CC BY
41
УДК 622.363.1.016.22
Н.С. Булычёв, д-р техн. наук, проф., (4872)-35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ),
Д.С. Комаров, асп., (4872)-44-34-57, denkom87@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
РАСЧЁТ СТВОЛОВ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ СОЛЕЙ
Проведён анализ геологических особенностей строения лицензионного участка. Рассмотрены принципы расчёта ледопородноо ограждения для надсоляных пород. Сделан вывод о сроках создания необходимого по мощности ледопородного ограждения в замковой части.
Ключевые слова: Верхнекамское месторождение, ствол, каменная соль, реология, толща, замораживание.
Предметом данной работы является расчёт крепи стволов рудника на Палашерском и Балахоцевском участках Верхнекамского месторождения. В административном отношении лицензионный участок расположен в Усольском муниципальном районе на территории, подчинённой г. Березники, в 15 км южнее данного города (рис. 1.).
Рис. 1. Схема расположения скважин на лицензионном участке
В качестве исходных данных являются геологические разрезы контрольных скважин 107Г-1 и 107Г-2, стволов КС и СС соответственно (рис.2). Сами стволы непосредственно пройдены в породах, принадлежащих Палашерскому участку Верхнекамского месторождениях. Так как стволы находятся в непосредственной близости и принадлежат одинаковым геологическим формациям, то можно утверждать, что условия проходки стволов должны быть полностью идентичными.
Участок отработки запасов Затопленная часть Балахонцевского участка Угловая точка и ее номер Скважина и ее номер
Рис. 2. Схема расположения скважин на лицензионном участке
Надстилающие породы имеют мощность 269,27 и 273,20 м соответственно. В надстилающих породах можно выделить четыре формации пластов: четвертичные отложения (сложенные насыпным грунтом, глиной, супесью и суглинками); пестроцветная толща ( сложенная алевролитом, аргиллитом, песчаником и известняком); терригенно-карбонатная толща ( сложенная породами, идентичными с пестроцветной толщей только с различающимися физическими свойствами ввиду большей глубины залегания) и соляно-мергельная толща ( сложенная глинисто-гипсовыми породами, мергелем и известняком). Также стоит сказать несколько слов о водоносности пород. Водоносность покрывающих пород изменчива как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Верхний пласт каменной соли переходной пачки (нижняя часть соляно-мергельной толщи) является практически водоупорным, предохраняющим калийный рудник
от затопления. Общий приток из надсоляных пород в шахтный ствол может составлять 1000...1500 м/сут и более. Сами соляные породы непосредственно проявляют ярко выраженные реологические свойства, что прямым образом сказывается на выборе схемы возведения крепи стволов. Усиление вязкопластических свойств пород возрастает с глубиной. Так, непосредственно в соляной толще можно выделить три крупные формации: первая, образованная каменной солью (встречается на глубинах от 270 до 315 м и на глубинах от 390 до 570 м); вторая, образованная карнал-литовой породой (встречается на глубинах от 315 до 370 м с ярко выраженными включениями каменной соли) и третья формация - формация красного сильвинита (встречается на глубинах от 370 до 390 м). Также стоит упомянуть о полосчатом сильвините, формация которого не столь значительна по сравнению с тремя видами пород, приведёнными выше.
Следует упомянуть также, что кроме калийного месторождения, на данном лицензионном участке присутствуют месторождения торфа, которые сейчас находятся в законсервированном состоянии и месторождение
о
нефти им. Архангельского, разработку которого ведёт ОАО «ЛУКОЙЛ»
(рис. 3).
Рис. 3. Схема расположения месторождения калийных солей относительно месторождений нефти и торфа на лицензионном
участке
Все эти особенности дают возможность судить о геологическом строении лицензионного участка и позволяют напрямую говорить о проблемах, с которыми можно столкнуться как на стадии проектирования, так и на стадиях строительства и эксплуатации стволов. Ни в коем случае нельзя забывать о вязкопластической модели взаимодействия солей с крепью проектируемых стволов. В такой ситуации давление на крепь может стабилизироваться многие годы, так что изначально заложенные параметры крепи в конечном счёте могут быть недостаточными для корректной службы стволов на заданном интервале времени. Следует учитывать эти и многие другие параметры и заложить возможные негативные воздействия с течением времени в текущие расчёты.
Возвращаясь к надсоляным породам, можно отметить, что исходными данными является геологический разрез контрольно-стволовой скважины для скипового ствола. Стоит упомянуть, что в самой работе идёт расчёт двух стволов - скипового и клетевого. Но ввиду того, что по результатам замеров мощности надсоляных породных толщ примерно равны 269,27 и 273,20 м соответственно, т.е. стволы принадлежат к одинаковым формациям пород и расположены в непосредственной близости друг от друга, то можно утверждать, что условия и сроки замораживание двух вышеупомянутых стволов должны быть идентичны. После этого разбьем надсоляные породы на 19 формаций, образованных породами с идентичными физико-механическими свойствами, для того чтобы не рассматривать толщу по микроуровням, а сразу рассчитывать толщи, образованные несколькими микроуровнями, со схожими свойствами. После этого произведем расчёт толщины ледопородного цилиндра в замковой части на глубине 269,27 м. Это связано с тем, что на данной глубине присутствует максимальная засолённость пород, а чем выше засолённость материала, тем более низкую температуру необходимо создать для его замораживания.
