CC BY
18
УДК 622.831.322
ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОНОСНОСТИ СИЛЬВИНИТОВОГО ПЛАСТА КРШ ШАХТНОГО ПОЛЯ РУДНИКА БКРУ-4 ОАО «УРАЛКАЛИЙ»
О. А. Носов
Пермский государственный технический университет
В статье изложена методика определения газоносности соляных пород по свободным газам. Проведены экспериментальные исследование газоносности силъвинитового пласта КрШ шахтного поля рудника БКРУ-4 ОАО «Уралкалий».
Газоносность пород на Верхнекамском месторождении изучалась по всем шахтным полям по мере ввода в эксплуатацию действующих рудников разными исследователями. Установлено, что газы в отрабатываемых пластах и вмещающих породах распределены крайне неравномерно. Скопления газа в массиве и различные формы его связи с породой, получившие в литературе разные названия, приводят к различного рода последствиям и осложнениям при ведении горных работ.
Если рассматривать характер газовыделений в зависимости от газоносности, то при ведении горных работ по породам с обычной газоносностью в атмосферу выработок происходят обычные газовыделения. В других случаях возможны газодинамические явления. Так, межслоевые и приконтактные скопления свободного газа способствуют развитию газодинамических разрушений и обрушений (разрушений) слоистых пород кровли и почвы выработок. Внутрипластовые скопления свободного газа — источники суфлярных газовыделений, они могут служить причиной отрывов пород под действием суфлярного газа. Порода с повышенной поровой газоносностью выбросо-опасна. В этом случае возможны внезапные выбросы породы и газа при проведении выработок комбайном или выбросы породы и газа, спровоцированные взрыванием при буровзрывном способе отбойки породы.
Содержание связанных газов изменяется от тысячных долей до 0,4 м , свободных — от нуля до нескольких десятков кубических метров газа на 1 м породы. Таким образом, в большинстве случаев преобладающее значение для оценки общей газоносности соляных пород имеет свободный газ (за исключением выбросоопасных пород и пород, содержащих сероводород).
На основе анализа существующих способов определения газоносности соляных пород и горнотехнических условий проведения исследований был принят
метод, разработанный сотрудниками ПГТУ К Д. Поляниной, Н. Ф. Красюком и А. Н. Земсковым [1, 2]. Данный метод определения газоносности пород по свободным газам производится путем шахтных наблюдений за газовыделениями из шпуров и отбора проб шпуровых газов. В свежеобнаженном забое или в стенке выработки последовательно с шагом 0,5 м бурятся шпуры глубиной от 1,0 до 3,0 м, которые сразу после бурения герметизируются на расстоянии 0,5 м от забоя шпура с помощью герметизатора (рис. 1).
В течение 30 с после герметизации шпура по прибору ПГ-2МА снимаются отчеты газового давления. По ним, с помощью заранее построенных графиков зависимости X = / (Рг) (где X — газоносность, м3/м3, Рг — величина начального газового давления), определяются показатели газоносности.
По данным Н. Ф. Красюка и Г. Д. Поляниной для соляных пород Верхнекамского месторождения функция зависимости газоносности пород по свободным газам от величины начального газового давления имеет следующий вид [1]:
X = (4,4 + 12,9РГ) /71,94 Рг016.
Для подтверждения полученных по данной методике значений газоносности пород параллельно определялась газоносность пород по свободным газам в каждом конкретном случае (отдельном шпуре). Прибором ПГ-2МА замерялась скорость истечения газов из шпуров, секундомером фиксировалось время изменения скорости. Полученный объем выделившихся из шпура газов соотносился к объему зоны дренирования вокруг шпура.
Для сравнительно однородных соляных пород, находящихся вне зоны технологической трещиноватости, на средней для калийных рудников глубине залегания пластов (400 м) размер зоны дренирования составляет 24,4 см2 вокруг шпура диаметром 4,2 см (для загерметизированного участка шпура длиной 50 см объем зоны дренирования — 1220 см3).
