CC BY
2
20. Fomenko I.K. Stages of development of mathematical methods for assessing slope stability // Collection of scientific tr. SWorld. International Scientific and Practical conference. "Modern problems and ways to solve them in science, transport, production and edu-cation'2012". Odessa: KUPRIENKO, 2012. No.48. Issue 4. pp. 85-90.
21. Tsytovich N.A. Soil mechanics: A complete course. M.: LE-NAND, 2022. 640 p
22. Numerical and model experiments to determine the stability of a homogeneous slope worked by horizontal work / A.N. Bogomolov [et al.] // Bulletin of PNRPU. Construction and Architecture, 2018. Vol. 9. No. 1. pp. 30-41.
23. Krahn J. Stability modeling with slope // W. An Engineering Methodology: First Edition, Revision 1. Calgary, Alberta: GEO-SLOPE In-ternational Ltd., 2004. 396 p.
24. Analysis of Loose Surrounding Rock Deformation and Slope Stability at Shallow Double-Track Tunnel Portal: A Case Study / Li Chenguang [and others] // Applied Sciences. 2023.
25. Sounik K. Banerjee, Debarghya Chakraborty. Stability of long circular tunnels in sloping ground // Geomechanics and Geoengineering, 2018. 13:2. pp. 104 - 114.
26. Vlachopoulos N., Vazaios I. Case Study: The Influence of Tun-nelling on Slope Stability. 2015.
27. Calculation of the lining of parallel tunnels constructed along the inclined Earth's surface: pat. No. 2022619689 of the Russian Federation; No. 2022618217; application 05.05.2022; publ. 24.05.2022.
28. URL: http://ru.midasuser.com/web/page.php?no=7.
УДК 622.831.322
ПОСТРОЕНИЕ ПРОГНОЗНОЙ КАРТЫ ГАЗОНОСНОСТИ
СИЛЬВИНИТОВЫХ ПОРОД ПО СВОБОДНЫМ ГАЗАМ НА НОВОМ УЧАСТКЕ ШАХТНОГО ПОЛЯ КАЛИЙНОГО РУДНИКА
О.В. Иванов, Д.К. Харин
Представлены методика шахтных экспериментальных исследований газоносности и газодинамических характеристик пород, результаты выполненных исследований газоносности сильвинитовых пород в пределах нового участка шахтного поля рудника БКПРУ-2 ПАО «Уралкалий». Дан краткий анализ результатов проведённых исследований, а также представлен компонентный состав свободных газов, выделившихся при проведении исследований.
Ключевые слова: газоносность, свободные газы, компонентный состав, силь-винитовые породы.
Введение
Многолетний опыт, накопленный в процессе разработки Верхнекамского месторождения калийных солей, показал, что продуктивные пласты являются опасными по газу и газодинамическим явлениям. При этом увеличение объёма мирового потребления калийных удобрений вызывает
необходимость вовлечения в разработку новых участков месторождений калийных солей. Интенсивные газовыделения в атмосферу горных выработок приводят к возникновению аварийных ситуаций, которые отрицательно влияют на здоровье горнорабочих и режим работы рудника [1].
Сведения о газоносности сильвинитовых пород, полученные в процессе шахтных экспериментальных исследований, являются основным исходным материалом для определения газообильности горных выработок, расчёта требуемого количества воздуха для проветривания рабочих зон по газовому фактору, определения зон опасных по ГДЯ и корректировки параметров профилактических мероприятий по дегазации породного массива
[2, 3].
Объектом исследования является сильвинитовые породы в пределах восточной части Усть-Яйвинского участка, который прирезан к шахтному полю рудника БКПРУ-2. В силу того, что данный участок мало исследован на предмет газоносности пород по свободным газам, возникла необходимость в его исследовании и построении прогнозных карт газоносности.
Методика шахтных экспериментальных исследований газоносности
пород
Методика проведения шахтных экспериментальных исследований газоносности соляных пород заключается в определении газоносности пород по свободным газам и компонентного состава свободных газов, выделившихся в процессе бурения исследовательских шпуров. Расположение герметизатора в пробуренном шпуре представлено на рис. 1.
Рис. 1. Расположение герметизатора в шпуре при проведении шахтных экспериментальных исследований газоносности пород
В ходе измерений проводится отбор проб свободных газов, которые анализируются в соответствии с ГОСТ 31371.7-2008 «Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности». Хроматографический метод определения компонентного состава» [4].
Результаты исследования
Исследования по определению газоносности сильвинитовых пород проводились в трёх выемочных блоках нового участка сотрудниками «ГИ УрО РАН». Исследовательские шпуры бурились в кровлю и бока выработок продуктивных пластов АБ и Кр II. В итоге обследовано 15 забоев, в которых пробурено 45 шпуров и выполнено свыше 90 замеров и отобрано 20 проб выделившегося свободного газа.
В процессе исследования определена газоносность сильвинитовых пород разрабатываемых пластов, а также вмещающих пород.
