ИССЛЕДОВАНИЯ В РАЗЛИЧНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ДИНАМИКИ ИЗМЕНЕНИЯ ВО ВРЕМЕНИ ДАВЛЕНИЯ СВОБОДНЫХ ГАЗОВ В ПОРОДАХ ПОЧВЫ ПОД- ГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК В РУДНИКАХ ОАО «БЕЛАРУСЬКАЛИЙ»

Аннотация

Исследование динамики изменения во времени давления свободных газов в породах почвы подготовительных горных выработок в различных горнотехнических условиях необходимо для выбора эффективного способа предотвращения газодинами- ческих явлений из почвы на сопряжении лава-штрек при отработке слоев II, II-III, III при слоевой выемке Третьего пласта. В соответствии с существующими, в настоящее время, представлениями о ме- ханизме образования очаговых скоплений свободного газа в породах 12 глинисто- мергелистого горизонта аккумуляция свободных газов происходила в зонах динамиче- ского влияния разрывных нарушений. Именно внутренняя структура разрывных нару- шений определяет конкретные условия локализации очаговых скоплений свободного газа в породах Старобинского месторождения калийных солей. В зоне влияния очист- ных горных работ (передового опорного давления) в породах почвы происходит увели- чение или уменьшение давления свободного газа в очаговых скоплениях. Увеличение давления газа в породах почвы горных выработок создает дополнительную нагрузку и активизирует процесс расслоения и разрушения пород, что может привести к новому притоку газа в эти зоны. Такая взаимосвязь между напряженно-деформированным со- стоянием пород почвы, объемом газа и его давлением происходит в виде своего рода «цепной реакции», которая при определенном механическом состоянии пород почвы может привести к их газодинамическому разрушению в виде выброса соли и газа. Исследования проводились на всех рудниках ОАО «Беларуськалий». Всего было пробурено 9 исследовательских скважин на глубину, обеспечивающую перебури- вание контакта с 12 глинисто-мергелистым горизонтом. Скважины надежно гермети- зировались бетонной пробкой с металлической трубкой, к которой через штуцер под- ключался манометр для измерения давления свободного газа в камере. Наиболее часто встречающиеся графики изменения давления свободного газа представлены на рисунке 1. Как видно из рисунка 1 во времени наблюдается постепенный рост давления сво- бодных газов в измерительной камере. Максимум давления свободных газов в измеритель- ной камере был достигнут на 47 сутки наблюдений и составил 0,288 МПа. Далее на графике наблюдается снижение величины давления свободных газов примерно на 40%, которое на 54 сутки наблюдений составило 0,205 МПа. Такая динамика изменения во времени величи- ны давления свободных газов в измерительной камере станции объясняется воздействием на породы почвы передового опорного давления лавы 13н-2. По мере нарастания величины пе- редового опорного давления увеличивалось и давление свободных газов в измерительной камере станции. Спад величины давления свободных газов может быть объяснен изменени- ем газодинамических характеристик пород почвы при их надработке лавой, отрабатываю- щей IV сильвинитовый слой. По-видимому, при достижении величины давления, превы- шающей 0,288 МПа, в породах почвы градиент давления превышает градиент фильтрации. В этом случае под действием передового опорного началась фильтрация газа из измеритель- ной камеры в окружающие породы, и давление понизилось до величины 0,205 МПа. 320 ----------------------- Page 321----------------------- Рис. 1. График изменения во времени давления свободных газов в измерительной камере станции транспортном штреке лавы 13н-2 3РУ В тоже время на некоторых участках наблюдалась картина представленная на рисунке 2. Рис. 2. График изменения во времени давления свободных газов в измерительной камере замерной станции в конвейерном штреке 12А-2 4 РУ 321 ----------------------- Page 322----------------------- Как видно из рисунка 2 во времени наблюдается постепенный рост давления свободных газов в измерительной камере. Максимум значений давления свободных га- зов в измерительной камере был достигнут на 54 сутки наблюдений и составил 0,05 МПа. Далее на графике наблюдается снижение величины давления свободных газов, которое на 69 сутки наблюдений упало до нуля. Такая динамика изменения во времени величины давления свободных газов в измерительной камере станции конвейерного штрека объясняется воздействием на породы почвы передового опорного