книги / Технология подземной разработки калийных месторождений

А.С. Кириченко

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ШБРОСООПАСНОСТИ СОЛЯНЫХ ПОРОД РЕСТАВРАЦИОННЫМ СПОСОБОМ

(Ленинградский горний институт)

Практика разработки Верхнекамского и Старобинского месторож­ дений калийных солей показывает, что динамическое проявление гор­ ного давления в форме внезапных выбросов соли и газа наблюдается не повсеместно и не регулярно, а в определенных зонах соляных по­ род, называемых выбросоопасными. Эти зоны имеют сравнительно не­ большие размеры, случайное распределение по пластам, что создает особую технологическую сложность и цредъявляет повышенные требо­

нако в выбросоопасных зонах вариации численных параметров свойсте возрастают, наблюдается своего рода разрыв параметрического ряда. Очевидно, что начало разрыва является началом перехода пород из неопасного состояния в выбросоопасное. Незначительные геометри­ ческие размеры зон, случайное размещение их в толще пород указы­ вают, что надежность прогнозирования может достигаться только ло­ кальными способами и цикличность цроцесса в отсутствие региональ­ ного прогнозирования определяется требованиями технологии горных работ.

Таким образом, прогнозирование выбросоопасности должно быть неотъемлемой частью технологического цроцесса добычи калийной ру­ ды на пластах, отнесенных к выбросоопасным. Способ црогнозирования при этом должен базироваться на физических основах выбросоопасности Г13 и выбранный информативный показатель или несколько показателей должны однозначно определять состояние выбросоопас­ ности, поскольку в противном случае результаты прогноза не могут

ти, физико-механические свойства и напряженное состояние массива• Поэтому в качестве критериев в различных методиках прогнозирова­

тов АБ и "Красный П" в качестве критерия используется скорость нарастания давления газа в шпуре (методика ВШИГалургии). При этом, как цравило, численная величина критериев выбирается до ме­ тоду сравнения измеряемых параметров выбросоопасных и невыбросо­

цримером такого строения выбросоопасных зон являются мульды погру­ жения третьего калийного пласта Старобинского месторождения. Они включают газоносные, брекчированные породы ядра диаметром 7*20 м, которые заключены в оболочку из более уплотненных основных пород пласта. Оболочку мульды от полого залегающих основных пород калийно­ го пласта можно условно отделить по началу его прогиба или падения.

выбросоопасной зоны изменяется от нормальной к более плотной в обо­ лочке и к менее плотной в ядре, вокруг зоны должно существовать поле напряжений, качественно похожее в диаметральной плоскости на поле вокруг выемки в массиве. Строение условной выбросоопасной зоны в форме мульды погружения и характеризующее ее поле напряжений по­ казаны на рис. I , а .

Сущность способа прогнозирования выбросоопасных зон соляных пород[ 9 ] заключается в извлечении, дешифровке и анализе информации, получаемой цри растворении соляной породы в специальных уоловиях, применительно к прогнозированию выбросоопасности. Представим себе, что по мере подвигания фронта очистных работ, в каждом цикле шпу­ ровым методом с опережением забоя отбираются образцы породы на анализ. Известно [ 9 ] , что цри растворении в цриборе проб, изготов­ ленных из отобранных образцов, вследствие усадки породы или сжатия раствора [ю] и газовыделения из породы нарушается равновесие га­ зообразной фазы, что численно выражается в приращении величины дав-

ления в приборе. Величина этого цриращения определяется из зависи­ мости:

Коэффициент объемной усадки соляного компонента при растворе­

составом компонента, строением кристаллов и структур и, что самое главное, уровнем действовавших в массиве локальных напряжений. Поэтому цри условии сохранения постоянной концентрации раствора коэффициент объемной усадки будет уменьшаться с увеличением плот­ ности соляного компонента в едисталле. Предполагая наличие обрат­ ной связи между газоносностью породы и ее плотностью в массиве, можно заключить, что максимальное значение коэффициента газонос­ ности соответствует ядру выбросоопасной зоны, а минимальное - по­ родам зоны уплотненных пород. На рис. I, 5 показаны идеальные, сопряженные с масштабом выбросоопасной зоны, барограммы пород раз­ личной газоносности: дрс - негазоносная порода; дрп - газоносная порода. Таким образом, барограмма реально отражает основные фак­ торы выбросоопасной соляной породы: газоносность и нацряженное состояние.

Анализ опытных данных показывает, что влияние каждого из коэффициентов на барограмму различно. С погрешностью, не превыша­ ющей 10$, коэффициент объемной усадки для соляных пород данного

пласта можно считать величиной постоянной и тогда ордината баро­ граммы будет определяться только газоносностью породы. В этом случае для перехода от величины приращения давления (ордината барограммы) к выбросоопасности необходимо установить выбросоопас­ ный уровень газоносности породы, т .е . следует заранее иметь эта­ лонную барограмму выбросоопасности для данного пласта или участка. Используя известные положения энергетической теории выбросоопас­

общей газоносности, достаточной для реализации внезапного выбро­

зоносности выбросоопасных зон калийных пластов Верхнекамского и Старобинского месторождений изменяется от 0,01 до 9,4# [ 3 ] . В этой связи численную величину остаточной газоносности, как крите­ рия выбросоопасности, определенную по формуле (I) для данного пласта или участка, необходимо уточнить экспериментально. Суть уточнения заключается в том, что имеющуюся для пород данного плас­ та статистику по газоносности сравниваем с газоносностью породы тех выбросоопасных зон пласта, где произошли внезапные выбросы

для порода анализируемого участка;

-абсолютная величина среднего (стандартного) приращения давления в приборе для невыбросо­ опасных зон пласта или участка;

Кх р - критериальное значение отношения приращений. Приращение давления в приборе измеряется от относительного

"нуля", за который цринимается барометрическое давление во время цроведения опыта.

