Файл: Медведев, И. И. Газовыделения на калийных рудниках.pdf

ражать ультразвуковой импульс оказались способными даже не­ большие неоднородности, тончайшие трещины и границы пластов) и проблема связи осциллятора с породой — не позволили приме­ нять его в качестве надежного способа обнаружения газонасы­ щенных зон.

В 1968 г. В. Ф. Коротаевым (ППИ) с целью прогнозирования газонасыщенных зон был испытан ультразвуковой метод на Со­ ликамском руднике.

Был использован метод продольного профилирования: излуча­ тель ультразвуковых волн располагался на одной прямой с при­ емником, который перемещался по этой прямой на определенном расстоянии. Такой метод позволяет фиксировать изменение скоро­ стей распространения упругих волн по всей длине и выявить уча­ стки, отличающиеся своими свойствами (влияющими на скорость прохождения волны).

С поверхности забоя камеры карналлитового пласта снимали площадку рыхлого слоя с помощью отбойного молотка. Размеры

вание 63 линий. Четко вы­ делить газоносные зоны не удалось, так как скорость ультразвука

вывалась на следующих положениях. Соляная порода, которую практически можно рассматривать как изолятор, имеет сопротив­

имеет включения неизвестной проводимости (в частности, диэлект­ рическая проницаемость углекислого газа ё= 1). Таким образом, проводимость и диэлектрическая проницаемость на участках со­

Первые попытки определить наличие газа в солях электричес­ ким методом были сделаны Ф. Фричем [40]. При исследовании он основывался на предположении, что диэлектрическая проницае­ мость сплыюпористых солей, содержащих углекислый газ, е= 1, отличается от диэлектрической проницаемости обычных солей с е= 4-ь-8 в том случае, если поры занимают большее пространство, чем скелет породы.

Для измерения был использован метод емкости. Принцип этого метода заключается в том, что исследуемая порода соединяется с колебательным контуром, параллельно которому подключается соответствующая емкость. При отключении породы изменяется собственная частота цепи (контура). Величина, на которую дол­ жен быть отрегулирован конденсатор, чтобы снова получить резо­ нанс, — есть измеряемая величина (обозначается как эквивалент­ ная емкость С'). Частота измерения составила 300 кГц. Включение породы в колебательный контур происходило через два плоских электрода. При всех измерениях поддерживались постоянные ус­ ловия испытания.

Испытания проводились па карналлитовом пласте одного из калийных рудников ГДР. В конкретном случае удалось опреде­ лить участок пористой (газоносной) соли. Однако такие результа­ ты оказались случайными.

Обширные испытания по возможности применения электромет­ рии для определения участков солей, насыщенных углекислым га­ зом, были проведены Рихтером. Он проводил измерения диэлект­ рической проницаемости породы через буровые скважины по методу резонанса при частоте 3 мГц. В противоположность Ф. Фричу, Рихтер полагал, что наличие СОг в соли должно повы­ сить ее диэлектрическую проницаемость по сравнению с солью, не содержащей газа, так как внутрикристаллический углекислый газ содержится в смеси с рассолами. При этом он считал, что со­ держание С02 пропорционально содержанию рассолов, от которых в конечном счете зависит диэлектрическая проницаемость соляной породы.

Измерения емкости соли производились с помощью конденса­ тора, сконструированного в виде зонда для буровых скважин. Из­ мерения дали положительный результат, но относились только к частным случаям и поэтому метод емкости не может быть приме­ нен для всех условий.

Ошибка рассмотренных методов заключается в однозначности принятых предпосылок. Более поздними исследованиями Ольснера было показано, что взаимосвязь между содержанием газов и рас­ солов в кристаллах солей отсутствует; кроме того, на диэлектри­ ческую проницаемость солей оказывает влияние и наличие меж­ кристаллического газа и другие факторы. Таким образом, выде­ лить рассмотренными методами газоиасыщеиные зоны не удалось.

116

Однако учитывая, что при проведении указанных измерений Ф. Фрнчем и Рихтером не были параллельно проведены определе­ ния содержания газа в солях химическим методом (в то время еще не был разработан достаточно надежный способ определения

и результаты их были сравнены со значениями измерений содер-. жания газа. Результаты указывали на то, что между значениями диэлектрической проницаемости и газоносностью (выбросоопасностыо пород) не существует определенной связи. Поэтому рас­ смотренные электрические методы оказались непригодными для прогноза выбросов породы и газа.

Однако в настоящее время известно большое число экспери­ ментальных данных, показывающих, что существует зависимость между э л е к т р и ч е с к и м и п а р а м е т р а м и горных пород и их II а п р я ж е н н ы м с о с т о я н и е м.

В. Г. Артемовым (ППИ) в 1970 г. были проведены исследова­ ния по возможности применения электрометрии для оценки напря­

только путем растворения, но и путем дробления породы. Если дробление произвести в закрытом

сосуде, то увеличение объема специальной газовой камеры может служить мерой объема освободившегося из породы газа.

Для размола образцов соли используется вибрационная лабо-

117

раторная мельница. При размоле появляется ряд факторов, влияющих на результат измерения, которые можно разделить на

две группы.

К п е р в о й г р у п п е относятся факторы, влияющие на увели­ чение объема. Это дегазация соли, повышение температуры при размоле и связанное с ним увеличение давления водяного пара.

Ко в т о р о й г р у п п е относятся факторы, влияющие на умень­ шение объема. К ним относится адсорбция газов тонкоизмельченным веществом, неполное дробление (часть газа остается невыде­ ленной) .

Учесть эти факторы по отдельности теоретически очень трудно. Поэтому эмпирически была отработана методика, при которой погрешности «плюс» и «минус» взаимно уничтожаются. Однако практическое использование этого метода встретило значительные трудности, а точность измерений не удовлетворяла требованиям. Поэтому сейчас данный метод на практике не применяется.

В ГДР для решения научных и технических проблем, связан­ ных с газами и газопроявлениями на калийных рудниках, было со­ здано научно-техническое общество «Mineralgebundene Gase». Это общество внесло большой вклад в дело борьбы с опасностями выбросов и их прогнозированием.

Прогноз выбросов осуществляется в две стадии: первичный —

Региональный прогноз основан на точном знании геологических условий проявления выбросов. Так, для калийного бассейна Вер­ ра установлено, что преобразованные сильногазоносиые соли, об­ разовавшиеся под воздействием газонасыщенных напорных вод на первичные соли, являются потенциально выбросоопасными. Прове­ дение регионального прогноза позволяет осуществлять локальный прогноз неповсеместно.

Локальный прогноз основан на учете факторов выброса (на­ пряженного состояния, физико-механических свойств и газоносно­ сти участка массива). Проведению инструментального и локально­ го прогнозов должно предшествовать выделение опасных участков также по геологическим признакам в забое. Для бассейна Верра к таким геологическим признакам относятся: изменение состава пласта от первичного карналлита к преобразованному сильвиниту, изменение структуры и текстуры соляных пород, появление трещи­ новатости и изгибов пласта, повышенная газоносность (наличие полостей, слоистости пород, суфляров).

На рудниках ГДР применяются три инструментальных метода прогноза выбросов.

Фрайбергский керновый метод прогноза. Сущность его заклю­ чается в оценке выбросоопасности по виду керна, полученного при бурении скважины в данном участке массива. Если керн сплош-

118

119