CC BY
43
DOI: 10.26730/1999-4125-2017-6-31-40
УДК 622.831.332
АНАЛИЗ ФАКТОРОВ ГАЗОНОСНОСТИ И ТЕКТОНИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ СИЛЬВИНИТОВЫХ ПЛАСТОВ В НАДВИГОВЫХ И СДВИГОВЫХ ЗОНАХ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ РУДНИКОВ БКПРУ-2 И БКПРУ-4 ПАО «УРАЛКАЛИЙ»
ANALYSIS OF THE FACTORS OF THE GAS CONTENT AND THE TECTONIC STRUCTURE OF SILVINITE BANKS IN THE OVERTHRUST AND STRIKE-SLIP BELTS OF MINE-FIELDS OF MINE BKPRU-2 AND BKPRU-4 PJSC URALKALIY
Андрейко Сергей Семенович,
доктор техн. наук, заведующий кафедрой e-mail:ssa@mi-perm.ru Andreyko Sergey S., Dr. techn. Sciences, head of Department
Лукьянец Елена Владимировна, ассистент, e-mail: lukyanecev@yandex.ru Lukyanets Elena Vjissistant
Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29.
Perm national research University, 614990, Perm, Komsomolsky Ave., 29.
Аннотация. Анализ геологических условий газодинамических явлений, происходящих в виде явления в виде внезапных выбросов соли и газа из забоя при отработке по пласту АБ, показал, что практически все случаи интенсивных газовыделений при проходке подготовительных выработок на шахтном поле рудника БКПРУ-2 пространственно располагаются в пределах Зырянского сдвига и зоны его влияния. Поэтому предметом исследования в данной статье являются надвиговые и сдвиговые зоны на шахтных полях рудников Березниковского калийного рудоуправления 2 и 4 ПАО «Уралкалий». Целью исследования является разработка рекомендаций по безопасному ведению горных работ опасных по газодинамическим явлениям, в надвиговых и сдвиговых зонах с учетом факторов газоносности и тектонического строения разрабатываемых пластов на шахтных полях рудников БКПРУ-2 и БКПРУ-4 ПАО «Уралкалий». В процессе выполнения научно-исследовательских работ выполнен анализ и обобщение геологической информации на шахтных полях рудников БКПРУ-2 и БКПРУ-4, оцифрованы геологические разрезы, построены детальные структурные карты шахтного поля по пласту АБ и выделены надвиговые и сдвиговые зоны. Выполнена экспериментальная оценка газоносности и газодинамических характеристик пласта АБ и вмещающих пород в надвиговых и сдвиговых зонах на шахтных полях рудников БКПРУ-2 и БКПРУ-4. Разработаны рекомендации по управлению газодинамическими процессами при ведении горных работ в надвиговых и сдвиговых зонах на шахтных полях рудников БКПРУ-2 и БКПРУ-4 ПАО «Уралкалий».
Abstract. The analysis of the geological conditions of gas-dynamic phenomena occurring as a phenomenon in the form of sudden outbursts of salt and gas from the face during development in seam AB showed that practically all cases of intense gas evolution during driving of preparatory headings in the minefield of BKPRU-2 mine are spatially located within the Zyryansky fault and its zone of influence. Therefore, the research subject in this article are thrust and displacement areas in the mine fields of the Berezniki potash mine 2 and 4 of PJSC Uralkali. The purpose of the study is to develop recommendations for the safe management of mining operations dangerous in gas dynamic phenomena in the thrust and displacement areas, taking into account the gas content and tectonic structure of the layers being developed in the mine fields of the BKPRU-2 and BKPRU-4 mines of PJSC Uralkali. In the process of performing research works, geological information was analyzed and generalized in the mine fields of the BKPRU-2 and BKPRU-4 mines, geological sections were digitized, detailed structural maps of the mine field were plotted along the AB seam, and the overthrust and displacement areas were identified. The experimental estimation of the gas content and gas dynamic characteristics of seam AB and enclosing rock in the overthrust and displacement areas the mine fields of the BKPRU-2 and BKPRU-4 mines is performed. The recommendations on the management of gas-dynamic processes in mining operations in over-thrust and displacement areas in the mine fields of the BKPRU-2 and BKPRU-4 mines of PJSC Uralkali are developed.
Ключевые слова: сильвинитовые пласты, газодинамические явления, структурно-тектонические условия, сдвиг, надвиг, компонентный состав, дистанционный режим.
Key words: sylvinite banks, gas-dynamic phenomena, structural-tectonic conditions, fault, overthrust, component composition, remote mode.
Введение
Актуальность выполняемого исследования, подтверждается не мало важным моментом, заключающимся в том, что газодинамические явления из забоя горных выработок в виде внезапных выбросов соли и газа, внезапных отжимов приза-бойной части пород, сопровождающихся газовыделениями, представляют серьезную угрозу жизни
шахтеров. Газодинамические явления данного вида из забоя горных выработок сопровождаются разрушением приконтурной части массива с большой скоростью (до 30 м/с), выносом разрушенной горной породы выработку, интенсивным газовыделением, ударной воздушной волной и звуковыми эффектами. В калийных рудниках известны случаи травмирования шахтеров, в т.ч. с летальным исходом, разрушенной при ГДЯ породой, в результате отброса комбайнов от забоя на значительное расстояние (до 10,0 м на руднике БКПРУ-2) и разрушения ограждающих щитов.