Исследования выбросоопасности реставрационным методом, вы­ полненные опытным участком ПО "Уралкалий” на руднике БКПРУ-3, по­

Для невыбросоопасных зон сильвинитового пласта АБ, на котором про-

7. Кириченко А.С. Безопасность горных работ вблизи мульд по1руаения / / Безопасность труда в промышленности, 1984, J6 4.

С.38-42.

8.Красюк Н.Ф. Влияние газоносности на прочность соляных по­ род / / Разработка соляных месторождений: Межвуз.сб. науч.трудов/

УДК 622.272.63

Г.В. Афанасенко, Б.Ю. Давиденко, О.А. Подпорина

ОПЕРАТИВНЫЙ ПРОГНОЗ ВЫБРОСОВ КАРНАЛЛИТА

(Московский горный институт)

По заданию ПО "Уралкалий" Московский горный институт выпол­ няет исследования по разработке методов оперативного прогнозиро­ вания выбросов карналлита*). Актуальность таких работ связана с необходимостью совершенствования технологии разработки карналли­ та, в частности, за счет освоения механической отбойки.

Склонность массива карналлита к выбросам при его разработке определяется механическим состоянием массива Boipyr очистного за­ боя, которое зависит от црочностных и деформационных свойств это­ го массива, содержания в нем защемленного газа, уровня, вида и динамики изменения напряженно-деформированного состояния (НДС). При этом выбросоопасная ситуация может создаваться не только при достижении одним или несколькими из перечисленных факторов каких-то пороговых значений, но и при таких совокупных сочетани­ ях этих факторов, когда они индивидуально еще далеки от порого­ вых величин.

1йтурные исследования, проводимые в действующих забоях с целью оперативного прогноза выбросоопасности, должны быть минималь­ но трудоемки, выполняться с использованием простейшей аппаратуры в максимально сжатые сроки, и в то же время иметь достаточно высокую точность. Этими условиями определяются требования к выбору методов и средств оперативного црогноза.

Известные методы, позволяющие решать поставленные задачи, в большинстве случаев не обеспечены серийной аппаратурой для шахт, опасных по газу и пыли. В связи с этим в данных исследованиях бы­ ли приняты такие методы экспресс-наблюдений, для которых в короткие сроки можно организовать серийный выпуск необходимой аппаратуры, - акустический и электрометрический методы оценки состояния массива. Оценивались также геологические и горнотехнические условия отработ­

заключается в счете акустических импульсов, издаваемых выходящими пузырьками защемленного микровключенного газа при растворении кар­ наллита в воде.

Электрометрический метод, основанный на измерении величины удельного электрического сопротивления массива, позволяет косвен­ но оценивать уровень напряжений, а также контролировать пористость этого массива и степень его нарушенности. Этот метод требует цростого аппаратурного обеспечения, которое может быть скомплектовано из серийных приборов, а недостающие узлы можно изготовить даже в условиях рудника. Недостатком этого метода является необходимость контактов с массивом, однако эти контакты могут быть подвижными, что позволяет увязать их с работающим в забое оборудовании цри комбайновой выемке карналлита. Разработанный в МШ комплект аппара­ туры для оцределения электрического сопротивления массива карналли­ та црошел опытно-промышленные испытания [ 4 ] .

Статистический анализ выбросов, произошедших на Первом Берез­ никовском руднике за 15 лет, выполненный по маркшейдерским данным, позволил выявить ряд геологических и технологических параметров, характеризующих степень выбросоопасности очистного забоя цри буро­ взрывной выемке [ 2 ] . Наиболее информативными и ответственными за выбросоопасность являются характеристики складчатости кровли разрабатываемого пласта, оцределявдие уровень и вид НДС массива

в очистном забое* Для описания складчатости 1фовли при прогнозе выбросоопасности цредложены такие параметры, как скачок мощности и кривизна Щ)овди.

Для црогнозирования явлений, зависящих от многих факторов, необходимы достоверные результаты. В большинстве случаев нет чет­ кой границы или порогового значения наблюдаемой величины, которые бы разделили, нацример, выбросоопасные и безопасные ситуации в за­ бое. Часто значения наблюдаемого параметра имеют некоторую общую

оценивать неизвестные параметры. При исследовании нескольких пара­ метров необходимо найти однозначный ответ, т .е . привести различные показатели к одному знаменателю. Обычно это невозможно из-за раз­ ной физической природы оцениваемых факторов и тогда интуитивно вводятся весовые поцравочные коэффициенты, которые не всегда уда­ ется правильно определить при большом числе наблюдаемых парамет­ ров.

Свободны от этих недостатков методы диыфиминантного анализа, хорошо развитые в математической статистике. Эти методы позволяют находить единое критериальное выражение для множества наблюдаемых параметров, оценивать значимость каждого из них. Критериальные вы­ ражения находятся на основе так называемых обучающих выборок, в ко­ торых представлены результаты наблюдения для опасных и безопасных