Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных и

Секция 4. Геодезия и геомеханика

Ошибка определения коэффициента рефракции по данной формуле получается равной mk = 0,528.

Была произведена оценка точности результатов измерений с учетом коэффициента рефракции и без его учета, результаты представлены на рисунке.

Рис. Оценка точности результатов измерений

Как видно из рисунка, неучитывание коэффициента рефракции при производстве инструментальных наблюдений на карьерах может привести к ошибкам порядка нескольких сантиметров.

201

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

Список литературы

1. Беспалов Ю.И., Мирошниченко С.Г. Исследование точности измерения превышений электронными тахеометрами // Геодезия и картография. – 2009. –

№3. – С. 12–13.

2.Беспалов Ю.И., Терещенко Т.Ю. Лазерные маркшейдерско-геодезические измерения в строительстве. – СПб., 2010. – 227 с.

3.Иордан В. Эггерт О., Кнейсель М. Руководство по высшей геодезии. Т. II. Прецизионное и тригонометрическое нивелирование. – М.: Госгеолтехиздат, 1963. – 263 с.

4.Колесатова О.С. Совершенствование методики маркшейдерских наблюдений за деформирующимися участками бортов карьеров (на примере Камаганского месторождения) // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2014. –

№4. – С. 23–32.

5.Мухаммед Н.С. Исследование влияний внешних условий на методику производства маркшейдерских работ на высокогорных Южных карьерах: дис… канд. техн. наук. – Л.: Изд-во Лен. горн. ин-та, 1985. – 275 с.

6.Никонов А.В. Исследование влияния вертикальной рефракции на результаты тригонометрического нивелирования короткими лучами способом из середины // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. – 2014. – № 1. – С. 28–34.

202

Секция 5. Разработка месторождений полезных ископаемых

Секция 5 РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУХА НА МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ В ДЛИННЫХ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ РУДНИКА 4 РУ

ОАО «БЕЛАРУСЬКАЛИЙ» К.М. Агеева

Научный руководитель – канд. техн. наук, доцент А.В. Зайцев Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Представлены результаты экспериментальных исследований зависимости микроклиматических параметров от скорости движения воздуха в длинных очистных забоях в условиях рудника 4 РУ ОАО «Беларуськалий».

Ключевые слова: микроклимат, температура, длинный очистной забой, тепловыделение, рециркуляция.

Согласно требованиям Правил технической безопасности… Республики Беларусь, температура воздуха в выработках не должна превышать +26 °С [1]. На сегодняшний день на руднике 4 РУ ОАО «Беларуськалий» температура воздуха в длинных очистных забоях достигает +35 °С. Это связано с действием ряда факторов: присутствием в горных выработках выемочных участков интенсивных источников тепловыделения, удаленностью от околоствольных дворов, глубиной ведения горных работ и, как следствие, высокой температурой окружающих горных пород. Высокая температура воздуха оказывает негативное влияние на здоровье горнорабочих, что, в свою очередь, приводит к снижению производительности труда, увеличению травмоопасности производства, усложнению технологии добычи.

Одним из эффективных мероприятий по улучшению микроклиматических условий является увеличение скорости движения воздуха в лаве [2-8]. При этом на практике увеличение воздуха может быть достигнуто за счет, например, организации рециркуляционной схемы проветривания панели с помощью дополнительных вспомогательных вентиляторных установок. При этом положительный эффект формируется за счет двух факторов:

–уменьшения нагрева воздуха из-за увеличения общего расхода, ассимилирующего тепловыделения от энергопоезда лавы;

–увеличения охлаждающего эффекта воздушной струи за счет повышения скорости движения воздуха.

203

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

Для количественной оценки эффективности мероприятий проведены натурные испытания в условиях лавы 2С-3 восточного направления горизонта 440 рудника 4 РУ ОАО «Беларуськалий. В ходе измерений увеличивалась скорость движения воздуха в длинном очистном забое за счет организации рециркуляционной схемы проветривания панели и измерялись температура, относительная влажность и скорость движения воздуха в горных выработках. Расчет охлаждающего эффекта воздушной струи за счет повышения скорости движения воздуха выполнен в программно-вычислительном комплексе «АэроСеть».

На рис. 1 приведен график распределения температуры воздуха по длине лавы 2С-3 до применения мероприятий регулирования теплового режима.