В настоящее время основным мероприятием по защите от поражающих факторов ГДЯ из забоя горных выработок является оборудование проход-ческо-очистных комбайнов оградительными щитами, которые должны выполнять функцию защиты шахтеров от травмирования газосолевым потоком.
Однако, практика ведения горных работ на калийных пластах, опасных по ГДЯ, свидетельствует о недостаточной эффективности применения ограждающих щитов. В отдельных случаях ограждающие щиты при газодинамических явлениях из забоя разрушались и не всегда выполняли функцию защиты шахтеров от газосолевого потока. При этом следует отметить, что профилактические защитные мероприятия по предотвращению газодинамических явлений из забоя и стенок выработок в настоящее время в калийных рудниках при отработке сильвинитовых пластов не применяются, и существует реальная угроза травмиро-
вания шахтеров в призабойной зоне горных выработок.
На рис. 1 представлен случай внезапного выброса соли и газа произошел из стенки выработки 27.12.1978 г. при проходке главного северного вентиляционного штрека по пласту АБ в районе 8 восточной панели на руднике БКПРУ-2. Интенсивность внезапного выброса соли и газа состави-
ла 2,0 т. Анализ геологических условий проявления данного ГДЯ показал, что в месте выброса соли и газа пласт Б пестрого сильвинита частично замещен глиной и каменной солью. Породы в зоне замещения брекчированы и отличаются пониженной прочностью. Геологические условия развития этого газодинамического явления свидетельствуют о том, что очаг внезапного выброса соли и газа располагался в зоне сдвиговой дислокации или в зоне динамического влияния сдвига.
В целом анализ локальных геологических условий проявления внезапного выброса соли и газа показал, что его геологической причиной является очаговое скопление свободных газов, приуроченное к складчатому перегибу, в котором активно проявлялись эпигенетические процессы: дробления и перекристаллизации солей, растяжения и расслоения глинистых прослойков, благоприятных для мобилизации и аккумуляции свободных газов. В региональном плане данный внезапный выброс произошел в зоне динамического влияния Зырянского сдвига.
Результаты исследования газоносности в надвиговых и сдвиговых зонах шахтных полей рудников БКПРУ-2 и БКПРУ-4
В юго-восточной части шахтного поля рудника БКПРУ-2 максимальное значение газоносности соляных пород по свободным газам зафиксировано для пласта АБ на 1 блоке 13 восточной панели - 0,96 м3/м3, при среднем значении 0,39 м3/м3. Максимальное давление свободных газов в масси-
I
Рис. 1. Пример внезапного выброса соли и газа из стенки выработки (пласт АБ, 8-я восточная панель, главный северный вентиляционный штрек, рудник БКПРУ-2).
ве пород при этом составило 0,203 МПа. Максимальное среднее значение газоносности пород пласта АБ зафиксировано в районе 1 блока 17 восточной панели - 0,66 м3/м3.
В северо-западной части шахтного поля рудника БКПРУ-2 максимальное значение газоносности соляных пород по свободным газам зафиксировано для пласта АБ на 2 блоке 10 западной панели - 3,33 м3/м3, при среднем значении 1,08 м3/м3. Максимальное давление свободных газов в массиве пород 0,351 МПа зафиксировано в районе 1 блока 12 западной панели.
По компонентному составу свободных газов в зоне влияния Зырянского сдвига в юго-восточной и северо-западной частях шахтного поля наблюдается следующая тенденция: в составе свободных газов возрастает содержание СН4 - до 49,17%; содержание Н2 возрастает до 1,77%; резко возрастает содержание тяжелых углеводородов С2Н6 -до 7,64%; С3Н8 - до 1,42%; пС4Ню - 0,29%; Ю4Н10 - 0,28%, достигая в сумме 9,63%; содержание азота № снижается до 40,62%. Компонентный состав свободных газов меняется с метано-азотного на азотно-метановый.
Газоносность сильвинитовых пород пласта АБ на исследованных участках шахтного поля рудника БКПРУ-4 изменяется в широких пределах.
Максимальное значение газоносности, равное 1,54 м3/м3, зафиксировано на 6-7 юго-восточных панелях а районе панельного вентиляционного штрека.
Максимальное значение газоносности сильви-нитовых пород пласта КрП на исследованных участках БКПРУ-4 зафиксировано на 2 западном блоке 1 северо-западной панели и составляет 1,58 м3/м3. Максимальное значение газоносности силь-винитовых пород пласта КрШ на исследованных участках шахтного поля рудника БКПРУ-4 зафиксировано на 1 восточном блоке 2 северо-западной панели и составляет 3,42м3/м3.
Максимальное начальное давление свободных газов в массиве на исследованных участках шахтного поля рудника БКПРУ- 4 зафиксировано на пласте КрШ 1 восточного блока 2 СЗП и составляет 0,252 МПа. Максимальное значение начальной скорости газовыделения зафиксировано в очистной камере № 8 на пласте АБ 2 восточного блока 4-5 ЮВП и составляет 1,33 л/мин.
