласты АБ (пласты А и Б отрабатываются совместно и условно считаются одним пластом) и Кр.П. Особенность Верхнекамского месторождения -безводность соляных отложений и обильная обводненность пород, вмещающих соляную залежь.
Центральную часть месторождения отрабатывает ОАО «Сильвинит» (г.Соликамск), южную - ОАО «Уралкалий» (г.Березники). В ОАО «Уралкалий» входит три рудника БКПРУ-1, БКПРУ-2 и БКПРУ-4. Второй Бе-резниковский рудник отрабатывает запасы Дурыманского участка, расположенного в центральной части южной половины Верхнекамского месторождения.
Соляная залежь в средней части участка имеет мульдообразный прогиб, открытый в юго-западном направлении. Средний угол наклона оси мульды не превышает 1°. С западной стороны мульда ограничена восточным крылом Березниковского антиклинального поднятия, имеющим здесь угол 2°. Восточное крыло мульды имеет плавное поднятие под углом 1 °. По горным выработкам отмечается интенсивная складчатость промышленных пластов АБ, Кр.П. Направление осей складок, в основном, северозападное и меридиональное.
В настоящее время на руднике полностью отработаны запасы юго-западной части, отрабатываются запасы северо-восточной
а к Л X " ГЯ О) Т й г 2 -а 3 н м и
о Э Л и 2
м Я в 4 ° О н 5 ч г
к цдцд^-; -• 1,10/0,75
и-к 6,10
И |] 1,66/0,55
3-й 2,25
3 1 0,75/0,50
ж-з 3,25
к я оа О н Ж 1 1 [щ|.цда-: 0,90/0,70
Е-Ж 4,20
а ч Е ^
ч 7,40/3,10
ЕС 1
О, 53 а Д-Е 3,45
о н 1
..... 8,10/2,75
я X д г 1 ЩШ1114* 1 *
а
-а — Г-Д 2,90
и [Ци.Д'-.К-
г и 7,70/2,50
в-г 2,20
в шш 6,60/2,80
Б-В 2,30
Б 11 ХЦ-У^^Г* * 2,80/1,40
А | 1,40
- А-Кр1 2,00
се Кр1 1 1,30
ва о Кр1-Кр11 1,45
н § Я КрИ = 5,50
ва »а Кр1-КрШ 1,80
ч
6,50
и КрШ |
А А А
1
2
3
БКПРУ-2
4
Рис.1. Верхнекамское месторождение калийных солей 1 - границы Соликамской впадины; 2 - границы соляной толщи; 3 - граница калийной залежи; 4 - шахтные поля рудников; 5 - каменная соль; 6 - сильвинит красный; 7 - сильвинит полосчатый; 8 - сильвинит пестрый;
9 - карналлит
и начинается отработка юго-восточной части шахтного поля. Отработка запасов рудника осложнена наличием глинистых прослойков, из-за чего кровля выработок очень неустойчива. Большую опасность представляют газодинамические явления (рис.2).
Второй Березниковский рудник является самым опасным из рудников Верхнекамского месторождения по газодинамическим явлениям. Наиболее газонасыщеными являются контакт пласта Кр.1 с пластом каменной соли Кр.1 - А' и пласт В (карналлит).
Б Г
А
В
Б-
В Г
III
IV
Б-В
Б
А
А'-
Кр.1
Kp.II-
Kp.I
V
В
Б-В
Б
А
А'-
Kp.I
Kp.I
Рис.2. Примеры газодинамических явлений на Верхнекамском месторождении калийных солей
На руднике проводятся региональный, окальный и текущий прогнозы. В качестве етода предотвращения газодинамических [влений применяют профилактическое и ащитное бурение дегазационных шпуров. окальный прогноз выбросоопасных зон на уднике осуществляется по методике, раз-аботанной Уральским научно-исследова-ельским и проектным институтом галургии АО «Галургии»).
Прогноз проводится по геологическим анным. Для регионального прогноза слу-ат данные детальной разведки, а для ло-:ального - данные эксплуатационной раз-едки и бороздового опробования калийных ластов. Генетической основой этого метода рогноза являются следующие положения: икровключенные газы карналлитов и пест-ых сильвинитов являются главным источ-[иком образования свободных газов; высво-юждение микровключенных газов происхо-ит механическим путем в результате тек-онических процессов и физико-химических
вторичных процессов, постоянно протекающих в калийной залежи и приводящих одновременно к метасоматическим изменениям минерального состава сильвинито-карналлитовых пластов; в процессе метасоматоза, интенсивность которого зависит от количества нерастворимого в воде остатка, нарушаются связи между отдельными кристаллами, зернами, блоками, слоями, что приводит к снижению прочностных свойств пород и высвобождению микровключенного газа; в случае, когда метасоматоз не закончился, указанные связи не успевают восстановится на прежнем энергетическом уровне
и руды в этих зонах имеют пониженную
*
прочность .
