Охрана недр при разработке Верхнекамского месторождения

© В.В. Белкин, 2002

УАК 622.363.2

В.В. Белкин

ОХРАНА НЕАР ПРИ РАЗРАБОТКЕ ВЕРХНЕКАМСКОГО МЕСТОРОЖАЕНИЯ СОАЕЙ

Верхнекамское месторождение калийных солей (ВКМКС) является уникальным по запасам, имеет протяженность в меридиональном направлении около 200 км, в широтном - около 55 км. Площадь развития калийных солей составляет 3750 км2. Разработка ВКМКС была начата еще в 1932 г. До 1986 г. разработка солей велась семью рудниками, расположенными в центральной и южной частях месторождения. В 1986 г. в результате нарушения водозащитной толщи был затоплен крупнейший в мире рудник Третьего Березниковского калийного рудоуправления (БКРУ-3) с производительностью 8 млн т. руды в год. В настоящее время в соляной толще имеются сотни миллионов кубических метров пустот. В солеотвалах высотой до 100 м и шламохранилищах калийных предприятий скопились сотни миллионов тонн твердых и жидких отходов. Ежегодно для водоснабжения откачивается около 200 тыс. м3 пресных подземных вод и добывается из под-солевых отложений более 1 млн м3 нефти. На площади Верхнекамского месторождения расположены три крупных водохранилища. На нескольких шахтных полях зафиксированы ускоренные оседания земной поверхности [1, 2, 3, 4].

В последнее время в Верхнекамском регионе происходят землетрясения различной интенсивности. Интенсивность одного из трех землетрясений, произошедших 25.10.93 г., 05.01.95 г. и 09.10.97 г., достигала в эпицентре 4,7 баллов по шкале Рихтера, при этом толчки ощущались жителями в разных частях региона. Эпицентр наиболее сильного землетрясения 05.01.95 г. располагался в пределах шахтного поля Второго Соликамского калийного рудоуправления (СКРУ-2).

Землетрясение сопровождалось интенсивными обрушениями в горных выработках и проседаниями земной поверхности.

Необходимо отметить, что в настоящее время значительная часть городов Березники и Соликамск с населением около 300 тыс. человек находится на подработанных площадях.

Лабораторией природной и техногенной сейсмичности Горного института Уральского отделения РАН проведены работы по созданию сети сейсмологических наблюдений и сейсмологическому контролю на шахтных полях ОАО «Уралкалий» и ОАО «Силь-винит». В настоящее время система сейсмоконтроля на рудниках ОАО «Сильвинит» включает 20 сейсмопавильонов. На шахтных полях рудников ОАО «Уралкалий» действуют 14 сейсмопавильонов [5].

Разработанные к данному моменту разнообразные методы прогноза сейсмособытий пока не обеспечивают достаточного

уровня достоверности. Наиболее перспективно в этом отношении применение технологии REPS, базирующейся на слежении за эволюциями открытой Г. С. Вартаняном в 1982 г. новой разновидности естественного поля -гидрогеодеформационного поля Земли (ГГД - поле) и применяющейся на рудниках ОАО «Уралкалий [6, 7].

Важной составляющей в системе мониторинга геологической среды ВКМКС является инструментальный контроль за сдвижениями земной поверхности. Данный вид наблюдений имеет своей целью выявление закономерностей процесса сдвижения в различных горно-геологических условиях и при колебаниях напряженно-деформированного состояния горного массива.

С 1998 г. в составе ОАО «Уралкалий» работает Верхнекамский центр мониторинга гео-

логической среды, одной из основных задач которого является обеспечение информацией руководства для принятия обоснованных решений при определении порядка и параметров отработки продуктивных пластов калийной залежи, снижающих вероятность проявления техногенной сейсмичности и затопления рудников [8].

В последнее время данным Центром были проведены работы по сбору и обобщению горногеологических материалов, касающихся условий разработки юго-восточной части шахтного поля БКРУ-1, в районе которой (поселок Новая Зырянка) в начале мая 1999 г. появились провалы земной поверхности на улицах и огородах. Провалы, картирующие трещины земной поверхности, встречаются как группами, так и по одиночке. Форма провалов в плане - неправильный круг диаметром до

2.5 м или овал с длиной осью до

4.5 м. В двух случаях провалы имеют форму траншей длиной до 35 м. Глубина провалов и траншей - 0.3-4.0 м

Автор считает, что определяющим фактором для образования провалов явилось геологическое строение разрабатываемой соляной толщи.

