Выбор эффективной глубины заложения камер рассолопромыслов, обеспечивающий минимальный ущерб окружающей среде Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

© С.А. Толстунов, С.П. Мозер, 2004

УДК 622.277.3

С. А. Толстунов, С.П. Мозер

ВЫБОР ЭФФЕКТИВНОЙ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ КАМЕРРАССОЛОПРОМЫСЛОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ МИНИМАЛЬНЫЙ УЩЕРБ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

Семинар № 7

Т~% азработка соляных месторождений че-

-шГ рез буровые скважины методом растворения каменной соли сопровождается оседанием дневной поверхности. Избежать этого явления при современной технике и технологии не удается из-за необходимости проведения технологических операций по спуску-подъему колонн труб и, в связи с этим, отсутствия возможности удержания повышенного давления рассола в камере. В связи с этим при отработке месторождений каменной соли купольного типа встает вопрос выбора эффективной глубины заложения и определения предельных параметров камер.

Вскрытое и отработанное геотехнологиче-ским способом месторождение независимо от глубины заложения камер практически на поддается повторной отработке, даже если ниже или выше промышленного пласта находятся вполне пригодные к отработке запасы соли.

Основным ограничительным фактором, как правило, является состояние дневной поверхности в районе работы рассолопромысла. При значительном и неравномерном оседании дневной поверхности происходят провалы, наносящие ущерб окружающей среде, устранение которых сопровождается значительными капитальными затратами.

Типичным примером такой ситуации является отработка Ново-Карфагенского месторождения каменной соли [1]. В результате технологических отклонений от расчетных размеров камер на месторождении произошли многочисленные провалы земной поверхности. Аналогичная ситуация возникла в Польше на рас-солопромысле “Лежковице” [2]. Из-за нарушений технологического регламента и технических просчетов произошли провалы дневной поверхности. Объем и глубина провалившихся пород увеличивалась постепенно и продолжалась в течение десятилетий. Это обстоятельст-

во указывает на значительную сложность и длительность ликвидации аварийной ситуации даже в тех случаях, когда имеется необходимый объем капитальных вложений.

Для сохранения дневной поверхности наиболее часто оставляют целики, поддержание которыми не всегда дает положительный результат из-за случайных явлений. Поэтому встает вопрос о том, при какой глубине заложения и предельно допустимых размерах камер возможна максимальная отработка запасов при минимальном ущербе для окружающей среды.

Наиболее существенным критерием оценки возможности отработки является предельные углы перемещений слоев пород и предельные опускания дневной поверхности, а также размер площади деформирующихся пород на поверхности.

Опыт отработки месторождений каменной соли на глубине около 3000 м в Северной Голландии [3] дает основание полагать о более высокой эффективности производства при минимальном экологическом ущербе от действия горных работ. Мощный пологий пласт каменной соли отрабатывается двумя камерами с оставлением междукамерного целика шириной примерно 500 м. В результате размыва образованы камеры, развивающиеся в пространстве по форме в виде бутыли, которые обеспечивают производительность 450 м3/час по кондиционному рассолу.

Опыт отработки указанного месторождения показывает, что оседание дневной поверхности происходит по сложному закону и в разные периоды времени имеет неодинаковую интенсивность.

По мере развития горных работ постепенно вовлекаются в движение большие массы горных пород, оседание которых приводит к появлению мульды сдвижения. Анализируя изме-

Рис. 1. Зависимость объема мульды оседания от сроков отработки

нения мульды сдвижения представляется возможным прогнозировать состояние дневной поверхности.

В связи с тем, что опыта эксплуатации рас-солопромыслов с заложением камер на глубинах 2500 м недостаточно, авторами работы произведены расчеты прироста опускания дневной поверхности в зависимости от объема добываемой соли на основе данных работы [3].

В начальный период существования камер происходит некоторое запаздывание оседания мульды сдвижения (см. рис. 1, 2), а затем эта разница во времени значительно уменьшается. Прирост объема мульды сдвижения хорошо согласуется с объемами добытой соли (см. рис. 3).

Таким образом для месторождений купольного типа объем мульды оседания поверхности необходимо рассчитывать исходя из годовой производительности камер.