При изучении газоносности соляных пород для качественного определения компонентного состава выделившихся газов применен следующий способ отбора проб. Стеклянная бутылка с пробкой, имеющей две трубки, заполняется насыщенным рассолом. Затем, после замера начального газового давления в шпуре, к одной из трубок подсоединяется шланг от герметизатора, по которому шпуровые газы поступают в бутылку, а из другой трубки вытесняется рассол (рис. 2). После полного вытеснения из бутылки рассола — обе трубки плотно закрываются пробками. Таким образом, полностью исключается попадание атмосферного воздуха в пробу.
Данный способ отбора проб шпуровых газов использовался в связи с тем, что применявшийся ранее вакуумный способ имел большую погрешность за счет различной степени вакуумирования бутылок и невозможности их абсолютной изоляции от атмосферного воздуха. При этом снижалось качество
химического анализа компонентного состава газов в пробах увеличение содержания кислорода, снижение доли горючих газов — метана и водорода.
Исследования по определению газоносности пород пласта КрШ в условиях шахтного поля рудника БКРУ-4 проводились в 5—6-м блоковом транспортном штреке 10-й юго-восточной панели. В ходе исследований газоносности пласта КрШ пробурено 20 шпуров глубиной от 1,0 до 3,0 м. При этом газоносность не превышала 0,28 м3/м3 при среднем значении 0,11 м3/м3. Ввиду малого объема выделившегося из исследовательских шпуров свободного газа, отбор проб на химический анализ не представлялся возможным.
Газоносность пород кровли (пласт КрП-КрШ) также незначительна, среднее значение — 0,13 м3/м3. Среднее значение газоносности пород пласта КрИ в местах изучения газоносности пород пласта КрШ составляло 0,31 м3/м3 [3].
В 2005 году проводились исследования в конвейерном штреке 4-го западного блока 1 юго-западной панели, пробурено 8 шпуров глубиной от 1,0 до 3,0 м. Газоносность пласта КрШ изменяется от 0,20 до 2,39 м3/м3, среднее значение составляет 0,76 м3/м3 (рис.3). Состав свободных газов следующий: СН4 - 32,45 %; Н2-1,38%; С2Н6-0,85%; С3Н8-1,0%; С4Н10-0,32%; Ю4Н10-0,39%; С5Н12 - 0,37 %; N2 - 61,62 % (рис.4).
Проведенные исследования газоносности сильвинитового пласта КрШ позволяют сделать вывод, что свободные газы в пласте распространены крайне неравномерно и, вероятно, связаны с зонами замещения сильвинита каменной солью. В районе 10 юго-восточной панели зоны замещения не выявлены, максимальная газоносность не превышала 0,28 м3/м3. Однако на 1 юго-западной
панели, в которой присутствуют зоны замещения, газоносность пласта КрШ
3 3
доходила до 2,39 м /м . В связи с этим при проходке подготовительных выработок по пласту КрШ необходимо проводить профилактические мероприятия по предотвращению газодинамических явлений.
ТТГ-2МА
Рис. 1. Схема расположения герметизатора в шпуре при измерении газоносности соляных пород
от герметизатора и. г
Рис. 2. Схема отбора проб шпуровых газов для определения их компонентного состава
Газоносность, м3/м3
Рис. 3. Распределение средней газоносности по пластам в районе 1 юго-западной панели рудника БКПРУ-4
0,39% 0,32%
Рис. 4. Диаграмма компонентного состава свободных газов в породах пласта КрШ
Литература
1. Красюк Н. Ф. Исследование газоносности соляных пород и ее роли взрывного внезапных выбросах Автореф. дис. канд. техн. наук — Л., 1975.—19 с.
2. Полянина Г. Д., Земсков А. Н. Экспериментальные исследования распределения газа в приконтурном массиве при разработке калийного пласта // Разработка соляных месторождений. — Пермь, 1977. - С. 120-123.
3. Оценить газоносность продуктивных пластов на новых участках шахтных полей рудников ОАО «Уралкалий» // Отчет о НИР. ГИ УрО РАН; Рук. Андрейко С. С. - Пермь, 2004. - 33 с.
