РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ГАЗОНОСНОСТИ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРОД В ВЫРАБОТКАХ ОКОЛОСТВОЛЬНОГО ДВОРА РУДНИКА ГРЕМЯЧИНСКОГО ГОКА

Аннотация

Гремячинское месторождение калийных солей расположено на юге Волгоград- ской области в Котельниковском районе. В настоящее время его освоение и разработку осуществляет ООО «ЕвроХим-ВолгаКалий». Для промышленного освоения запасов калийных солей на Гремячинском месторождении ведется строительство рудника по добыче сильвинитовой руды с производственной мощностью 7,3 млн. тонн в год для последующей ее переработки в калийные удобрения на обогатительной фабрике. По характеру связи с породой газы подразделяются на свободные, связанные и растворенные. Свободные газы находятся в открытых макропорах и трещинах породы под давлением, теоретически достигающим величины напряжений массива. Связанные газы представлены газами сорбированными, к которым относятся газы, удерживаемые на поверхности открытых микротрещин и пор, и газами окклюдированными, которые содержаться в закрытых порах горных пород. Методика проведения экспериментальных исследований газоносности и газоди- намических характеристик пород базального доломит-ангидрит-галитового пласта, пластов перекрывающей каменной соли и калийно-магниевых солей в условиях рудни- ка Гремячинского ГОКа включала: определение газоносности пород по свободным га- зам и определение компонентного состава свободных газов при условии их истечения из исследовательских шпуров [1, 2]. В ходе исследований по существующей методике в забоях горных выработок околоствольного двора бурились шпуры диаметром 42 мм на глубину до 4,0 м, выполнялись замеры объема свободных газов, выделившихся из за- герметизированных шпуров и начального давления газов в загерметизированной части шпура, установившегося за 30 сек. Производился отбор проб выделившихся свободных газов для определения компонентного состава свободных газов, а также отбирались об- разцы пород для определения газоносности по связанным газам. Химический анализ 313 ----------------------- Page 314----------------------- состава свободных газов и связанных газов проводился на газовом хроматографе СР- 450 GC компании Varian. Методика определения газоносности пород по связанным газам заключается в замере объема выделившихся газов при сухой механической дезинтеграции образцов пород с постоянным контролем давления и температуры в изолированном от атмосфе- ры сосуде, а также в отборе и хроматографическом анализе компонентного состава га- зов [3, 4]. В результате выполненных шахтных исследований установлено, что газонос- ность по свободным газам доломитовых, ангидритовых и ангидрит-галитовых пород 3 3 базального доломит-ангидрит-галитового пласта не превышает 0,05 м /м , что практи- чески на порядок ниже значения повышенной газоносности (0,4 м3 3 /м) и в 100 раз ниже газоносности соляных пород, опасных по газодинамическим явлениям. Максимальное начальное давление свободных газов в массиве не превышает атмосферное, начальная скорость газовыделения менее 0,03 л/мин, что также в 50-100 раз ниже начальной ско- рости газовыделения в газоносных и выбросоопасных соляных породах. Химический анализ компонентного состава свободных газов показал отсутствие в составе выделившихся газов горючих компонентов. Таким образом, установлено, что доломитовые, ангидритовые и ангидрит- галитовые породы базального доломит-ангидрит-галитового пласта в выработках око- лоствольного двора рудника Гремячинского ГОКа не газоносны по свободным горю- чим и ядовитым газам. 3 3 Газоносность по свободным газам каменной соли не превышает 0,20 м /м , что в 3 3 два раза ниже значения повышенной газоносности (0,4 м /м) и в 5 раз ниже газоносно- сти соляных пород, опасных по газодинамическим явлениям. Максимальное начальное давление свободных газов в массиве не превышает 0,191 МПа, начальная скорость га- зовыделения менее 0,05 л/мин, что также в десятки раз ниже начальной скорости газо- выделения в газоносных и выбросоопасных соляных породах. Отбор проб на анализ компонентного состава свободных газов в галитовых породах пласта перекрывающей каменной соли из-за низкого объема выделившихся газов не проводился. Газоносность по свободным газам карналлитовых пород в забое вспомогатель- 3 3 3 3 ного транспортного уклона № 1 изменяется от 0,15 м /м до 1,16 м /м , при среднем 3 3 значении 0,30 м /м . Максимальное начальное давление свободных газов в массиве со- ставило 0,207 МПа, начальная скорость газовыделения при этом составила 0,44 л/мин. Компонентный состав свободных газов: СН - 32,31%; Н - 4,69%; СН - 0,436%; СН 4 2 2 6 3 8 - 0,020%; iСН - 0,001%; nСН - 0,005%; N - 62,51%; СО и другие газы - 0,02%. 