Отработка месторождений соли, залегающей под породами-мостами или мощными перекрывающими толщами, сложенными крепкими породами имеет несколько другой механизм образования мульды оседания поверхности и в данной работе не рассматриваются.

При осуществлении добычи растворением соли общие деформации дневной поверхности распространяются под углом 35 , а максимальные примерно 600.

Если предположить, что оседание дневной поверхности образует фигуру в виде конуса, обращенного вершиной в сторону камеры, то его объем будет приближаться к объему вынутых пород.

Исходя из этих соображений становится ясным, что при малых глубинах заложения камер объем деформированных пород на поверхности будет выбран на малой площади. Достижение критических углов прогиба приведет к провалам поверхности.

При глубоком заложении камер объем деформированных пород просядет на значительно большей площади при меньших опусканиях. Таким образом становится очевидным, что при глубоком заложении камер растворения на штоковых месторождениях представляется

Рис. 2. Количество добытой соли за время отработки

2000000 1800000 1600000 1400000 | 1200000 £

1000000

^ 800000 о

600000 400000 200000 0

1995 1996 1997 1998 1999 2000

возможным отработать значительно большие запасы без значительного ущерба земной поверхности.

Исследование геомеханической модели поведения массива на основе приведенных в работе [4] формул показывает, что при глубоком заложении камер происходит значительное уменьшение области горных пород в окрестности полости, в пределах которой могут возникать касательные напряжения. В окрестности полости от действия касательных напряжений могут возникать трещины ограниченного распространения. В связи с этим в горной породе в области действия полости начинают развиваться пластические деформации, которые переходят в стадию пластического течения. Таким образом, при коэффициенте бокового распора X = 1 нормальные напряжения становятся равными, что создает условия для заплывания полости без существенной по размерам области трещиноватости. По данным Ленинградского горного института [5] такое состояние воз-

можно для соли Старобинского месторождения на глубинах примерно 2600 м.

500000 450000 400000

„ 350000

3

Я' 300000 I 250000

х! 200000

4 150000 100000

50000 0

1995 1996 1997 1998 1999 2000

К положительному моменту в пользу глубокого заложения камер растворения каменной соли следует также отнести значительно более высокую температуру окружающего массива.

1. Дудко П. М. Подземное выщелачивание солей. -М.: Недра, 1972, с. 160.

2. Вилък С. Деградация естественной среды вследствие эксплуатации месторождения каменной соли скважинным методом. С. Вильк, Я. Трапле, С.Лучински Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: Изд. МГГУ, 2001. №9. - С. 173-182.

3. Stax und Barge. Zur Geologie und Nutzung der Sal-zlagerstatte der Frisia Zout BV.//Gluckauf 137, 2001, №7-8, s. 428-432.

Рис. 3. Зависимость отношения объемов добытой соли с объему мульды оседания от сроков отработки

Процесс растворения соли идет с поглощением тепла. По данным Е.П. Каратыгина [6] на глубине »760 м процесс растворения идет при температуре около 0 °С, что сильно снижает скорость самого процесса растворения. При заглублении камер свыше 2500 м за счет притока тепла из недр создаются условия протекания процесса растворения при температуре 50^60°.

В связи с вышеизложенным авторы считают технически целесообразным заложение камер растворения каменной соли на глубинах около 2500^3000 м, обеспечивающие минимальные экологические последствия от действия горных работ.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Айзаксон Э. Давление горных пород в шахтах. М., Госэнергоиздат, 1961.

5. Проскуряков Н.М. Внезапные выбросы породы и газа в калийных рудниках. - М.: Недра. 1980. - С. 264.

6. Каратыгин Е.П. О термическом режиме камер подземного выщелачивания соли // Вопросы добычи и переработки галургического сырья. - Л.: Химия, 1966, вып. 49, с. 79-86.

— Коротко об авторах -------------------------------------------

Толстунов Сергей Андреевич — доцент,

Мозер Сергей Петрович — аспирант,

Санкт-Петербургский государственный горный университет (ТИ).

------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПИСКАРЕВА Татьяна Викторовна Совершенствование метода количественной оценки условий труда Q5.26.Q1 к.т.н.