Известно, что геологоразведочные работы в юго - восточной части шахтного поля БКРУ-1 (Березниковский участок детальной разведки) были начаты вскоре после открытия Верхнекамского месторождения и проводятся до настоящего времени. Они осуществлялись как с поверхности земли, так и из подземных горных выработок действующего рудника. В данном районе пробурено с поверхности 7 разведочных и 5 структурных скважин (рис. 1). В 1990-1991 гг. пройден по пласту Красный 9 восточный разведочный штрек. Подземными разведочными

скважинами, пробуренными по штреку через 200 м, вскрыты промышленные пласты Красный II и В (рис. 2). 10 восточный разведочный штрек пройден в 19921993 гг. по пластам Красный I (западная часть штрека) и Красный II (восточная часть штрека).

Рис. 1. Положение аномальной зоны II группы опасности в юго-восточной части шахтного поля БКРУ-1

В процессе проходки штрека также осуществлялось разведочное бурение в его кровлю с целью получения характеристик пласта В и в почву на западной части штрека для исследования пласта Красный II. В 1994-1998 гг. пройден 13 разведочный штрек по пласту А' - Красный I с бурением скважин для изучения промышленных пластов Красный II и В.

На пройденных разведочных штреках выполнены электрораз-ведочные работы методами СГ и ЕП и частично ультразвуковым методом «Сонар». На некоторых участках проведены детализаци-

онные сейсморазведочные и повторные электроразведочные работы.

В 1989 г. при анализе результатов наблюдений за оседанием земной поверхности по профильным линиям была выявлена зона активизации на профиле 14, пересекающем длительно остановленную границу выработанного пространства на 8-й восточной панели (ВП). Для исключения опасного режима деформирования водозащитной толщи(ВЗТ) был отработан пласт Вк на северной полупанели 9-й ВП без закладки.

Рис. 2. Геологический разрез шахтного полч БКПРУ-1 по линии скважин 80/3110с

Провалы земной поверхности пространственно совпадают с краевой частью мульды сдвижения вдоль длительно остановленной границы очистных работ на 9-й ВП и зоны смягчения. При обследовании отработанного пространства в районе 7-9 ВП были выявлены участки штреков, пройденных как по пласту Кр.Н так и по пласту В, полностью перекрытые обрушившейся из кровли породой, на которых отмечены также разрушение и растрескивание межкамерных целиков. В настоящее время начата отработка южной полупанели 9 ВП.

В районе провалов специалистами Горного института УрО РАН выполнен значительный объем геофизических исследований (двухуровневые сейсморазведочные, наземные электроразведочные, в том числе методами: зондирования становлением поля, межштрекового просвечивания, наземно-подземного просвечивания, становления поля в ближней зоне, гравиразве-дочные).

По данным геологической документации разведочных и подготовительных горных выработок, пройденных на 9,10,13 ВП, разведочных и структурных скважин, пробуренных с поверх-

ности, и 81 подземной скважины, установлено, что геологическое строение рассматриваемого участка в целом типично для шахтного поля БКПРУ-1. Промышленная зона представлена двумя пластами: сильвинитами пласта Красный II и карналлитовыми породами пласта В. Пласт АБ является не промышленным, так как пласт Б представлен на значительной части площади карналлитовыми породами.

Пласты солей смяты в складки нескольких порядков. Наиболее широко здесь распространены складки шириной 10-30 м с амплитудой до 6-7 м, захватывающие 2-3 пласта. Складки асимметричные с западной вер-гентностью. В пласте В на 9 выемочном штреке развиты веерообразные и коробчатые складки с амплитудой 5-6 м.

Мощность ВЗТ колеблется от 80 м в районе скважины № 2201 до 97,6 м по данным бурения скважины № 93. Наличие 2-х ритмопачек в ВЗТ 3 общей мощностью от 8,4 м до 14,8 м (скв. 88, 98) свидетельствует о полноте разреза ВЗТ на рассматриваемой площади.

Особенности геологического строения юго-восточной части шахтного поля БКРУ- 1

Особенности строения рассматриваемой площади определяются приуроченностью ее к южной периклинали Березниковского куполовидного поднятия, осложненной синклинальной формой (Ново-Зырянской по В.И. Копнину [9] брахисинклина-лью), наиболее крупной из всех отмеченных на шахтном поле БКРУ-1, и обрамляющих ее Нар-товского (на западе) и Семи-нского (на востоке) брахиантик-линальных выступов.

Ново-Зырянская брахисинк-линальная структура на уровне кровли покровной каменной соли (ПКС) имеет в районе 8-10 ВП северо-западное простирание, меняющееся в районе 11 ВП на северо-восточное, и открыта на юг. Ее длина составляет около 2000 м, ширина на юге - 1800 м, глубина - до 40 м.