Результаты исследований газоносности пород пласта АБ показывают, что примерно 40% участков с повышенной газоносности пород пласта АБ (более 0,4 м3/м3) приурочено к зонам влияния сдвигов и надвигов.
В целом можно констатировать, что примерно 90% газодинамических явлений на пласте АБ на шахтном поле рудника БКПРУ-4 приурочено к зонам сдвигов и надвигов. Таким образом, на шахтном поле рудника БКПРУ-4 прослеживается приуроченность очагов газодинамических явле-
ний и участков с повышенной газоносностью пород пласта АБ к зонам влияния сдвигов и надвигов.
Анализ структурно-тектонического строения шахтного поля рудника БКПРУ-2
Анализа общего рисунка складчатости северозападной части шахтного поля БКПРУ-2 позволил сделать следующие выводы. В целом с востока на запад от Дурыманского прогиба к Березниковско-му поднятию происходит пологий подъем кровли пласта. Перепад высот от начала панелей до их конца составляет всего 38-54 м. Однако общее моноклинальное падение осложняется наличием двух систем складок: менее выраженных субширотных и более контрастных субмеридиональных, вернее северо-западных, простирающихся по азимуту 350-325°. Отмечено, что по мере подъема в направлении Березниковского поднятия расстояние между осями антиклинальных складок существенно уменьшается. Так в Дурыманском прогибе это расстояние составляет порядка 600-400 м, а в западной части шахтного поля эта величина уменьшается до 300-150 м. Подобная ситуация свидетельствует о почти двукратном увеличении интенсивности складчатости на поднятии по сравнению с прогибом[1,2].
Общий анализ структурно-тектонических условий в северо-западной части шахтного поля показывает, что на пространственное перераспределение свободных газов в северо-западной части БКРУ-2 могли влиять следующие факторы:
1. Положение самого Зырянского сдвига и зоны его влияния. Зафиксированный разворот простирания складок, примыкающих к сдвиговой зоне, дает основание считать, что прилегающий к нему соляной массив был подвержен деформации, в процессе развития которой могли высвобождаться межзерновые и часть внутризерновых газовых включений. Кроме этого сама сдвиговая зона могла служить путем восходящей миграции газонасыщенных водных растворов из подстилающей толщи пород.
2. Пространственное положение границы между участками карналлитового и сильвинито-вого состава пласта Б, как фронта высвобождения газа при замещении первичных солей вторичными и дегазации газонасыщенных водных растворов.
3. Присутствие крупной зоны галитизации, вскрытой на 14 западной панели и являющейся, вероятно, эпицентром радиальной миграции водных растворов, вызвавших сильвинитизацию кар-наллитовых пород. Она контролируется пересечением субширотного прогиба и субмеридионального гребня. Вероятно, в местах пересечения подобных структур и формируются субвертикальные зоны перетока водных растворов и высвобожденных при растворении соляных пород газов и дегазации газонасыщенных водных растворов.
Оцифровка и построение геологических раз-
резов вдоль 10, 14 и 18 штреков западных панелей позволила охарактеризовать складчатость пласта АБ, выявить основные структурные элементы.
Генеральный рисунок складчатости сформирован пликативными нарушениями с поперечным размером 400-1000 м, которые в свою очередь осложнены складками длиной около 200, 50 и 20 м. Строгой соподчиненности между складками не выявлено, что может отражать как несколько этапов пластических деформаций, так и возможное осложнение их рисунка за счет наложения тектонических деформаций, проявленных в зоне Зырянского сдвига.
В целом отмечено, что зеркала складок малого (200, 50 и 20 м) порядка в целом субпараллельны и падают на восток, что согласуется с общими представлениями о движении соляных масс на запад. Однако в пределах более крупных складок они нередко располагаются так, что их зеркала падают в разные стороны. Подобная ситуация объясняется не столько движением соли на запад, сколько поступлением (выжиманием) материала с нижележащих пластов. То есть для малых складок основным механизмом формирования является послойный сдвиг, а для больших - продольное укорочение [3,4].
Наблюдение за взаимоотношением зеркал складчатости соседних складок позволяет выделить два типа субвертикального пластического перегиба пласта: взбросовый (надвиговый) и сбросовый. Предполагается, что в этих зонах соляные породы более деформированы и могут выступать в качестве проницаемых структур.
В процессе проходки горных выработок на 10 и 14 западных панелях было вскрыто около десятка трещин. Разрывные нарушения, особенно открытые, представляют интерес как индикатор возможной формы нахождения скоплений свободных газов, которые при определенных горнотехнических условиях могут реализовать себя в виде газодинамических явлений различного вида.
Анализ исходных геологических материалов и выполненное обследование показали, что трещины имеют незначительную протяженность (0,4-1 м) и малую (до 0,01 м) степень раскрытия. Трещины являются субсогласными и тяготеют к контакту пестрых сильвинитов и карналлититов пласта Б.
Структурная позиция трещин отражает их внутрипластовую природу, а их более частая встречаемость в западной части панелей не может говорить об их связи с каким-либо разрывным нарушением, в частности Зырянским сдвигом (.
