CC BY
35
:::: семинар 13
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА
99” іііііііііііііііііііііііііИ _I
МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99
Н.Г.
А.Т.
Н.С.
Матвиенко, Б.М. Зимаков,
Ерыгин, Н.П Свердлова,
Крамсков, 2000
УДК: 622.86:622.272:622.276
Н.Г. Матвиенко, Б.М. Зимаков, А.Т. Ерыгин,
Н.П. Крамсков, Н.С. Свердлова
ОСОБЕННОСТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
П
одземная разработка месторождений полезных ископаемых нередко проводилась в условиях нефтегазоносных пород [1]. Это связано не только с шахтной добычей нефти (Ярега, Баку) и озокерита (Борислав), а также многих твердых полезных ископаемых, залегающих в нефтеносных породах или вблизи от них (табл.). Сюда относятся многие рудные месторождения: урановые и серные Средней Азии, медно-никелевые Норильска, бокситовые Урала, алмазные Якутии и др., а из угольных месторождений Кизе-ловское и др. Хотя в свое время вопросам обеспечения безопасности при горных работах в условиях нефтега-зопроявлений было уделено определенное внимание и были разработаны Правила безопасности в нефтяных и озокеритовых шахтах, а также мероприятия по освоению ряда рудных и нерудных месторождений в условиях нефтеносных пород, актуальность этой проблемы не прошла. Необходимость ее решения возникает каждый раз при освоении новых месторождений с нефтегазопроявлениями. В настоящее время такая необходимость возникла в связи с освоением подземным способом глубоких горизонтов
кимберлитовых месторождений Якутии в оригинальных природных условиях.
Анализ многолетних наблюдений показывает, что газовыделение из нефтеносных пород определяется прежде всего состоянием нефти (жидкая подвижная, жидкая неподвижная и твердая в виде озокерита, асфальтита и пленок в порах и трещинах), ее газонасыщенностью, коллекторскими свойствами пласта и давлением флюидов. Независимо от характера нефтенасыщения в этих породах содержатся, в основном, углеводородные газы, иногда с примесями сероводорода, водорода и других газов.
Г азы находятся в свободном и растворенном состояниях как в нефтях, так и в сопутствующих им водах. Основные количества углеводородных газов, представленных в основном метаном, находятся в растворенном в нефти состоянии.
Газоносность жидких нефтей зависит от давления и свойств нефти и может достигать 80-120 м/м . Газоносность неподвижной нефти и твердых битумов, являющихся, как правило, продуктами метаморфизма жид-
кой нефти, при котором теряются ее подвижные компоненты, отличается низкими величинами (озокерит) или даже полной потерей газовой фазы (асфальтит).
Характерным для нефтеносных месторождений является наличие свободных газовых скоплений либо в виде «газовой шапки» в верхней части пласта, либо во вмещающих отложениях с низкой для нефти проницаемостью, либо в отдельных локальных ловушках. Поэтому при разведке и освоении таких месторождений наряду с совместным выделением нефти и газа, как правило, отмечаются чисто газовые выделения. По характеру выделения жидкой нефти и газов различаются в широких пределах (см. табл.) от выбросов газа, нефти и породы (при низких прочностных свойствах пласта), а также выбросов нефти, газов и воды, до спокойного их истечения из обнаженных пород и га-зоотдачи излившейся нефти и обнаженных нефтеносных пород, содержащих как жидкую нефть, так и твердые ее аналоги (озокерит) с испарением ее легких фракций.
Таким образом, на нефтеносных месторождениях происходят газовы-деления следующего характера:
• выбросы газа и нефти с водой;
• выбросы газа, нефти и породы;
• суфляры (газовые струи);
• истечение нефти и газа из обнаженных пористых и трещиноватых пород;
• газоотдача нефти и пород;
• испарение (переход в парообраз-
Распределение проб природных газов по категориям взрывоопасности (кимберлитовые трубки «Мир» и «Интернациональная»)
Таблица
ВЫДЕЛЕНИЯ МЕТАНА И ЕГО ГОМОЛОГОВ НА НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
ное состояние легких фракций жидкой нефти и твердых ее аналогов).
Очень важным для обеспечения газовзрывобезопасности освоения нефтеносных месторождений является выделение наряду с метаном более тяжелых его гомологов (этан, пропан, бутан, пентан), бензиновых паров, а иногда и водорода, которые повышают взрывчатость газовоздушных смесей и при значительных их содержаниях такие смеси могут стать более опасными, чем метановоздушные, и они должны быть отнесены ко II категории взрывоопасности [2-5]. Для обеспечения безопасности в средах II категории взрывчатости не выпускается взрывобезопасное горное оборудование с электрическим приводом. Поэтому отнесение выделяющихся горючих газов к I (метан в подземных горных выработках) или II (горючие газы и пары) категориям взрывчатости имеет решающее значение для безопасного освоения месторождений полезных ископаемых с выделениями нефти и углеводородных газов.
