Газодинамические явления в калийных рудниках

 

142

Разработка калийных пластов на рудниках Республики Беларусь, России, Германии, Англии, США, Франции и других стран осложняется газодинамическими явлениями (ГДЯ), которые происходят при ведении как подготовительных, так и очистных работ. Внезапность, большая энергия и высокая скорость разрушения массива соляных пород при газодинамических явлениях приводят к травмированию, а иногда, к гибели шахтеров, разрушению дорогостоящего горного оборудования, значительным простоям высокопроизводительных добычных комплексов, создают психологическую и социальную напряженность в рабочих коллективах рудников.

 

Описание ГДЯ, происходящих на всех калийных месторождениях, потребует большого объема изложения материала, поэтому ограничимся ГДЯ, имеющих место на Старобинском месторождении [13].

Газодинамические явления на этом месторождении происходят на Третьем калийном горизонте в виде:

- внезапных и искусственно инициированных выбросов соли и газа;

- обрушений пород кровли, сопровождающихся газовыделениями;

- отжимов призабойной части пород, сопровождающихся звуковыми эффектами, разрушением и выносом разрушенной породы в горную выработку.

 

1 Внезапные выбросы соли и газа вначале происходили только из забоев или кровли выработок при вскрытии ими локальных геологических нарушений, получивших на месторождении название мульд погружения.

Мульды представляют собой геологические нарушения, имеющие относительно небольшие размеры: 20-35 м в плане. Горизонтальное сечение мульд имеет форму, близкую к эллипсовидной или круглой, а вертикальное сечение дает воронкообразную форму. Для большинства мульд характерно наличие ядра сферической или изометрической формы с перемятыми породами из галита. В области мульды отмечаются системы концентрических и радиальных трещин, заполненных галитом, сильвинитом и карналлитом.

Анализ случаев первых внезапных выбросов из мульд в очистных забоях и подготовительных выработках показал, что им всегда предшествуют сначала предупредительные признаки, а затем – предвестники.

Предупредительными признаками являются:

- погружение слоев под углом от 15^о до 30^о;

- полное замещение продуктивных слоев или их частичное замещение каменной солью более чем на 50 %;

- постепенное утончение верхних сильвинитовых прослойков по 3 сильвинитовому слою;

- появление в кровле лавы трещин разрыва.

Предвестниками внезапного выброса соли и газа могут быть:

- погружение слоев под углом 30^о и более;

- потрескивание массива и отскакивание кусочков породы;

- усиленное выделение газа;

143

- развивающийся прогиб пород кровли с образованием зияющих (открытых) трещин;

- полное или частичное замещение продуктивных сильвинитовых слоев глинисто-карналлитовыми породами;

- появление 4 сильвинитового слоя на стенках или в забое горной выработки.

Кроме прогноза внезапных выбросов из мульд с помощью предупредительных признаков и предвестников применяется также метод обнаружения и оконтуривания мульд в выемочных столбах до их отработки лавами с использованием сейсмической томографии. Для предотвращения ГДЯ из мульд в лавах, в основном, применяется инициирование выбросов соли и газа из специально пройденной к мульде выработки или из очистного забоя с помощью буровзрывных работ.

Начиная с 1996 года внезапные выбросы соли и газа стали происходить и из почвы подготовительных выработок. Полость выбросов из почвы имеет глубину 5-6 м с размером по верхнему основанию 2,0 х 2,1 м и располагается, как правило, за крепью сопряжения с лавой. Визуальным осмотром очистных и подготовительных выработок в зоне внезапных выбросов соли и газа и в прилегающих горных выработках каких-либо геологических признаков и предвестников выбросов обнаружено не было. Шахтеры, находящиеся в лавах при выбросах показали, что какие-либо звуковые эффекты или необычное поведение массива и оборудования перед выбросом также отсутствовали. Анализ геологических условий проявления газодинамических явлений из почвы горных выработок показал, что они обусловлены наличием очаговых скоплений газа в породах 12-го глинисто-мергелистого горизонта, кровля которого располагается на расстоянии 5-6 м от почвы горных выработок. Наиболее перспективными методами прогноза зон, опасных по ГДЯ из почвы горных выработок, являются сейсмические дистанционные методы отраженных и преломленных волн. Предотвращение газодинамический явлений такого типа может осуществляться методами принудительной дегазации пород почвы с помощью шпуров и скважин.

 

144

2 Обрушение пород кровли, сопровождающиеся газовыделениями, происходят в результате непосредственной подработки горными выработками скоплений свободных приконтактных газов. Анализ показывает, что полости образовавшиеся при ГДЯ этого вида, имеют плоское верхнее основание, приуроченное, в основном, к месту нахождения в массиве приконтактных газов и эллиптической формы нижнее основание. Высота полостей изменяется от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров. Во всех случаях газодинамические явления этого вида протекают с характерным звуком эффектом (типа сильного хлопка) и сопровождаются воздушной ударной волной. Статистика ГДЯ данного вида показала, что в подавляющем большинстве случаев очаги обрушений пород кровли приурочены или расположены вблизи тектонических нарушений. Для предотвращения подобного рода ГДЯ применяется профилактическое бурение дегазационных шпуров в кровлю горных выработок, снижающих давление свободных газов.

 

3 Отжимы призабойной части пород, сопровождающиеся звуковыми эффектами, разрушением с выносом породы в горную выработку, имеют интенсивность, не превышающую несколько тонн. Несмотря на сравнительно небольшую интенсивность, отжимы пород могут приводить к травмированию шахтеров из-за отброса проходческо-очистных комбайнов от забоя на расстояние до 3 м и образования мелких кусков разрушенной породы, вылетающих из призабойной части выработки.

Детальный анализ случаев такого вида ГДЯ показал, что все они также, как и в случаях с газовыделениями, приурочены к тектоническим трещинам. Раскрытие трещин в местах отжимов изменяется, в основном, от 1 до 3 см, но иногда достигает и 5 см. Трещины, в большинстве случаев залечены, однако отмечаются и незалеченные трещины, которые распространяются от полостей отжимов вглубь массива на расстояние до 2 м.

 

145