Кровля пласта Красный II в центральной погруженной части синклинали залегает на отметках

-160 - -150 м, воздымаясь на западе до отметок -90 - -60 м и на востоке - до отметки -100 м. На структурной карте погруженная часть пласта Красный II в районе 8-10 ВП выражена пологой синклинальной структурой также северо-западного простирания, замыкавшейся к северу вблизи границы 8-й и 7-й ВП на гипсометрическом уровне -130 м. Она начинает раскрываться в юговосточном направлении на изогипсе -150 м в районе 10 ВП. Южнее, в районе 11 ВП, северозападное простирание синклинали меняется, как и на уровне кровли ПКС, на северо-восточное. В замкнутой части ширина данной структуры на уровне -130 м составляет (8 ВП, выемочный штрек) 400 м (рис. 1).

Расположенная к западу от синклинали антиклинальная

структура на уровне пласта Красный II имеет северовосточное простирание, замыкается на юго-западе изогипсой -90м в пределах крайней западной части 9 ВП. По изогипсе -90м ширина антиклинальной структуры составляет в замкнутой части 100м (на границе 9-10 ВП), раскрытой - 950 м.

Таким образом, Нартовская антиклинальная и Ново-Зырянская синклинальная структуры в районе 8-10 ВП имеют различное простирание (северо-восточное в первой и северо-западное во второй) осей складок. Такой разворот структурных элементов, по мнению [10], мог образоваться в геологическом прошлом под влиянием сдвиговых дислокаций. Смена изолиний, оконту-ривающих выход названных структурных элементов, происходит в районе скв.81 в пределах 7ВП. Положение сдвига (назовем его Южно-Березниковским), амплитуда смещения по которому составляет 1 км, в плане на уровне пласта Красный II показано на рис. 1.

Безусловным подтверждением наличия данной дислокации является образование на ее месте зоны ускоренных оседаний, участков обрушения кровли выработок и, соответственно, динамически активной зоны,

зафиксированной в результате сейсмологического контроля.

На рис. 1 показано положение аномальной зоны II группы опасности, определяемое динамическим влиянием Южно-Березниковского сдвига (растяжением в тыльной части двигающегося южного блока). Необходимо отметить, что восточная часть синклинали в результате ее сдвижения подверглась деформации изгиба. На данном участке, в литифицированной (жесткой) среде в процессе складкообразования сформировалась система трещин кливажа. Развитие кливажа установлено в 1993 г. в районе очистных камер № 101-111 при проведении сотрудниками геологической лаборатории ОАО «ВНИИГ» документации выемочного штрека 9-й восточной панели [10]. В настоящее время именно этот интервал штрека перекрыт на всю высоту обрушившимися пластами ВГ и Г.

Кливаж и повышенная газо-насыщенность карналлитовых пород, также являющаяся аномальной особенностью состояния пород ВЗТ, обусловили, по мнению Н.М. Джиноридзе [10], и образование зоны ускоренных оседаний (на берегу пруда) (рис. 1).

Под провалами земной поверхности в районе пос. Новая Зырянка в газонасыщенных участках развития кливажа в 1999 г. выявлены зоны обрушений в 9-й (101-143 камеры по пласту В), 8-й (60-159 и 182-204 камеры по пласту Красный II) и 7-й (камеры 122-160 по пласту Красный II) восточных панелях (рис. 1).

На выемочном штреке 9ВП, пройденном по пласту В, в районе камер 119-143, наблюдается обрушение соли ВГ. В интервале камер 109-115 штрек завален обрушившейся межпластовой солью ВГ и, частично, карналлитом пласта Г. В интервале камер 101107 штрек перекрыт практически на всю высоту обрушившимися пластами ВГ и Г.

На выемочном штреке пласта Красный II 8 ВП, начиная с камеры 60 и заканчивая камерой 90, наблюдается практически сплошное обрушение оставленного в кровле слоя 1 пласта Красный II

и «коржей». На этом же участке наблюдается растрескивание и частичное разрушение междука-мерных целиков. В месте выхода выемочного штрека на откаточный (район камеры 90) выработка полностью перекрыта обрушившейся породой. В интервале камер 159-182 также зафиксировано сплошное обрушение защитной пачки пласта Красный II и 1-го и 2-го «коржей» межпла-стовой соли Красный II - Красный I, а между камерами 182-204 отмечено выпадение пласта

Красный I. Междуходовые и меж-дукамерные целики в этих интервалах частично разрушены.

На выемочном штреке 7 ВП в интервале камер 122-160 передвижение практически невозможно - штрек перекрыт на всю высоту обрушившейся породой. Здесь же наблюдается частичное разрушение и растрескивание междукамерных целиков.

Обоснование степени опасности выделенной аномальной зоны

Геологические основы действующего нормативного докумен-

та (приложение 1 Методических рекомендаций к «Инструкции по защите рудников от затопления и охране объектов на земной поверхности от вредного влияния подземных горных разработок в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей» -«Аномальные особенности строения и состояния пород водозащитной толщи» [11] учитывали те особенности разреза ВЗТ, которые были установлены бурением скважин с поверхности при затоплении рудника БКРУ-3 в 1986 г. и выявлены, затем, на других участках шахтных полей ОАО «Уралкалий» и ОАО «Сильвинит».