Газоносность сильвинитовых пород пласта АБ изменяется в диапазоне от 0,2 до 0,7 м3/м3, при этом среднее значение газоносности составляет 0,38 м3/м3. В среднем компонентном составе свободных газов преобладает азот (56 %) и метан (39 %), содержание водорода не превышает 1 %, этан - 3,50 %, пропан - 0,30 %, изобутан - 0,04 %, н-бутан - 0,03 %, изо-пентан - 0,006 %, н-пентан - 0,001 %, двуокись углерода и прочие -0,24 %. При этом суммарное содержание тяжёлых углеводородов метанового ряда (С2-С5) -3,90 %.
Газоносность вмещающих пород, расположенных в кровле пласта АБ, изменяется в диапазоне от 0,50 до 1,90 м3/м3, при среднем значении 1,33 м3/м3. Средний компонентный состав свободных газов во вмещающих породах пласта АБ следующий: метан - 34 %, водород - 1,90 %, этан -3,50 %, пропан - 0,50 %, изобутан - 0,30 %, н-бутан - 0,10 %, изопентан -0,04 %, н-пентан - 0,005 %, азот - 58,40 %, двуокись углерода и прочие -0,15 %. Суммарное содержание тяжёлых углеводородов метанового ряда (С2-С5) - 4,4 %.
Газоносность вмещающих пород, расположенных в кровле пласта Кр11, изменяется в диапазоне от 0,84 до 2,60 м3/м3, при этом среднее значение составляет 1,72 м3/м3. Средний компонентный состав свободных газов вмещающих пород пласта Кр11 следующий: метан - 30,90 %, водород -0,70 %, этан - 12,20 %, пропан - 1,60 %, изобутан - 0,34 %, н-бутан -0,257 %, изопентан - 0,09 %, н-пентан - 0,01 %, азот - 53,90 %, двуокись углерода и прочие - 0,04 %. Суммарное содержание тяжёлых углеводородов метанового ряда (С2-С5) - 14,75 %.
Анализ полученных в ходе исследования данных позволяет сделать вывод о том, что газоносность сильвинитовых пород пласта АБ по свободным газам ниже, чем газоносность вмещающих пород пластов АБ и Кр11.
Для построения прогнозных карт газоносности брались значения газоносности пород в координатно привязанных точках исследований и наносились на план нового участка шахтного поля. Затем методом интерполяции рассчитывались значения газоносности в узлах блочной модели участка и проводились изолинии газоносности.
Построенная карта газоносности сильвинитовых пород по свободным газам нового участка шахтного поля рудника БКПРУ-2 наглядно демонстрирует зоны с повышенной газоносностью (рис. 2).
1 • 1 запад О 4 1 восток 2 -•-
° .....^ •--------------------------------- о 0,5 о V О* 2 запад 5 • 2 восток
5 3 запад 3 восток
Рис. 2. Прогнозная карта газоносности сильвинитовых пород пласта АБ по свободным газам нового участка шахтного поля БКПРУ-2
На представленной прогнозной карте видно, что зоны повышенной газоносности располагаются в западной части нового участка и занимают южную часть 1 западного блока, почти весь 2 западный блок, а также северо-западную часть 3 западного блока. В восточной части нового участка зоны повышенной газоносности отсутствуют, это объясняется, вероятнее всего, малым количеством обследованных забоев.
Заключение
В ходе исследований по построению прогнозной карты газоносности сильвинитовых пород по свободным газам в пределах нового участка шахтного поля рудника БКПРУ-2 получены следующие результаты:
газоносность сильвинитовых пород по свободным газам колеблется в пределах от 0,2 до 2,6 м3/м3, в среднем составляя 0,38 м3/м3;
средняя газоносность вмещающих пород разрабатываемых пластов изменяется от 0,38 до 1,72 м3/м3, в среднем составляя 1,56 м3/м3;
построенная карта газоносности сильвинитовых пород пласта АБ выявила зоны повышенной газоносности, расположенные в районе трёх западных блоков, в которых при ведении горных работ необходимо выполнить корректировку параметров профилактических мероприятий по дегазации пород.
Список литературы
1. Кудряшов А.И. Верхнекамское месторождение солей. Пермь: ГИ УрО РАН, 2001. 429 с.
2. Исследование газоносности соляных пород по связанным газам на новых участках шахтных полей рудников ОАО «Уралкалий» / С.С. Ан-дрейко, Э.Р. Гайсина, К. А. Красильникова, В.В. Пачгин // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2013. Т. 12. № 8. С. 86-100.
3. Красюк Н.Ф., Фортунатов Г.А. Определение газоносности соляных пород методом растворения // Сб. науч. тр. XVII Междунар. симпозиума имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященного 150-летию со дня рождения академика В. А. Обручева и 130-летию академика М.А. Усова, основателей Сибирской горно-геологической школы. Проблемы геологии и освоения недр // Национальный исследовательский Томский политехнический университет. 2013. С. 322-323.
4. Земсков А.Н., Кондрашев П.И., Травникова Л.Г. Природные газы калийных месторождений и меры борьбы с ними. Пермь, 2008. 414 с.
5. Andreyko S.S., Lyalina T.A. Rockburst from floors // Soils and Rocks. 2019. V. 42. № 1. P. 77-82. DOI: 10.28927/SR.421077.