Нередко наблюдаемая разнонаправленная (встречная) вергенция складок в пласте А (западная) и В карналлитового состава (восточная) позволяет говорить о различной природе сил определяющих движение солей в каждом из пластов. Вероятно именно разнонаправленное перемеще-
ние материала пластов А и Б провоцирует формирование послойных трещин, а также зон расслан-цевания (грануляции) характерного белого цвета по периферии карналлитового пласта, которые и могут выступать в качестве благоприятных структур для локализации газов и образования потенциальных очагов газодинамических явлений в переходных зонах на контакте пестрых сильвинитов и карналлититов пласта Б [5-7].
Обобщение всех геологических особенностей, результатов детальных структурно-геологических исследований по пласту АБ в юго-восточной и северо-западной частях шахтного поля рудника БКПРУ-2, а также результатов исследований газоносности соляных пород и геофизических аномалий позволяют провести юго-западную и северовосточную границы зоны влияния Зырянского сдвига, а также показать, что сдвиг сопровождается с обеих сторон субпараллельными сателитными зонами более интенсивно деформированных пород, в которых наиболее интенсивно могли происходить процессы мобилизации и аккумуляции свободных газов.
Восточной границей зоны влияния Зырянского сдвига на 13, 15 и 17 восточных панелях считать границу горного отвода с учетом прирезаемой площади в зоне смягчения.
Комплексный анализ геологических особенностей северо-запада БКПРУ-2 и сопоставление с результатами, полученными по данным подземной и наземной геофизики, позволяют ограничить зону влияния Зырянского сдвига, в пределах которой соляной массив претерпел деформации, сопровождающиеся высвобождением газовый фазы и ее аккумуляцией. Наряду с пространством, примыкающим непосредственно к самой сдвиговой зоне, на основе близости к зоне галитизации выделен участок благоприятный по структурным признакам для локализации свободных газов, высвобожденных при протекании эпигенетических процессов в соляном породном массиве либо мигрировавших из массива в такие участки.
На пласте АБ при ведении подготовительных и очистных горных работ в юго-восточной части шахтного поля практически все случаи интенсивных газовыделений пространственно располагаются в пределах Зырянского сдвига и зоны его влияния. Практика ведения горных работ на 7, 9, 11 и 13 восточных панелях показала, что внезапный выброс соли и газа в камере № 192 на 9-й восточной панели и газодинамическое явление из забоя 2-го блокового конвейерного штрека на 13 восточной панели произошли также в зоне влияния Зырянского сдвига.
Весьма интересные результаты получаются при обобщении данных структурно-тектонического анализа, условий проявления газодинамических явлений и результатов изучения
газоносности пласта АБ на шахтном поле рудника БКПРУ-2 (рис.2). Как видно из рисунков четыре газодинамических явления произошло в зоне влияния Троицкого надвига (ТН), 13 газодинамических явлений произошло в зоне влияния листри-ческого сброса (ЛС) и 42 газодинамических явления произошло в зоне влияния Зырянского сдвига (ЗС). Механизм образования очагов этих газодинамических явлений связан, по-видимому, с освобождением связанных газов под воздействием деформационных процессов в зонах влияния сдвигов и надвигов и последующей их аккумуляцией в трещинах и пустотах. Кроме этого формирование очагов примерно 70 газодинамических явлений связано с процессами эпигенетических
изменений соляных пород под воздействием агрессивных водных растворов при их латеральной миграции от крупной зоны замещения продуктивных пластов каменной солью, расположенной на 5, 7 и 9 западных панелях рудника БКПРУ-2. Аккумуляция свободных газов в этом случае происходила, в основном, вблизи контуров развития карналлитовых и смешанных (карнал-лит+сильвинит) пород пласта Б. Результаты исследования газоносности пород пласта АБ показывают, что 70% случаев повышенной газоносности пород пласта АБ (более 0,4 м3/м3) установлено в пределах зоны влияния Зырянского сдвига. Таким образом, на шахтном поле рудника БКПРУ-2 прослеживается приуроченность очагов газодина-
Рис.2. Рельеф поверхности пласта АБ шахтного поля рудника БКПРУ-2: 1- линии Зырянског сдвига (ЗС), Троицкого надвига (ТН), листрического сброса (ЛС); 2 - зона влияния Зырянского сдвига; 3 - зафиксированные газодинамические явления; 4 - характерные газодинамические явления из забоя и стенок выработки; 5 - точки повышенной газоносности; 6 - зоны замещения пласта АБ.
мических явлений и участков с повышенной газоносностью пород пласта АБ к зонам влияния сдвигов и надвигов[8,9].
Анализ структурно-тектонического строения шахтного поля рудника БКПРУ-4
Изучение структурно-тектонических особенностей строения шахтного поля рудника БКПРУ-4 включало анализ структуры складчатости для выявления закономерностей ее строения, а также поиск тектонических факторов, определяющих положение зон эпигенетических преобразований соляных пород как одного из показателей возможной миграции и аккумуляции свободных газов в соляном породном массиве. В настоящее время считается в соответствие с представлениями Н.М. Джиноридзе, что складчатость в солях Верхнекамского месторождения представляет собой результат проявления надвиговых деформаций [10,11]. В соответствии с этим положением предполагаемая генетическая связь надвиговых деформаций и складчатости калийных пластов позволяет использовать структуру пласта для подтверждения и уточнения положения ослабленных, а, следовательно, газонасыщенных и опасных по газодинамическим явлениям, зон.