Все эти формы выделения газов, вод и нефти характерны для условий разработки подмерзлотных горизонтов кимберлитовых месторождений Мирнинского района Якутии с добавлением дополнительного осложняю-
щего фактора, а именно: выделение сероводорода, растворенного в минерализованных водах, заполняющих пустоты в карбонатных породах, залегающих под подошвой вечной мерзлоты. Все это создает большие сложности для подземного освоения глубоких горизонтов алмазоносных трубок. Однако, мощная толща многолетнемерзлых пород (300 м) и низкая температура залегающих под ней отложений (нулевая температура пород отмечается на глубинах 700-750 м) обуславливают нахождение нефти в высоковязком (практически твердом) состоянии, что исключает ее притоки в выработки и скважины на этих глубинах.
Притоки жидкой нефти можно ожидать на глубинах более 1000-1200 м. При этом не исключаются выделения свободных и растворенных газов на любых глубинах. Состав выделяющихся газов на кимберлитовых месторождениях Мирнинского района Якутии изменяется с глубиной и становится более взрывоопасным в связи с повышением содержания тяжелых углеводородных газов. Оценка категории взрывчатости газов, выделявшихся в выработках и скважинах на месторождениях трубок «Мир» и «Интернациональная», по методике,
разработанной в ИПКОН РАН профессором А.Т. Ерыгиным, убедительно показала их принадлежность к Ь-й категории взрывоопасности (рис.), что позволило рекомендовать применение на первом пусковом комплексе рудника «Интерна-циональный» (до глубины 700 м) серийного взрывобезопасного оборудования.
Созданная в ИПКОН РАН методика определения категории взрывоопасности позволяет установить связь между составом горючих в рудничной атмосфере и использованием рудничного взрывозащищенного электрооборудования. При этом решается задача: при каком соотношении между горючими (метан, его гомологи и водород) рудничная атмосфера относится к М категории взрывоопасности и для нее правомерно использование серийно выпускаемого рудничного взрывозащищенного электрооборудования. Существующее определение метана на подземных горных выработках по ГОСТ 12.1.011-78 как «кроме метана содержание газообразных углеводородов-гомологов метана С2-С5 - не более 0,1 объемных долей, а водорода в пробах газов из шпуров сразу после бурения - не более 0,002 объемной доли от общего объема горючих газов» является частным слу-
чаем границы I категории взрывоопасности. Общим же случаем такой границы являются взрывоопасные смеси, содержащие в качестве горючих метан, его гомологи и водород, безопасный экспериментальный максимальный зазор (БЭМЗ) которых равен 1,0 мм.
Разработанная методика базируется:
1. На результатах экспериментальных исследований воспламеняемости многокомпонентных взрывчатых смесей, моделирующих рудничную атмосферу во всем реально возможном диапазоне ее изменения от метановоздушной до водородовоздушной смеси;
2. На использовании в работе об-
щепринятых в мировой практике классификационных параметров взрывоопасных смесей БЭМЗ и минимального тока воспламенения
(МТВ);
3. На определении МТВ как отношения воспламеняющих параметров для многокомпонентных взрывчатых смесей к аналогичному воспламеняющему параметру для метановоздушной смеси, что соответствует ГОСТ 12.1.011-78;
4. На определении классификационных параметров для известного состава горючих в рудничной атмосфере, сопоставлении определенных зна-
чений классификационных параметров с граничными значениями категорий и установлении категории взрывоопасности рудничной атмосферы.
Данная методика позволяет ускоренным методом определять значения классификационных параметров (БЭМЗ и МТВ) многокомпонентных взрывчатых смесей рудничной атмосферы взамен трудоемкого экспериментального метода, с помощью которого практически невозможно охватить все варианты возможных изменений составов горючих компонентов в рудничной атмосфере.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1Матвиенко Н.Г. Выделение природных газов при освоении рудных месторождений. - М., Наука, 1988. - 230 с.
2. Ерыгин А.Т., Трембицкий А.Л., Чернов Б.В., Яковлев В.П.. Методы оценки и обеспечения искробезопасности рудничного электрооборудования. - М., ИПКОН АН СССР, 1987. - 164 с.
3. Бондарев В.А., Веревкин В.Н., Гескин А.И., Погорельский А.Е. и др. Взрывобезопасность электрических разрядов фрикционных искр. - М., Недра, 1976. - 304 с.
4. Правила безопасности в нефтегазодобывающей промышленности. - М., Госпроматомнадзор СССР, 1981. - 140 с.
5. ГОСТ 12.1.011-78. Смеси взрывоопасные. Классификация и методы испытаний. - М., Издательство стандартов, 1979. - 19 с.
Матвиенко П.Г., Зимаков Б.М., Ерыгин А.Т. Инсіиіуі проблем комплексною освоения недр РАН.
Крамсков П.П. Якушипрома.імаз.
Свердлова ПС I иітонике п.