6. Барях А.А., Андрейко С.С., Федосеев А.К. Газодинамическое обрушение кровли при разработке месторождений солей // Записки Горного института. 2020. Т.246. С.601-609. DOI: 10.31897/PMI.2020.6.1.
7. Иванов О.В. Методика, оборудование и результаты исследований по изучению газоносности продуктивных пластов на вновь вводимых в эксплуатацию участках шахтных полей калийных рудников // Сб. науч. тр. Научная сессия Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2000 году 9 - 13 апреля 2001 г. Пермь, 2001. С.88-91.
8. Оценить газоносность продуктивных пластов на вовлекаемых в отработку новых участков шахтных полей рудников ПАО «Уралкалий» // Отчёт. Рук. Андрейко С.С. Пермь, 2022. «ГИ УрО РАН». 51 с.
9. Чайковский И.И., Иванов О.В., Папулов А.С. Состав и природа связанных и свободных газов верхнекамского месторождения солей // Горный журнал. 2023. № 11. С. 108-112.
10. О природе, составе и газоносности эпигенетической минерализации в соляной толще верхнекамского месторождения (на примере Усольского рудника) / И.И. Чайковский, О.В. Иванов, М.В. Бубнова, Т.В. Федоров // Литосфера. 2023. Т. 23. № 1. С. 117-132.
Иванов Олег Васильевич, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
Харин Даниил Константинович, техник, harindaniil587@,mail.ru, Россия, Пермь, Горный институт Уральского отделения Российской академии наук» - филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук»
CONSTRUCTION OF A FORECAST MAP OF THE GAS CONTENT OF SYLVINITE ROCKS BY FREE GASES IN A NEW SECTION OF THE POTASH MINE FIELD
O.V. Ivanov, D.K. Harin
The article presents the methodology of mine experimental studies of the gas content and gas dynamic characteristics of rocks, the results of studies of the gas content of sylvinite rocks within the new section of the mine field of the BKPRU-2 mine of PJSC «Uralkali». A brief analysis of the results of the conducted studies is given, as well as the component composition of the free gases produced during the research is presented.
Key words: gas content, free gases, component composition, sylvinite rocks.
Ivanov Oleg Vasilyevich, candidate of technical sciences, associate professor, [email protected], Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University,
Daniil Konstantinovich Kharin, technician, harindaniil587@,mail.ru, Russia, Perm, Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences" is a branch of the Federal State Budgetary Institution of Science of the Perm Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
Reference
1. Kudryashov A.I. Verkhnekamsk salt deposit. Perm: GI UrO RAS. 2001. 429 p.
2. Investigation of the gas content of salt rocks by associated gases in new sections of the mine fields of Uralkali mines / S.S. Andreiko, E.R. Gaisina, K. A. Krasilnikova, V.V. Pachgin // Bulletin of the Perm National Research Polytechnic University. Geology. Oil and gas and mining. 2013. Vol. 12. No. 8. pp. 86-100.
3. Krasyuk N.F., Fortunatov G.A. Determination of the gas content of rocks by dissolution method // Collection of scientific papers of the XVII International Symposium named
after Academician M.A. Usov students and young scientists, dedicated to the 150th anniversary of the birth of Academician V. A. Obruchev and the 130th anniversary academician M. A. Usov, the founders of the Siberian Mining and Geological School. Problems of geology and subsoil development // National Research Tomsk Polytechnic University. 2013. pp. 322323.
4. Zemskov A.N., Kondrashev P.I., Travnikova L.G. Natural gases of potash deposits and measures to combat them // Perm, 2008. 414 p.
5. Andreyko S.S., Lyalina T.A. Rockburst from floors // Soils and Rocks. 2019. V. 42. № 1. P. 77-82. DOI: 10.28927/SR.421077.
6. Baryakh A.A., Andreyko S.S., Fedoseev A.K. Gas-dynamic roof collapse during the development of salt deposits // Notes of the Mining Institute. 2020. vol.246. pp.601-609. DOI: 10.31897/PMI.2020.6.1.
7. Ivanov O.V. Methodology, equipment and results of research on the study of the gas content of productive formations in newly commissioned sections of mine fields of potash mines // Collection of scientific tr. Scientific session of the Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences according to the results of research in 2000 on April 9-13, 2001. Perm: 2001. pp.88-91.
8. To assess the gas content of productive formations in the mines of PJSC Uralkali involved in the development of new sections of mine fields // Report. Ruk. Andreyko S.S. Perm: 2022. "GI UrO RAS". 51 p.
9. Tchaikovsky I.I., Ivanov O.V., Papulov A.S. Composition and properties of bound and free gases of the Verkhnekamsk salt deposit // Mining Journal. 2023. No. 11. pp. 108112.
10. On the nature, composition and gas content of epigenetic mineralization in the salt column of the Verkhnekamsk deposit (on the example of the Usolsky mine) / I.I. Tchaikovsky, O.V. Ivanov, M.V. Bubnova, T V. Fedorov // Lithosphere. 2023. Vol. 23. No. 1. pp. 117-132.