При анализе структурно-тектонических особенностей геологического строения шахтного поля рудника БКПРУ-4 использовались результаты исследований, полученные д.г.-м.н. И.И. Чайковским в работе [12]. В качестве основы был использован структурный план кровли пласта АБ, построенный по данным геологоразведочных работ с поверхности, подземным скважинам и результатов оцифровки геологических профилей горных выработок.
В соответствии с результатами работы в пределах центральной части шахтного поля кровля пласта АБ представляет собой седловидную структуру, образованную субширотным Легчим-ским структурным выступом и примыкающими к нему с севера Северо-Быгельской синклиналью, а с юга - Дурыманским прогибом. Поверхность этого «седла» осложнена серией синклиналей северозападного простирания. Пространственная близость этих синклинальных перегибов и г-образная форма свидетельствует о том, что они маркируют зоны субгоризонтальных левосдвиговых перемещений. Пространственное сопоставление этих структур с линейными аномальными зонами, выделенными Н.М. Джиноридзе, позволяет в большинстве случаев говорить о совпадении аномалий в строении калийных пластов. Так И.И. Чайковским установлено, что аномалии № 8 на 2-й северо-западной панели, №7 на 2 северо-восточной панели, № 6 в пределах 3-й юго-восточной пане-
ли и № 1 в пределах 1-й юго-восточной панели, относимые Н.М. Джиноридзе к локальным сдвигам и региональному надвигу, совпали с выявленными сдвиговыми зонами. Так же установлено, что аномалии № 4 - «зона локального надвига» и № 5 на 2-й юго-восточной панели - «зона развития трещин отрыва поровым давлением» примыкают или субпараллельны сдвиговым зонам, что говорит об их соподчиненности и связи с единым типом сдвиговых деформаций [12].
Пространственное сопоставление мест газодинамических явлений и участков, в пределах которых экспериментальными исследованиями была установлена повышенная газоносность пород пласта АБ с аномалиями линейного характера (зоны сдвигов и надвигов) и аномалиями нелинейного характера (зонами замещения и поднятиями) на уровне пласта АБ позволили получить новые данные.
Из сопоставления мест газодинамических явлений и участков с повышенной газоносностью пласта АБ с аномальными зонами, выделенными Н.М. Джиноридзе, видно, что к зоне влияния Троицкого надвига приурочено два газодинамических явления и два участка с повышенной газоносностью пород пласта АБ (более 0,4 м3/м3) (рис.3). К южному борту Легчимского поднятия приурочено 5 участков с повышенной газоносностью пласта АБ. В зонах влияния локальных сдвигов отмечено 3 газодинамических явления и 5 участков с повышенной газоносностью пород пласта АБ. В зонах развития трещин отрыва поровым давлением зафиксировано 4 газодинамических явления при отработке пласта АБ. Участки с повышенной газоносностью пород пласта АБ в северной и восточной частях шахтного поля рудника БКПРУ-4, по-видимому, обусловлены другим механизмом образования скоплений свободных газов. В целом можно констатировать, что примерно 90% газодинамических явлений на пласте АБ приурочено к зонам сдвигов и надвигов.
На рис. 3 представлено пространственное сопоставление газодинамических явлений и зон повышенной газоносности пласта АБ с положением зон разубоживания.Как видно из рис.4 к участкам с реликтовым карналлитовым составом пласта В приурочено 5 газодинамических явлений на пласте АБ. В тоже время на участках со смешанным составом (карналлит+сильвинит) и сильвинито-вым составом пласта В на юге шахтного поля произошло 6 газодинамических явлений и отмечен 21 участок с повышенной газоносностью пласта АБ. На севере шахтного поля к участкам со смешанным составом (карналлит+сильвинит) и сильвинитовым составом пласта В приурочено 13 участков с повышенной газоносностью пласта АБ.
Рис. 3 . Пространственное сопоставление газодинамических явлений и зон повышенной газоносности пласта АБ с положением зон разубоживания: 1 - галитизации пласта Кр11; 2 - галитизации пласта АБ; 3 - участков с реликтовым карналлитовым составом пласта В; 4, 5 - положение основных и
второстепенных осей антиклинальных (4) и синклинальных (5) складок пласта АБ; 6 - пластично-сдвиговые зоны в соляной залежи; 7 - зона влияния Южно-Дуринского сдвига; 8 - (буквами обозначены зоны разубоживания контролируемые различными структурами: а- присводовыми частями антиклинальных складок, б - сдвиговыми зонами и местами их перегиба, в - разломами в соляной и надсо-левой части разреза; цифрами обозначен номер локальных аномальных зон выделенных Н.М. Джино-ридзе); 9 - зафиксированные газодинамические явления; 10 - точки повышенной газоносности.