давления ла- вы 12А-2 и расположением замерной станции в поле лавы на расстоянии от межпа- нельного целика около 47 м. По мере нарастания величины передового опорного дав- ления увеличивалось и давление свободных газов в измерительной камере станции. Спад величины давления свободных газов на 69 сутки наблюдений до нуля с одной стороны может быть объяснен изменением газодинамических характеристик пород почвы при их надработке лавой, отрабатывающей IV сильвинитовый слой. Породы почвы, надработанные лавой 12А-1, несомненно, изменили свои фильтрационные свой- ства. Здесь, по-видимому, давление газа, так же как и в предыдущем случае, превышает градиент фильтрации и газ начинает распределяться по глинистым прослойкам в мас- сиве. Далее на графике вновь наблюдается повышение давления свободных газов в измерительной камере на 89 сутки до величины 0,045 МПа, а затем давление свобод- ных газов на 93 сутки снижается до 0,01 МПа. Далее вновь наблюдается некоторый рост давления свободных газов в измерительной камере, которое, на 98 сутки наблюде- ний, достигает величины 0,028 МПа. По-видимому, такие пульсационные изменения давления свободных газов в измерительной камере замерной станции конвейерного штрека лавы 12А-2 обусловлены: местоположением замерной станции в поле лавы; со- вместным влиянием вариаций величины передового опорного давления и газодинами- ческих характеристик пород почвы; наличием путей фильтрации газа из измерительной камеры. Рис. 3.График изменения во времени давления свободных газов в измерительной камере станции вентиляционного штрека 12А-2 4 РУ 322 ----------------------- Page 323----------------------- На рисунке 3 представлен ещё один характерный график. Такое монотонно на- растающее давление свободных газов наблюдается на участках близкорасположенных к межпанельным целикам. По-видимому, это связано с отсутствием расслоений, по ко- торым газ мог бы мигрировать в массив. На участках, где проводились исследовательские работы по измерению газо- динамических характеристик и газоносности свободных газов, там где были пробурены шпуры до контакта с 12 глинисто-мергелистым горизонтом, давление свободных газов в измерительных станций вообще не фиксировалось или достигало незначительных ве- личин, а потом его значение опускалось до 0 Мпа. Видимо, здесь сказывается эффект дегазации от исследовательских шпуров. Таким образом, можно сделать следующие выводы: • При наличии скопления свободных газов в породах 12 глинисто- мергелистого горизонта по мере приближения очистного забоя происходит нарастание давления свободных газов в замерных станциях. • При превышении градиента давления над градиентом фильтрации, про- исходит фильтрация свободных газов по образовавшимся трещинам и расслоениям в зоне передового опорного давления и падение давления свободных газов в замерных станциях. • Отсутствие в течение длительного времени избыточного давления сво- бодных газов в породах 12 глинисто-мергелистого горизонта в некоторых замерных станциях, расположенных в выемочном столбе даже в зоне передового опорного давле- ния свидетельствует о неравномерном распределении свободных газов в порода 12 глинисто-мергелистый горизонт, обусловленном литологической и тектонической не- однородностью отдельных его участков. • При расстоянии от межпанельных целиков менее 30 м породы почвы находятся в зоне изгиба, которая включает в себя часть зон повышенного горного давления и разгрузки. В пределах этой зоны протекают активные стадии процессов сдвижения, деформирования массива и перераспределения горного давления. В этой области породы почвы еще не имеют фильтрационных каналов, связывающих их с породами, где проявился эффект надработки, т.е. сохраняют при этом запас энергии сжатого газа. Росту давления газа в породах почвы горных выработок в этой области способствует опорное давление на породы почвы междувыработоч- ных целиков. В таких горнотехнических условиях и при таком давлении свобод- ных газов в породах почвы весьма вероятна динамическая форма разрушения в ви- де внезапного выброса соли и газа. • При реализации технологических схем слоевой выемки Третьего ка- лийного горизонта лавами, дегазацию пород почвы целесообразно проводить в подготовительных выработках, пройденных по слоям 2, 2-3, 3. Особенно необхо- дима дегазация на участках, где ширина выработки превышает 3,0 м (сопряжения выработок).