Сам прогноз зон осуществляется на основании следующих факторов:
• прогнозирование типов руд сильвини-то-карналлитовых пластов Б и В в границах исследуемых участков;
• прогнозирование потенциальных вы-бросоопасных зон с учетом глубины залегания пластов.
Для пласта АБ критерием выбросо-опасности является вероятность появления сильвинита в интервале от 20 до 90 % и содержание нерастворимого остатка более 4 %, для пласта Кр.П - вероятность появления сильвинита в интервале от 50 до 90 %, содержание нерастворимого остатка более 5 % и глубина залегания кровли пласта более 310 м.
В данной работе локальный прогноз для юго-восточной части шахтного поля БКПРУ-2 сделан по методике, разработанной Горным институтом Уро РАН. В основу локального прогнозирования положен комплекс показателей выбросоопасности: существенные различия в характеристиках свойств соляного породного массива, установление при сравнительном изучении
* Руководство по региональному и локальному прогнозам потенциально выбросоопасных зон по геологическим данным для условий Верхнекамского месторождения калийных солей / АО «Галургия». Пермь, 1996. 21 с.
опасных и неопасных по выбросам геологических условий. Исходя из современной теории физико-геологического механизма образований очагов газодинамических явлений (ГДЯ), можно предположить, что зоны, опасные по ГДЯ, имеют отличные от неопасных зон определенные параметры массива. Поэтому в математической постановке задача прогнозирования опасных зон сводится к задаче распознавания образов, т.е. к идентификации состояния соляного породного массива, которое может быть описано конечным набором определенных признаков и свойств.
Процедура прогноза зон, опасных по ГДЯ, заключается в подстановке значений геологических показателей в конкретной точке наблюдения в решающие правила и определении значений дискриминантной функции, полученные на основе робастных
(устойчивых) процедур математической ста*
тистики .
Для пласта АБ разработано два решающих правила. Это связано с тем, что пласт Б на некоторых участках представлен сильвинитом, а на некоторых он смешанного состава.
Для пласта Б сильвинитового состава:
Fр = -19,98 х Xi - 1,16 х X2 + 31,18 х
х X3 - 3,64 х X4 - 747,02 х Х5 + 6,87 х
х Хб - 4,57 х X7 + 310,72 > 0,
где Х1 - мощность пласта Б, м; Х2 - содержание KCl в породах пласта Б, %; Х3 - содержание MgCl2 в породах пласта Б, %; Х4 -содержание NaCl в породах пласта Б, %; Х5 - содержание Br в породах пласта Б, %; Х6 - содержание CaSO4 в породах пласта Б, %; Х7 - содержание нерастворимого остатка в породах пласта Б, %.
1 - 1
: : 7 ВП
А д - — 9 ВП
А 1 13 ВП
15 ВП
- 17 ВП
А 1 □ 2
Рис.3. Прогнозная карта зон, опасных по газодинамическим явлениям, на пласте АБ юго-восточной части шатного поля БКПРУ-2
Решающее правило для смешанных солей пласта Б:
Fр = -1,39 х Х1 + 0,06 х Х2 - 0,66 х
х Хз - 0,05 х Х4 - 40,24 х Х5 - 1,46 х х Х6 - 1,3 х Х7 + 23,73 > 0.
На основании бороздового опробования была построена прогнозная карта зон, опасных по газодинамическим явлениям, на пласте АБ юго-восточной части шахтного поля БКПРУ-2 (рис.3).
Как видно из рис.3, около 50 % участка на пласте АБ относится к зоне, опасной по газодинамическим явлениям. Зона, опасная по ГДЯ, распространяется на восточные панели 5, 7 и 9. В то же время панели 15 и 17 почти полностью неопасны по газодинамическим явлениям. По мере появления новых проб карта будет уточняться. На данный момент более достоверны данные только в районе панели 11. О прогнозе на панелях 15 и 17 можно говорить только условно, так как бороздового опробования по ним еще нет.
* Руководство по прогнозу зон, опасных по газодинамическим явлениям, для рудников ОАО «Уралкалий» / ГИ УрО РАН. Пермь, 2004. 13 с.