Таким образом, на шахтном поле рудника БКПРУ-4 механизм образования части очагов газодинамических явлений связан, по-видимому, с освобождением связанных (микровключенных) газов под воздействием деформационных процессов в зонах влияния сдвигов и надвигов и последующей их аккумуляцией в трещинах и пустотах. Кроме этого формирование части очагов газодинамических явлений связано с процессами эпиге-
нетических изменений соляных пород под воздействием агрессивных водных растворов при их латеральной миграции от зон замещения продуктивных пластов каменной солью. Аккумуляция свободных газов в этом случае происходила, в основном, вблизи контуров развития карналлитовых и смешанных (карналлит+сильвинит) пород пласта.
Управление газодинамическими процессами при ведении горных работ в надвиговых и сдвиговых зонах на шахтных полях рудников БКПРУ-2 и БКПРУ-4 ПАО «УРАЛКАЛИЙ»
В настоящее время проходческо-очистные комбайны, применяемые при ведении подготовительных и очистных горных работ по пласту АБ на шахтных полях рудников БКПРУ-2 и БКПРУ-4, не оснащены буровыми установками, позволяющими бурить горизонтальные опережающие дегазационные скважины в забой и стенки выработки. Применение комбайнов с барабанным исполнительным органом в зонах сдвигов и надвигов вопрос неопределенной перспективы. Здесь следует отметить, что применение комбайнов с барабанным исполнительным органом позволило бы существенно повысить безопасность ведения горных работ в зонах сдвигов и надвигов за счет визуального контроля забоя и стенок горных выработок. В связи с этим, наиболее реальным мероприятием в сложившейся горно-технической ситуации является применение для проходческо-очистных комбайнов, работающих в зонах влияния сдвигов и надвигов, режима дистанционного управления, а для комбайнов, не оснащенных средствами дистанционного управления - дистанционного включения и выключения с расстояния не менее 20 м от пульта управления комбайном при условии соблюдения требований регламентации последовательности выполнения технологических процессов. Практика применения этого способа управления газодинамическими процессами в зоне влияния Зырянского сдвига на руднике БКПРУ-2 показала его достаточную эффективность с позиции обеспечения безопасности ведения горных работ. Основной мерой обеспечения безопасности рабочих, находящихся в выработке, где может произойти внезапный выброс соли и газа из забоя, стенки или кровли выработки в призабойной зоне, является дистанционное выполнение технологических процессов с расстояния, на котором рабочие не могут быть подвергнуты воздействию поражающих факторов ГДЯ. При внезапных выбросах соли и газа в призабойной зоне рабочие могут быть травмированы разлетающимися кусками породы и частями разрушенного под действием газосолевого потока и ударной воздушной волны горного оборудования, самим отбрасываемым от забоя оборудованием. Как показал анализ случаев внезапных выбросов соли и газа из забоя, стенок и кровли выработок на рудниках БКПРУ-2 и БКПРУ-4, расстояние 20 м от пульта управления комбайном является безопасным, т.к. не отмечалось случаев разлета кусков разрушенной породы и частей горного оборудования на такое расстояние.
Заключение
В процессе проведения анализа структурно -тектонических условий проявления газодинамиче-
ских явлений в надвиговых и сдвиговых зонах на шахтных полях рудников БКПРУ-2, БКПРУ-4 ОАО «Уралкалий» и разработки рекомендаций по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по газодинамическим явлениям получены следующие результаты.
1. Анализ геологических условий проявления внезапных выбросов соли и газа из забоя, стенок и кровли горных выработок на шахтном поле рудника БКПРУ-2 показал, что их геологической причиной являются очаговые скопления свободных газов, приуроченных к складчатым перегибам, в которых активно проявлялись эпигенетические процессы: дробления и перекристаллизации солей, растяжения и расслоения глинистых прослойков, благоприятных для мобилизации и аккумуляции свободных газов. Такие эпигенетические процессы и аккумуляция свободных газов происходят в пределах зон влияния сдвигов и надвигов. Предупредительные признаки газодинамических явлений из забоя, стенок и кровли в зонах влияния сдвигов и надвигов условиях применения проход-ческо-очистных комбайнов с ограждающим щитом не регистрируются. Для безопасного ведения подготовительных и очистных горных работ в зонах влияния сдвигов и надвигов необходимо применение организационно-технических мероприятий.
2. На основании анализа структурно-тектонических условий проявления газодинамических явлений в надвиговых и сдвиговых зонах установлены границы зоны влияния Зырянского сдвига в юго-восточной и северо-западных частях шахтного поля рудника БКПРУ-2 (13, 15 и 17 восточные и 8, 10, 12, 14, 16 и 18 западные панели). При ведении подготовительных и очистных горных работ по пласту АБ рекомендуется в пределах предполагаемого контура зоны влияния Зырянского сдвига по фактору ГДЯ и повышенного газовыделения применять режим полуавтоматического (дистанционного) режима управления комбайном при нахождении машиниста комбайна на расстоянии не менее 20 м от комбайна.