При решении задачи о расчёте параметров ледопородного ограждения используется следующий алгоритм.
1. Расчёт толщины ледопородного ограждения в замковой плоскости производится по формуле О. Домке
где Дпр - радиус ствола в проходке, м; Р - расчетная нагрузка, МПа; осжп-допустимое напряжение на замороженные породы при сжатии от условно-мгновенной нагрузки, МПа.
2. Количество замораживающих скважин определяется по формуле
(1)
где - диаметр окружности, на которой расположены устья замораживающих скважин; I - расстояние между центрами скважин, м.
3. Общая потребность холода для создания ледопородного ограждения (кДж):
4 = 41 + 42 + 43 + 44, (3)
где:
41 = УвСв-?0);42 = 7в$£Щв;д3 = увСл£щв(Хв - 1ср),
44 = Г;СТЖ/(Гп -Хср),
В т
где С - теплоёмкость; ЖХ - объём воды, содержащейся в пласте; Ж^
объём твёрдого скелета пород, содержащегося в пласте; ХВ - температура воды, 0С; Хср- средний показатель температуры, 0С; Хт - температура массива пород, 0С; Х0 - температура хладагента в системе, 0С.
4. При определении времени, необходимого для создания ледопо-родного ограждения проектных размеров, следует учитывать потери на компенсацию тепла, непрерывно притекающего к замороженным породам от окружающих пород (земной теплоприток):
Я = (ЯЯ -Эв)Р-1, (4)
2 2 где ¥ - теплоприток к 1 м ледопородного ограждения, кДж/(м ч); Эн, Эв-
соответственно наружный и внутренний диаметры ледопородного ограждения, м.
5. Время активного замораживания (сутки) определяется по формуле:
^ =-4--(5)
(д - Я) ■ 24' ( )
где 4 - общая потребность холода для создания ледопородного ограждения (кДж) ; д - холодопередающая способность замораживающих колонок (кДж); Я - потери на компенсацию тепла, непрерывно притекающего к замороженным породам от окружающих пород (земной теплоприток).
6. Средняя температура в замковой плоскости (град. Цельсия):
1 ¥ - '"(2)
V3 2 ХсР I 4 п ■ Е, (6)
1п(-) +-
2п ■ Г0 21
где Е - толщина ледопородного ограждения в замковой части, м.
7) Средняя температура всего ледопородного ограждения (град. Цельсия):
0 21
Хср = Хр (0,32 + 0,8 ■ а - Е). (7)
Е
Период активного замораживания составляет 237 дней при учёте, что хладоноситель поступает в систему при температуре порядка -45 0С.
Это обусловлено тем, что соляно-мергельной толще для замораживания засолённых пород необходимы как можно более низкие температуры, а применение данного хладоносителя не несёт за собой дополнительных затрат по специальному оборудованию.
Список литературы
1. Вялов С.С., Зарецкий Ю.К., Городецкий С.Э. Расчеты на прочность и ползучесть при искусственном замораживании грунтов. Л.: Строй-издат, 1981.
2. Вялов С.С., Разбегин В.Н. Реология мерзлых грунтов. М.: Строй-издат, 2000.
3. Кудряшов А.И. Верхнекамское месторождение солей: монография. Пермь: ГИ УрО РАН. 2001. 429 с.
4. Разработка соляных месторождений: сб. статей конференции. Пермь: ВНИИИГ, 1989.
5. Соловьёв В. А. Методическое руководство по ведению горных работ на рудниках Верхнекамского калийного месторождения. Пермь: ВНИИИГ, 1992.
6. Технология разработки калийных месторождений: сб. статей конференции. Пермь: ВНИИИГ, 1991.
7. Трупак Н.Г. Замораживание грунтов при сооружении вертикальных шахтных стволов. М.: Недра. 1983.
8. Условия образования месторождений калийных солей: сб. статей конференции. Пермь: ВНИИИГ, 1988.
N.S. Bulichev, D.S. Komarov
CALCULA TION OF SHAFTS OF VERHNEKAMSKOE SALT DEPOSIT
The geological features for a structure of a license site were realized. The principles of calculation of an ice protection for over salt breeds were considered. Had come to the conclusion about time frames of creation of an ice protection layer, which is necessary on capacity in ice-locked part.
Key words: Verhnekamskoe salt deposit, shaft, salt, rheology, thickness, freezing.
Получено 24.11.11