Рис. 1. Распределение температуры воздуха вдоль длины лавы до применения мероприятий регулирования теплового режима

На первом этапе исследований произведен монтаж рециркуляционной установки на базе вентилятора ВМЭ-6, работающего через перемычку, в вентиляционной сбойке № 8.

На рис. 2 представлена схема расположения рециркуляционной установки в ходе проведения натурных испытаний.

Работа рециркуляционной установки позволила увеличить расход воздуха

влаве до 13,5 м3/с (на 31 %), скорость воздуха составила 1,5 м/с. При этом производительность непосредственно вентилятора составила 10,2 м3/с. Таким образом,

вэксперименте коэффициент рециркуляции составил 75 %. Кроме того, в ходе экспериментальных измерений удалось установить, что исходящая струя воздуха полностью успевает охладиться до температуры непотревоженного массива, равной 23 °С. Экспериментальные измерения температуры воздуха подтвердили прогнозируемый эффект охлаждения воздуха до 30,5 °С (на 2,5 °С).

204

Секция 5. Разработка месторождений полезных ископаемых

Рис. 2. Схема расположения рециркуляционной установки

На втором этапе исследований произведен монтаж рециркуляционной установки на базе вентилятора ВМ-12А, работающего в режиме эжекторной установки, расположенной непосредственно в вентиляционном штреке после лавы.

Вэтом случае расход воздуха в лаве увеличивался до 21 м3/с, скорость воздуха возрастала до 2,5 м/с. Экспериментальные измерения температуры воздуха подтвердили прогнозируемый эффект охлаждения воздуха до 28,1 °С (на 4,9 °С).

Таким образом, максимально возможное снижение температуры воздуха, которое обеспечивается увеличением скорости движения воздуха в лаве, равно 5 °С, что соответствует результирующей температуре воздуха в начале лавы 28 °С.

Втаблице приведены результаты проведённых испытаний.

Результаты проведённых испытаний

На основании проведенных исследований установлено, что увеличение скорости движения воздуха за счет организации схемы вентиляции с частичным повторным использованием воздуха уменьшает нагрев воздушной струи и улучшает микроклиматические условия. В то же время для практической

205

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

реализации данного мероприятия необходимо учитывать следующие технические особенности:

–коэффициент рециркуляции свыше 75 % является опасным с точки зрения накопления горючих и ядовитых примесей в рудничной атмосфере;

–увеличение скорости движения воздуха в лаве свыше 2 м/с приводит к интенсивному пылеобразованию, что ухудшает условия труда в лаве.

Список литературы

1. Правила технической безопасности при разработке подземным способом соляных месторождений Республики Беларусь. – Минск, 2012.

2. Зайцев А.В. Нормирование микроклиматических параметров воздуха в горных выработках и совершенствование способов регулирования теплового режима // Стратегия и процессы освоения георесурсов. ГИ УрО РАН. – Пермь, 2014. – С. 261–264.

3.Зайцев А.В. Комплексные исследования в области обеспечения безопасных микроклиматических условий в длинных очистных забоях калийных рудников ОАО «Беларуськалий» // Стратегия и процессы освоения георесурсов. ГИ УрО РАН. – Пермь, 2015. – С. 260–262.

4.Зайцев А.В., Клюкин Ю.А., Киряков А.С. Исследование процессов тепломассопереноса в горных выработках при применении систем частичного повторного использования воздуха // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2014. – № 11. – С. 121–129.

5.Казаков Б.П., Зайцев А.В. Исследование процессов формирования теплового режима глубоких рудников // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2014. – № 10. – С. 91–97.

6.Казаков Б.П., Зайцев А.В., Шалимов А.В. Влияние закладочных работ на формирование теплового режима в горных выработках в условиях рудников ОАО «Норильский никель» // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2012. –

№2. – С. 110–114.

7.Левин Л.Ю., Зайцев А.В., Новоселицкая Л.Л. Исследование газовой обстановки в тупиковой выработке при наличии рециркуляционных потоков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2012. – № 3. – С. 124–128.

8.Казаков Б.П., Трушкова Н.А., Зайцев А.В. Применение частичного повторного использования воздуха для снижения количества выпадающей влаги в калийных рудниках // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. – 2012. –

№3. – С. 129–133.