3. Экспериментальная оценка газоносности и газодинамических характеристик пород пласта АБ и вмещающих пород в надвиговых и сдвиговых зонах на шахтном поле рудника БКПРУ-2 показала, что в юго-восточной части шахтного поля рудника БКПРУ-2 максимальное значение газоносности соляных пород по свободным газам зафиксировано для пласта АБ на 1 блоке 13 восточной панели - 0,96 м3/м3, при среднем значении 0,39 м3/м3. Максимальное давление свободных газов в массиве пород при этом составило 0,203 МПа. Максимальное среднее значение газоносности пород пласта АБ зафиксировано в районе 1 блока 17 восточной панели - 0,66 м3/м3. В северозападной части шахтного поля рудника БКПРУ-2 максимальное значение газоносности соляных
пород по свободным газам зафиксировано для пласта АБ на 2 блоке 10 западной панели - 3,33 м3/м3, при среднем значении 1,08 м3/м3. Максимальное давление свободных газов в массиве пород 0,351 МПа зафиксировано в районе 1 блока 12 западной панели.
4. Установлено, что по компонентному составу свободных газов в зоне влияния Зырянского сдвига наблюдается следующая тенденция: в составе свободных газов возрастает содержание СН4 - до 49,17%; содержание Н2 возрастает до 1,77%; резко возрастает содержание тяжелых углеводородов С2Н6 - до 7,64%; С3Н8 - до 1,42%; пСДю -0,29%; Ю4Н10 - 0,28%, достигая в сумме 9,63%; содержание азота N2 снижается до 40,62%. Компонентный состав свободных газов меняется с метано-азотного на азотно-метановый.
5. Экспериментальная оценка газоносности и газодинамических характеристик пород пласта АБ и вмещающих пород в надвиговых и сдвиговых зонах на шахтном поле рудника БКПРУ-4 показала, что газоносность пород пласта АБ на исследованных участках шахтного поля рудника БКПРУ-4 изменяется в широких пределах. Максимальное значение газоносности, равное 1,54 м3/м3, зафиксировано на 6-7 юго-восточных панелях в районе панельного вентиляционного штрека. Максимальное значение газоносности пород пласта КрП на исследованных участках БКПРУ-4 зафиксировано на 2 западном блоке 1 северо-западной панели и составляет 1,58 м3/м3. Максимальное значение газоносности пород пласта КрШ на исследованных участках шахтного поля рудника БКПРУ-4 зафиксировано на 1 восточном блоке 2 северозападной панели и составляет 3,42м3/м3. Максимальное начальное давление свободных газов в массиве на исследованных участках шахтного
поля рудника БКПРУ- 4 зафиксировано на пласте КрШ 1 восточного блока 2 СЗП и составляет 0,252 МПа. Максимальное значение начальной скорости газовыделения зафиксировано в очистной камере № 8 на пласте АБ 2 восточного блока 4-5 ЮВП и составляет 1,33 л/мин. Результаты исследований газоносности пород пласта АБ показывают, что примерно 40% участков с повышенной газоносности пород пласта АБ (более 0,4 м3/м3) приурочено к зонам влияния сдвигов и надвигов.
6. Установлено, что шахтных полях рудников БКПРУ-2 и БКПРУ-4 существует приуроченность очагов газодинамических явлений к зонам влияния сдвигов и надвигов. На шахтном поле рудника БКПРУ-2 4 газодинамических явления произошло в зоне влияния Троицкого надвига (ТН), 13 газодинамических явлений произошло в зоне влияния листрического сброса (ЛС) и 42 газодинамических явления произошло в зоне влияния Зырянского сдвига (ЗС). Механизм образования очагов этих газодинамических явлений связан, по-видимому, с освобождением связанных газов под воздействием деформационных процессов в зонах влияния сдвигов и надвигов и последующей их аккумуляцией в трещинах и пустотах. На шахтном поле рудника БКПРУ-4 примерно 90% газодинамических явлений на пласте АБ приурочено к зонам сдвигов и надвигов.
7. Для обеспечения безопасности ведения подготовительных и очистных горных работ в зонах влияния сдвигов и надвигов разработаны организационно-технические мероприятия по управлению газодинамическими процессами при ведении горных работ в данных зонах на шахтных полях рудников БКПРУ-2 и БКПРУ-4 ПАО «Уралка-лий».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Голубев Б.М. Морфологические особенности складок внутри калийной толщи Верхнекамского месторождения и условия их формирования. - М.: ДАН СССР.- 1972.-Т. 204.- № 3.-С.671-673.
2. Голубев Б.М. Особенности внутреннего строения соляной толщи Верхнекамского калийного ме-сторождения//Проблемы соленакопления. - Новосибирск: Наука.- 1977.-Т.2.-С.115-118.
3. Голубев Б.М. О природе сил, обусловивших послойное течение солей и образование соляных структур Верхнекамского месторождения //Нижнепермские отложения Камского Приуралья. - Пермь: Труды ВНИГНИ.-1973.- Вып. 118.- С. 239-246.
4. Голубев Б.М. Исследование взаимосвязи гипсометрических планов подсолевых, соляных и надсо-левых горизонтов, особенностей строения соляной и надсолевой толщ и состава пластов калийной залежи на площадях нефтеносных и нефтеперспективных структур для установления нефтепоисковых критериев на территории ВКМС //Стратегия и процессы освоения георесурсов: Матер. науч. сессии ГИ УрО РАН. - Пермь. ГИ УрО РАН.-2006.-С. 5-7.
