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

На руднике «Томас Мюнцер» (ГДР) только за один месяц при бурении шпуров по карналлиту было зарегистрировано 305 мелких суфляров. Газ выделялся из полостей диаметром 0,1— 0,3 м. Иногда встречаются более крупные полости — объемом до 10 м3. Расположение их в пласте не подчиняется какой-либо за­ кономерности. Стенки полостей обычно гладкие.

Приконтактные газы близки по типу к гнездовым. Они приуро­ чены только к контактам кровли калийных пластов с каменной солью или с глинистыми прослоями. В последнем случае их на­ зывают коржевыми. На Верхнекамском месторождении коржевые газы чаще всего находятся па контакте шестого слоя карналлитового пласта В и каменной соли В—Г, точнее, у глинистого про­ слоя на этом контакте. Однако коржевые газы, так же как и гнездовые, встречаются и при разработке сильвинитовых пластов.

На Старобинском и Калушском месторождениях прикоитактпые газы являются главным источником газовыделений. Они при­ урочены к подстилающим калийные пласты интенсивно рассланцованным глинистым породам.

На рудниках Южного Гарца приконтактные газы приурочены к контактам карналлита и каменной соли, на рудниках бассейна Верра — к контактам сильвинита и карналлита, сильвинита и хартзальца. Эти скопления газов при ведении горных работ выде­ ляются также в виде суфляров.

Крупные скопления газа на рудниках Советского Союза встре­ чаются довольно редко — в основном на Верхнекамском и Индерском месторождениях. Они обычно находятся в больших трещинах или полостях, например в зонах разлома на участках резких пе­ регибов пласта синклинального и антиклинального типа, связан­ ных с микротектоникой пластов. По нашим наблюдениям, на Со­ ликамском калийном руднике скопления горючих газов в карналлитовом пласте характеризуются следующими объемами: гнездо­ вые — до 40 м3, коржевые — до 450 м3, крупные скопления газов в микроантиклиналях — до 2000 м3.

На рудниках ГДР и ФРГ крупные скопления газа встречаются чаще и объемы их значительно больше, чем на рудниках СССР, что объясняется различием и особенностями генезиса газов. На­ пример, на рудниках бассейна Верра при бурении шпуров заре­ гистрированы суфлярные выделения газа, объем которых достига­ ет сотен тысяч кубических метров.

В районе Южного Гарца (рудники «Нейеблейхерода», «Фолькенрода», «Петен», «Глюкауф», «Зондерсхаузеи») крупные газо­ вые скопления находятся в полостях, соединяющих толщу с неф­ теносными породами лежачего бока (основным доломитом и ангидритом). На рудниках «Фолькенрода» и «Петен», имеющих большую глубину, вследствие большого горного давления подсти­ лающие породы настолько сильно разрушаются, что образуются трещины до нефтеносного доломита, по которым в горные выра­ ботки поступают нефть и газы.

40

Г л а в а III

ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ НА КАЛИЙНЫХ РУДНИКАХ

§1. Виды газовыделений

Вкалийных рудниках, так же как и в угольных шахтах, на­ блюдаются три вида газовыделений в горные выработки:

обычное — медленное непрерывное газовыделение из мелких трещин и пор породы;

суфлярное •— местное повышенное газовыделение из трещин и всякого рода пустот, вскрытых горными выработками, в подав­

ляющем большинстве случаев кратковременное (от нескольких минут до нескольких часов);

внезапное — местное выделение большего по сравнению с обычным количества газа с одновременным разрушением части приконтурного массива, а иногда и смещением его (обрушением, вывалом, выбросом породы).

Обычные газовыделения незначительны н поэтому не оказы­ вают существенного влияния на ведение горных работ в калийных рудниках. Такой вид газовыделений обусловлен не только особен­ ностями газоносности соляных пород по сравнению с угольными, но и их некоторыми физико-механическими свойствами и техноло­ гией разработки (системой разработки, способом отбойки руды и связанным с ними характером проявления горного давления в очистных и подготовительных выработках).

Обычная (средняя) газоносность калийных пластов невелика и составляет десятые доли кубических метров газа на кубический метр породы в отличие от угольных, газоносность которых может достигать десятков кубических метров газа на 1 т угля. Эффек­ тивная пористость соляных пород, в особенности сильвинитов и каменной соли, очень невелика, а газопроницаемость весьма мала, тогда как для угольных пластов характерна более высокая пори­ стость (несколько процентов) и значительно более высокая газо­ проницаемость.

Относительно спокойный характер проявления горного давле­ ния на калийных пластах объясняется применением камерных

41

систем разработки, тогда как на угольных пластах, разрабатывае­ мых системами с длинными очистными забоями, он более интен­ сивен. В связи с частичным разрушением угля в призабойной части массива под действием горного давления создаются благо­ приятные условия для его дегазации. Газопроницаемость соляных руд в призабойных участках массива повышается незначительно. Увеличение газопроницаемости больше при отбойке руды взрыв­ ным способом, чем при комбайновом.

Обычные газовыделения характеризуются небольшими объема­ ми и не приводят к повышению концентрации горючих газов выше допустимых норм.

В угольных шахтах выделяется преимущественно метан. При­ месью метана чаще всего бывает углекислый газ. Водород вместе с метаном выделяется сравнительно редко, причем содержание его в рудничной атмосфере угольных шахт вместе с гомологами метана не превышает 1—4%. На некоторых калийных рудниках водород выделяется так же часто, как и метан. Так, на Соликам­ ском руднике Верхнекамского месторождения выделяется в основ­ ном водород. На зарубежных калийных рудниках (бассейн Верра) в рудничную атмосферу выделяется в основном углекислый газ.