Размеры выделяемой в соответствии с действующей инструкцией [11] аномальной зоны II группы опасности определяются масштабами влияния

Южно-Березниковского сдвига. Западная ее граница совпадает с осевой плоскостью синклинали. Восточная граница аномальной зоны фиксируются на севере с камеры 204 (8 ВП), начиная с которой и, далее на запад, отмечает-

ся обрушение из кровли выработок защитной пачки пласта Красный II, межпластовой соли Красный П-Красный и пласта Красный I. Юго-западнее она оконтуривает-ся рядом геофизических аномалий. На юге зона отделена областью перехода простирания изогипс кровли соляной толщи от северо-восточного (первичного) к северо-западному (наложенному), а ее граница проходит непосредственно по 10 восточному разведочному штреку.

Установление на данный момент с большой вероятностью природы геофизических аномалий, обусловленных скорее всего динамическим влиянием сдвига, позволяет отнести их ко II группе аномальных особенностей в соответствии с [11]: «локальные зоны сдвиговых дислокаций на участках с геофизическими аномалиями в ВЗТ». Под данной аномальной зоной в ВЗТ допускается ведение очистных работ со степенью нагружения междукамерных целиков, не превышающей значения С = 0,3.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Белкин В.В. Комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов соленосных впадин и охрана недр. Горный журнал, 2002, №4, с. 19-24.

2. Квиткин С.Ю., Белкин В.В, Бруев Н.И. К проблеме геологической безопасности Березниковско-Соликамского промрайона // Проблемы безопасности и совершенствования горных работ (Мельниковские чтения). Тезисы докладов Международной конференции - Москва- Санкт- Петербург 11-17 сентября 1999 г., с. 90.

3. Квпткпн С. Ю, Белкин В.В, Кузнецов Н.В. Геологическое обеспечение калийных рудников Верхнекамского месторождения // Материалы региональной конференции «Геология и минерально - сырьевые ресурсы Европейской территории России и Урала. Кн.1, Екатеринбург, 2000, с. 142-143.

4. Слинко О.В., Сысуев А.П. Оценка гидрогеологической изученности Верхнекамского месторождения калийных солей // Геоэкология. 1999, №4, с.366-373.

5. Маловичко А.А. и др. Мониторинг техногенной сейсмичности на рудниках и шахтах Западного Урала. Горная геофизика. Международная конференция. 1998, СПб.:ВНИМИ, с.147-151.

6. Аликин Э.А, БелкинВ.В, Квиткин С.Ю. и др. Способ прогноза времени землетрясений на калийных рудниках. Патент РФ № 2153584. 27.07.2000, Бюл. № 21.

7. Белкин В.В, Кошев ГЯ, Квиткин С.Ю. Мониторинг гидрогеодеформационного поля на калийных рудниках // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли. Труды международной конференции.- Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999, с.368-371

8. Бруев Н.И, Кузнецов Н.В, Джиноридзе Н.М, Квиткин С.Ю, Платыгин В.И. Белкин В.В.. Способ ведения мониторинга геологической среды на калийных рудниках. Патент РФ № 2158944. 10.11.2000, Бюл. № 31.

9. Копнин ВИ, Константинова С.А. Геологическая ситуация в юго-восточной части Первого Березниковского рудника: соотношение тектонических, экзогенных и техногенных процессов // Геология и полезные ископаемые Западного Урала: Материалы регион.науч.-практ. конф. -Пермь: ПГУ, 2000.

10. Петротектонические основы безопасной эксплуатации Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. / под ред. Н.М. Джиноридзе// Спб-Соликамск.2000.

11. Инструкция по защите рудников от затопления и охране объектов на земной поверхности от вредного влияния подземных горных разработок в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей.СПК,СПб,1994.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Белкин Владимир Викторович - ОАО «Уралкалий», начальник Верхнекамского центра мониторинга геологической среды, кандидат геолого-минералогических наук.

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова: Заметки:

Дата создания:

Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:

Полное время правки: Дата печати:

При последней печати страниц: слов: знаков:

БЕЛКИН

G:\По работе в универе\2002\Папки 2002\GIAB12-0 CЛUsersYТаняYAppDataYRoamingYMicшsoftYШаблоныYNormaLdotm Особенности геологического строения юго-восточной части

Alexandre Katalov

25.10.2002 15:46:00 16

25.10.2002 16:32:00 Alexandre Katalov 36 мин.

02.12.2008 23:26:00 4

2 611

14 886