5. Гончаров М.А., Талицкий В.Г., Фролова Н.С. Введение в тектонофизику. - М.: Книжный дом «Университет».- 2005.-496 с.
6. Джиноридзе Н.М. и др. Петротектонические основы безопасной эксплуатации Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. - СПб-Соликамск: ОГУП Соликамская типография.-2000.-400 с.
7. Прокопьев А.В., Фридовский В.Ю., Гайдук В.В. Разломы. (Морфология, геометрия и кинематика). - Якутск: ЯФ Изд-ва СО РАН.-2004.-148 с.
8. Чайковский И.И., Горбунов С.Г. О природе складчатости в Соликамской депрессии/Геология и полезные ископаемые Западного Урала: Сб. науч. ст. - Пермь: Изд-во Перм. ун-та. - 2005.-С. 13-15.
9. Чайковский И.И., Галинова О.И., Морозов В.Ю. Тектоническое строение Верхнекамского месторождения: становление новой парадигмы//Горное Эхо: Вестник ГИ УрО РАН. - Пермь:-2006.-№ 1.-С. 21-24.
10. Эз В.В. Научные труды. - М.: ИФЗ РАН.- 2009.-234 с.
11. Петротектонические основы безопасной эксплуатации Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей/под ред. д.г.-м.н. Н.М. Джиноридзе. - СП6.-2000.-400 с.
12. Влияние разрывной тектоники напроцесс деформации пород водозащитной толщив пределах шахтного поля БКПРУ-4: отчет о НИР/Горный институт Уральского отделения РАН; рук. Чайковский И.И. - Пермь: ГИ УрО РАН.-2008.-59 с.
REFERENCES
1. Golubev B.M. Morfologicheskie osobennosti skladok vnutri kalijnoj tolshchi Verhnekamskogo mes-torozhdeniya i usloviya ih formirovaniya. - M.: DAN SSSR.- 1972.-T. 204.- № 3.-S.671-673.
2. Golubev B.M. Osobennosti vnutrennego stroeniya solyanoj tolshchi Verhnekamskogo kalijnogo mes-torozhdeniya//Problemy solenakopleniya. - Novosibirsk: Nauka.- 1977.-T.2.-S.115-118.
3. Golubev B.M. O prirode sil, obuslovivshih poslojnoe techenie solej i obrazovanie solyanyh struktur Verhnekamskogo mestorozhdeniya //Nizhnepermskie otlozheniya Kamskogo Priural'ya. - Perm': Trudy VNIGNI.-1973.- Vyp. 118.- S. 239-246.
4. Golubev B.M. Issledovanie vzaimosvyazi gipsometricheskih planov podsolevyh, solyanyh i nadsolevyh gorizontov, osobennostej stroeniya solyanoj i nadsolevoj tolshch i sostava plastov kalijnoj zalezhi na ploshchadyah neftenosnyh i nefteperspektivnyh struktur dlya ustanovleniya neftepoiskovyh kriteriev na territorii VKMS //Strategiya i processy osvoeniya georesursov: Mater. nauch. sessii GI UrO RAN. - Perm'. GI UrO RAN.-2006.-S. 5-7.
5. Goncharov M.A., Talickij V.G., Frolova N.S. Vvedenie v tektonofiziku. - M.: Knizhnyj dom «Universi-tet».- 2005.-496 s.
6. Dzhinoridze N.M. i dr. Petrotektonicheskie osnovy bezopasnoj ehkspluatacii Verhnekamskogo mestorozhdeniya kalijno-magnievyh solej. - SPb-Solikamsk: OGUP Solikamskaya tipografiya.-2000.-400 s.
7. Prokop'ev A.V., Fridovskij V.YU., Gajduk V.V. Razlomy. (Morfologiya, geometriya i kinemati-ka). -YAkutsk: YAF Izd-va SO RAN.-2004.-148 s.
8. CHajkovskij I.I., Gorbunov S.G. O prirode skladchatosti v Solikamskoj depressii//Geologiya i poleznye iskopaemye Zapadnogo Urala: Sb. nauch. st. - Perm': Izd-vo Perm. un-ta. - 2005.-S. 13-15.
9. CHajkovskij I.I., Galinova O.I., Morozov V.YU. Tektonicheskoe stroenie Verhnekamskogo mestorozhdeniya: stanovlenie novoj paradigmy//Gornoe EHkho: Vestnik GI UrO RAN. - Perm':-2006.-№ 1.-S. 21-24.
10. EHz V.V. Nauchnye trudy. - M.: IFZ RAN.- 2009.-234 s.
11. Petrotektonicheskie osnovy bezopasnoj ehkspluatacii Verhnekamskogo mestorozhdeniya kalij-no-magnievyh solej/pod red. d.g.-m.n. N.M. Dzhinoridze. - SPb.-2000.-400 s.
12. Vliyanie razryvnoj tektoniki naprocess deformacii porod vodozashchitnoj tolshchiv predelah shahtnogo polya BKPRU-4: otchet o NIR/Gornyj institut Ural'skogo otdeleniya RAN; ruk. CHajkovskij I.I. - Perm': GI UrO RAN.-2008.-59 s.
Поступило в редакцию 10.11.2027 Received 10.11.2027