206

Секция 5. Разработка месторождений полезных ископаемых

ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА, ОСЛОЖНЕННЫХ ПРИРОДНОЙ ГАЗОНОСНОСТЬЮ

И.Е. Баранов

Научный руководитель – д-р геол.-мин. наук, профессор М.И. Гамов Южный федеральный университет, г. Ростов-на-Дону

Статья посвящена теме природной газоносности угольных пластов Восточного Донбасса, проблемам и перспективам освоения месторождений угля, осложнённых аномальной природной газоносностью, а также установлению поисковых критериев для поисков и оценки данных месторождений.

Ключевые слова: угольные месторождения, добыча, скопления метана, флюидизация, экологическая обстановка, прогнозы.

Проблема освоения угольных месторождений, осложненных природной газоносностью, довольно актуальна. Метан оказывает негативное влияние на безопасность разработки угольных месторождений. Повышенные концентрации газа во вмещающих породах, а также в самих угольных пластах ведут к внезапным выбросам, часто приводящим к взрывам и пожарам в забоях шахт. Также метан, дегазируемый вентиляционными системами забоев, ухудшает экологическую ситуацию региона [1]. Таким образом, исследования, направленные на прогнозирование скоплений газа в угленосных толщах Восточного Донбасса, особенно важны. Обнаружение и технологическое использование скоплений угольного метана будет способствовать повышению безопасности труда на шахтных предприятиях, улучшению экологической обстановки на территории работ, снижению себестоимости добычи угля на территории Восточного Донбасса. Тщательный анализ распределения природной газоносности в угленосных толщах отдельных шахтных полей Восточного Донбасса даёт возможность разработать механизмы для решения данных задач. Геологами на протяжении многих лет устанавливались геологические факторы, влияющие на формирование скоплений метана в угленосных породах. Распределение газов в угольных бассейнах связано с особенностями геологического развития территории, глубиной залегания угленосных отложений, тектоническим строением, литолого-фациальным составом вмещающих пород и покровных отложений, условиями циркуляции подземных вод [2, 3]. Оценка влияния этих факторов в каждом конкретном угольном пласте необходима для выявления локальных закономерностей газоносности, связанных с особенностями геологического строения шахтного поля. Вся площадь Восточного Донбасса, находящаяся на территории Ростовской области, в геологическом плане изучена достаточно детально. Вместе с тем структурно-тектонические, термобарогеохимические и другие особенности природной газоносности углей Восточного Донбасса, связанные с эпигенетической флюидизацией углепородных массивов, в настоящее время изучены недостаточно [4].

207

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

Результаты исследований процессов флюидизации на новых объектах открывают специфические факторы прогноза и способствуют выявлению локальных аномальных концентраций метана [5].

Всвязи с изложенным необходима разработка минералого-петрографических

иТБХ критериев поисков и оценки участков угольных пластов с аномально высокими значениями газоносности углепородных массивов на территории Ростовской области.

Первоочередными исследованиями могут стать следующие:

1. Установление геодинамических особенностей формирования участков с повышенной газоносностью угольных пластов.

2. Определениеструктурно-морфологическихихимическихособенностейуглей. 3. Установление ТБХ параметров углей и вмещающих пород.

4. Разработка региональных прогнозно-поисковых критериев по обнаружению аномально газоносных участков угольных пластов.

Список литературы

1.Геология и разведка угольных месторождений. – М.: Недра, 1971.

2.Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Т. I. Угольные бассейныи месторожденияюга Европейской частиСССР. – М: Госгеотехиздат, 1963.

3.Угольная база России. Т. I. Угольные бассейны и месторождения Европейской части России. – М.: Геоинформмарк, 2000.

4.Кизильштейн Л.Я. Угли как трещинные коллекторы газа. – Ростов-н/Д, 1993.

5.Гамов М.И., Рылов В.Г., Левченко С.В. Литолого-геохимические особенности угленосных отложений коллизионного этапа формирования Садкинской котловины Восточного Донбасса // Осадочные формации юга России и связанные

сними полезные ископаемые. – Ростов-н /Д, 2011.

208

Секция 5. Разработка месторождений полезных ископаемых

ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ СОЛЯНЫХ ПОРОД ПОЛОВОДОВСКОГО УЧАСТКА ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КАЛИЙНО-МАГНИЕВЫХ СОЛЕЙ

О.А. Белоногова

Научный руководитель – д-р техн. наук, профессор С.С. Андрейко Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Цель данной работы состоит в определении проницаемости соляных пород контрольно-стволовой скважины № 1 Половодовского участка с помощью портативного зонда-пермеаметра PPP-250. Измерение проницаемости необходимо для прогнозирования перемещения газов между пластами, что очень полезно для прогнозирования и предотвращения газодинамических явлений, в данном случае на Верхнекамском месторождении калийно-магниевых солей.

