О ПОДХОДАХ К ГЕОМЕХАНИЧЕСКОМУ ОПИСАНИЮ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В СЛОИСТОМ ГАЗОНАСЫЩЕННОМ СОЛЯНОМ МАССИВЕ

  • А.К. ФЕДОСЕЕВ Горный институт УрО РАН

Аннотация

Условием реализации газодинамических явлений (ГДЯ) является наличие газо- вых скоплений в приконтурной части породного массива. В случае, когда эти газовые скопления приурочены к глинистым прослойкам и слоям в соляных породах, геомеха- ническими предпосылками к проявлению ГДЯ является раскрытие глинистых контак- тов [1,2], что приводит к образованию каналов миграции свободных газов, и формиро- ванию техногенных газонасыщенных зон под воздействием горных работ. В работах [1, 2] было проведено исследование деформирования и разрушения приконтурной части выработанного пространства в процессе выемки продуктивных пластов при наличии в соляном массиве глинистых прослоев для различных способов отработки. Раскрытие глинистых контактов считалось достаточным критерием воз- можности формирования очага ГДЯ. На основе этого критерия определялись локализа- ция и момент возможных внезапных выбросов соли и газа. В то же время исследования, проведенные в работе [3], показали, что величина давления вносит существенный вклад в характер разрушения приконтурной части соляного массива и, собственно, является определяющим фактором возможности ГДЯ. Для предварительной оценки влияния давления газа в глинистых контактах на вероятность реализации ГДЯ в данной работе проводилось математическое моделиро- вание напряженно-деформированного состояния пород почвы в условиях слоевой вы- емки Третьего пласта в рудниках Старобинского месторождения. Постановка задачи в целом повторяет [1,2] - рассматривается продольное сече- ние столба при движении лавы для типового, для Старобинского месторождения, гео- логического разреза (рис. 1). Существенным отличием, по сравнению с предыдущими работами, является наличие постоянного давления в контакте. Результаты математического моделирования деформирования и разрушения пород вокруг выработанного пространства при отходе от монтажного штрека при наличии двух глинистых прослоев в почве лавы представлены на рис. 2. Наличие давления в глинистом контакте влияет как на увеличение амплитуды его раскрытия, так и на общий характер разрушения окружающего массива. В процессе движения лавы происходит рост областей нарушенности в краевых частях раскрытого контакта (рис. 2 а, б). В момент, когда эти об- ласти становятся «сквозными» (рис. 2 в), может произойти динамический отрыв слоя ка- менной соли до раскрытого контакта. При этом, закрытый ранее глинистый контакт рас- крывается (рис. 2 г), что может привести к отрыву и следующего слоя. Таким образом, предложенные в работах [1,2] геомеханические модели позво- ляют решать задачи формирования очагов ГДЯ с учетом давления газа в глинистых прослоях. Результаты моделирования демонстрируют значительное вклад величины давления на возможность реализации ГДЯ. Показано, что при отходе лавы от монтаж- ного штрека создаются условия для формирования многоярусного очага ГДЯ, образо- вавшегося при раскрытии газонасыщенных глинистых контактов. При этом в случае развития газодинамического явления в виде разрушения пород почвы, сопровождаю- щегося газовыделением, разрушение будет происходить в виде последовательного от- рыва слоев ПКС, разделяющих раскрытые контакты. Рис. 1. Обобщенная схема отработки (а) и характерный геологический разрез (б) Старобинского месторождения Рис. 2. Характер разрушения породного массива при отходе от монтажного штрека при наличии давления газа в глинистых прослоях в почве выработанного пространства

Литература

  1. Geo mechanical Estimation of Danger of Gas-Dynamic Failure During Potash Deposits Mining / S. Andreiko, A. Baryakh, S. Lobanov, A. Fedoseev // ISRM European Rock Mechanics Symposium (EUROCK). - 2017. - V. 191. - P. 954-961. DOI: 10.1016/j.proeng.2017.05.266
  2. Барях А.Б. О механизме локализации очагов газодинамических явлений в почве сильвинитовых пластов / А.Б. Барях, С.С. Андрейко, А.К. Федосеев // Вестн. ПНИПУ: Геология. Нефтегазовое и горное дело. - 2017. - Т. 16, № 3.- С. 247-254.
  3. Лобанов С.Ю. Возможные механизмы разрушения кровли выработки под воздействием газового фактора // Стратегия и процессы освоения георесурсов: сб. науч. тр. Вып. 13 / ГИ УрО РАН. - Пермь, 2015. - С. 79-83.
Опубликован
2018-10-01
Выпуск
Раздел
Статьи