4 10 4 10 2 2 3 3 Средняя газоносность по условному метану составляет 0,48 м /м . Суммарное содержа- ние горючих газов (метан + водород) составляет 37,01%. Суммарное содержание угле- водородов метанового ряда - 0,463%. Газоносность по свободным газам карналлит-галитовых пород изменяется от 0,02 м3 3 3 3 3 3 /м до 0,32 м /м , при среднем значении 0,17 м /м . Максимальное начальное давление свободных газов в массиве составило 0,193 МПа, начальная скорость газовы- деления при этом составила 0,21 л/мин. Газоносность по свободным газам сильвинитовых пород в забое камеры навески 3 3 3 3 исполнительного органа изменяется от 0,02 м /м до 2,12 м /м , при среднем значении 3 3 0,31 м /м . Максимальное начальное давление свободных газов в массиве составило 0,225 МПа, начальная скорость газовыделения при этом составила 1,09 л/мин. Средний компонентный состав свободных газов: СН - 20,99%; Н - 6,48%; СН - 0,493%; СН 4 2 2 6 3 8 - 0,077%; iСН - 0,040%; nСН - 0,117%; iСН - 0,114%; nСН - 0,082%; nСН 4 10 4 10 5 12 5 12 6 14 - 0,028%;N - 71,52%; СО и другие газы - 0,05%. Средняя газоносность по условному 2 2 314 ----------------------- Page 315----------------------- 3 3 метану составляет 0,48 м /м . Суммарное содержание горючих газов (метан + водород) составляет 27,47%. Суммарное содержание углеводородов метанового ряда - 0,95%. Таким образом, установлено, что породы пласта перекрывающей каменной соли в выработках околоствольного двора и уклонах, вскрывающих продуктивный пласт, рудника Гремячинского ГОКа малогазоносны по свободным газам. Карналлитовые, карналлит-галитовые и сильвинитовые породы пласта калийно-магниевых солей весь- ма газоносны, при этом значения газоносности их в отдельных замерах достигают зна- чений в выбросоопасных соляных породах. Газоносность пород базального доломит-ангидрит-галитового пласта по связан- 3 3 3 3 ным газам изменяется от 0,006 до 0,054 м /м , при среднем значении 0,025 м /м , что в 4-10 раза ниже значения повышенной газоносности по связанным газам газоносных и выбросоопасных соляных пород. Минимальное значение газоносности по связанным газам отмечается в ангидритовых породах, максимальное значение - в доломитовых. По компонентному составу связанные газы - метаново-азотные. Максимальное содер- жание метана в составе связанных газов - 7,6% обнаружено в доломитовых породах. При этом суммарное содержание углеводородов метанового ряда достигает 8,35%, со- держание азота - 83,45%. Связанные газы в процессе ведения горных работ в атмосфе- ру горных выработок не выделяются. Для выделения связанных газов в атмосферу гор- ных выработок необходимо разрушение (измельчение) горных пород до пылеобразного состояния с размером частиц 1×10-4 ÷ 1×10-6 м. Газоносность галитовых пород пласта перекрывающей каменной соли по свя- 3 3 3 3 занным газам изменяется от 0,016 до 0,033 м /м , при среднем значении 0,028 м /м , что в 5 раз ниже значения газоносности по связанным газам соляных пород, опасных по газодинамическим явлениям. По компонентному составу связанные газы - метаново- азотные. Максимальное содержание метана в составе связанных газов - 3,74%. При этом суммарное содержание углеводородов метанового ряда достигает 0,57%, содер- жание азота - 95,63%. Газоносность сильвинитовых пород пласта калийно-магниевых солей по связан- 3 3 3 3 ным газам изменяется от 0,012 до 0,040 м /м , при среднем значении 0,029 м /м , что также в 5 раз ниже значения газоносности по связанным газам соляных пород, опасных по газодинамическим явлениям. По компонентному составу связанные газы - метано- во-азотные. Максимальное содержание метана в составе связанных газов - 18,99%. В составе связанных газов сильвинитовых пород обнаружен водород, максимальное зна- чение которого достигает 1,23%. При этом суммарное содержание углеводородов ме- танового ряда достигает 0,88%, содержание азота - 78,83%. Газоносность карналлитовых пород пласта калийно-магниевых солей по связан- 3 3 3 3 ным газам изменяется от 0,011 до 0,072 м /м , при среднем значении 0,039 м /м , что почти в 2 раза ниже значения газоносности по связанным газам соляных пород, опас- ных по газодинамическим явлениям. Максимальное значение газоносности по связан- ным газам (0,072 м3 3 /м), зафиксированное в линзе карналлитовых пород в пласте ка- лийно-магниевых солей в забое камеры навески исполнительного органа, приближается к значениям газоносности по связанным газам соляных пород, опасных по газодинами- ческим явлениям. По компонентному составу связанные газы - метаново-азотные. Максимальное содержание метана в составе связанных газов - 24,10%. В составе свя- занных газов карналлитовых пород также обнаружен водород, максимальное значение которого достигает 0,65%. При этом суммарное содержание углеводородов метанового ряда достигает 0,21%, содержание азота - 74,98%. Данные о газоносности по свободным и связанным газам пород базального до- ломит-ангидрит-галитового пласта, пластов перекрывающей каменной соли и калий- но-магниевых солей распространяются на площадь месторождения, в пределах кото- 315 ----------------------- Page 316----------------------- рой осуществляется проходка выработок околоствольного двора рудника Гремячин- ского ГОКа. На других участках шахтного поля рудника Гремячинского ГОКа необ- ходимо проводить дополнительные исследования для количественной оценки газо- носности пород.