Ключевые слова: газодинамические явления, проницаемость, контрольностволовая скважина, соляные породы, портативный зонд-пермеаметр PPP-250.

Подземная разработка месторождений калийных солей в подавляющем большинстве случаев весьма осложняется газодинамическими явлениями, которые происходят при ведении подготовительных и очистных горных работ в виде внезапных выбросов соли и газа, обрушений пород кровли (разрушений пород почвы), явлений комбинированного типа и отжимов призабойной части пород. Газодинамические явления представляют реальную угрозу жизни шахтеров, разрушают дорогостоящее оборудование, приводят к значительным потерям уже подготовленных к отработке запасов руды, выводят из строя горные выработки различного назначения и нарушают ритмичность работы калийных рудников.

Одним из возможных способов избежания вышеперечисленных последствий газодинамических явлений является изучение проницаемости соляных пород.

Проницаемость характеризует проводимость породы, т.е. способность пород пласта пропускать жидкость и газ. Различают абсолютную, фазовую и относительную проницаемости. В дальнейшем будет рассматриваться абсолютная проницаемость – проницаемость пористой среды, заполненной лишь одной фазой, инертной к пористой среде. Она зависит от размера и структуры поровых каналов, но не зависит от насыщающего флюида, т.е. характеризует физические свойства породы. Обычно абсолютную проницаемость определяют при фильтрации азота через породу [1].

Разнообразие текстурного и структурного строения выбросоопасных калийных пластов определяет их коллекторские и фильтрационные свойства. Структура выбросоопасных пород разнозернистая, блочная, текстура выбросоопасных пластов слоистая. Соляные породы обладают трещиноватостью, образовавшейся в результате микродеформации кристаллов, скольжения слоев относительно друг друга, ведения горных работ [2].

Абсолютную проницаемость определяют на основании закона Дарси:

209

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

qф k P F,

L

где qф – объемный расход флюида, м3/с;

k – проницаемость пористой среды, м2; η – динамическая вязкость флюида, Па·с; P = Р1 – Р2 – перепад давления, Па;

L – длина образца пористой среды, м; F – площадь фильтрации, м2.

Надо учитывать, что движение флюида происходит через линейный образец пористой среды.

Проницаемость из уравнения Дарси определяется как

k qф L .

P F

Единица проницаемости называемая Дарси (Д), отвечает проницаемости такой горной породы, через поперечное сечение которой, равное 1 см2, при перепаде давления в 1 атм на протяжении 1 см в 1 с проходит 1 см3 жидкости, вязкость которой 1 сП, проницаемость обычно выражают в миллидарси (мД) или мкм2. Газопроницаемость образцов соляных пород изменяется от 10–4 до 800 мД [2].

Для измерения проницаемости используется прибор – портативный зонапермеаметр РРР-250 [3].

Прибор представляет собой систему, состоящую из 2 модулей, соединяющихся между собой патрубками и кабелем передачи данных. Система поставляется в прочном чемодане, что делает ее пригодной для переноски и работы в полевых условиях. Прибор включает газовый резервуар, делающий измерения независимыми от наличия источника газа. Для питания используется 24-вольтовая батарея. Подробные описания сборки прибора, последовательность проведения измерения и работа с ПО представлены в «Руководстве по эксплуатации портативного зонда-пермеаметра PPP-250» [3].

Общий вид прибора портативного зонда-пермеаметра PPP-250 представлен на рис. 1.

Измерения данным прибором могут проводиться на обнаженных породах, цельных и распиленных образцах керна, а также на других типах образцов. Данные доступны в табличном и цифровом форматах.

После проведения измерений данные обрабатываются, по литологостратиграфической колонке и глубине залегания определяется пласт и залегающие в нем породы, после чего производится выборка и подсчет среднего значения газопроницаемости по отдельно взятым породам и строятся гистограммы проницаемости рис. 2.

Из гистограмм видно, что наибольшей проницаемостью обладает порода карналлит – 374,5 mД, что делает ее более опасной по выбросу породы и газа. Карналлит содержится в пластах Е, Г, В. Наименьшей проницаемостью из предложенных соляных пород обладает каменная соль – 3,5 mД.

210