Максимальная газопроницаемость соляных пород связана с контактами различных по минеральному составу слоев и прослоев, а в пределах их — с местами включений минералов, значительно отличающихся по своему составу от солей. Миграция природных газов из одного пласта в другой в нетронутом массиве и в период разработки практически отсутствует. Отсутствует также миграция газа из глубин массива. Незначительный подток газа может осу­ ществляться из трещин, вскрытых горными выработками, и по контактам солей с глинистыми прослоями. Из массива в горные выработки выделяется в основном свободный газ из соединенных между собой пор; газы, заключенные в закрытых порах и кристал­ лах, в этих случаях не выделяются. Сорбированный газ выделяет­ ся, по-видимому, в незначительных количествах (вопрос о содер­

блюдается, что объясняется, с одной стороны, применяемой систе­ мой разработки, а с другой — физико-механическими свойствами солей и их газоносностью. Наблюдения за газоотдачей наиболее іазоносиого карналлитового пласта В Верхчіекамского месторож­ дения показали, что даже в начальный момент после обнажения массива газовыделение не превышает 60 л/м2 в сутки [14]. Это в десятки и сотни раз меньше газоотдачи со свежеобнаженного угольного пласта.

42

Характер изменения газовыделения из обнаженного массива карналлитового пласта В, отрабатываемого буровзрывным спосо­ бом, во времени показан на рис. 10. Наиболее интенсивно газ вы­ деляется из массива в первые дни после его обнажения и на пер­

в течение более 30 лет за составом рудничной атмосферы отработанных камер Соликамского калий­

ного рудника показали, что горючие газы либо отсутствуют, либо их содержание не превышает сотых долей процента.

По данным П. И. Пономарева и В. П. Шатова, проводивших обследование атмосферы старых камер, с момента отработки ко­ торых прошло от 1 до 5 лет и проветривание не производилось, содержание горючих газов составляло от 0,001 до 0,002%, угле­ кислого газа — от 0,0 до 0,30%, азота — от 78,5 до 79,8%, кисло­ рода — от 20,1 до 20,8 [28].

Тем не менее не исключены случаи значительных газовыделе-

Такие случаи были на Соликамском руднике. На рудниках Южно­ го Гарца подобные проявления значительны и неоднократно слу­ жили причиной газовыделений в выработанном пространстве.

Суфлярные выделения связаны со скоплениями свободного га­ за, который заполняет относительно крупные полости в соляном массиве и находится под давлением. Они происходят при вскрытии этих пустот шпурами, скважинами, горными выработками или трещинами. В этих случаях газ, как правило, выделяется интен­ сивно. Продолжительность газовыделения зависит от объема газо­ вого скопления и размеров путей, по которым выходит газ.

В отличие от угольных шахт, где продолжительность действия суфляров измеряется в основном несколькими часами или сутка­ ми, суфлярные выделения на калийных рудниках кратковременны

43

и продолжительность их действия в большинстве случаев состав­ ляет минуты, реже часы. Вместе с тем, так же как и в угольных шахтах, известны суфляры, действовавшие длительное время,

иногда годы.

На Верхнекамских рудниках суфляры приурочены как к карналлитовому, так и к сильвинитовым пластам. При разработке карналлитового пласта на Соликамском руднике в отдельные ме­ сяцы было зарегистрировано до 177 случаев суфлярных выделе­ ний. Продолжительность действия большинства из них составляла от нескольких секунд до 30 мин. Объем выделившегося газа был, как правило, невелик. Силу таких небольших суфляров работники рудника определяют по звуку: хлопку, подобному выстрелу из ружья; звуку, напоминающему разрыв шланга со сжатым возду­ хом, и т. п. Рабочие отмечают ощущение холода, вызванное рас­ ширением газов.

А. А. Черепенников считал, что давление, под которым нахо­ дится газ, теоретически может достигать 40—50 кгс/см2. Суфляры, наблюдаемые В. П. Шатовым, действовали в течение 1—3 ч, при этом выделялось до 0,015 м3 газа. Нами была отмечена продол­ жительность действия суфляров около 30 ч на Втором Березни­ ковском руднике и около 48 ч на Нндерском месторождении. Максимальный объем выделившегося газа составил 60 м3.

Суфлярные выделения из пластов А—Б и Красного II отмече­ ны реже, чем из пласта В. Однако чаще, чем обычно, они проис­ ходят на участках шахтного поля со значительным развитием пустот. Такие участки на Первом Березниковском руднике были отмечены на 4-й и 5-й восточных панелях, приуроченных к сводо­ вой части, и на 2-й восточной панели, приуроченной к сводовой части Березниковской брахиантиклинальной структуры [7]. Пер­ вые пустоты представляли собой открытые трещины длиной до 5 м и шириной 6—8 см.

При вскрытии суфлярных скоплений газа шпурами или сква­ жинами отмечаются толчки газа, выбросы штыба, а иногда и вы­ бросы бурового инструмента. Так, на Соликамском руднике при бурении разведочной скважины длиной 193,5 м из забоя квершла­ га было вскрыто крупное скопление газа на контакте пластов А и Б. Буровой станок весом 750 кг был выбит и перемещен па 3 м, а буровые штанги длиной 160 м и диаметром 42 мм были выбро­ шены из скважины, перемяты, закручены в кольца и в некоторых местах порваны. Иногда происходили кратковременные повыше­ ния концентрации горючих газов в районе бурения, а при проведе­ нии выработок комбайнами — в забое выработок.

Нередко суфлярные выделения газов происходят при бурении скважин с поверхности. По сведениям А. А. Иванова и В. И. Рейнеке, из 28 скважин, пробуренных через толщу калийных солей Верхнекамского месторождения, в 17 скважинах наблюдались выделения газов различной силы и продолжительности. При бу­ рении одной из скважин выделение газа с глубины около 150 м

44