СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗАТОПЛЕНИЯ КАЛИЙНОГО РУДНИКА НАД РИФОГЕННЫМ МАССИВОМ
METHOD OF PREVENTING FLOODING OF POTASH MINE OVER REEF ARRAY

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для предотвращения затопления калийного рудника, подземные горные выработки которого залегают над рифогенным массивом.
2
Верхнекамское месторождение калийных солей расположено на севере-востоке Пермского края и занимает площадь около 3500 км. Калийная залежь прослеживается с севера на юг на 140 км при ширине до 40 км. По запасам калийных солей Верхнекамское месторождение находится в ряду крупнейших в мире. Месторождение разрабатывается с 1934 года. В настоящее время затоплено два рудника из семи работавших. Один из оставшихся пяти рудников (рудник Второго Соликамского калийного рудоуправления) находится в стадии затопления.
Установлено, что вследствие неодинаковой способности к постседиментационному уплотнению подстилающих соляную толщу пород различного генезиса и литологического состава реализуется процесс дифференциации рельефа дна солеродного бассейна. Скорость роста рифа значительно превышает скорость седиментации в окружающем бассейне. Кроме того, уже на стадии его формирования каркасные рифовые породы представляют собой жесткий литифицированный субстрат, способный противостоять динамическим нагрузкам: гравитация не оказывает решающего влияния, уступая диагенетической цементации. Осадконакопление вне рифовых построек преимущественно глинисто-карбонатное, в виде неуплотненного осадка, который подвергается значительному уплотнению с резким уменьшением мощности. В ходе дальнейшей седиментации рельеф карбонатной формации становится еще более контрастным.
Кроме того, наличие жесткого и в то же время пористого и проницаемого рифового массива в большой степени предопределяет более активное, по сравнению с синхронными толщами, движение пластовых вод, а следовательно, и более интенсивные катагенетические процессы. Благоприятный химический состав и скорость их циркуляции являются причиной интенсивного расширения трещин и повышения трещинной водопроницаемости. Этот разнонаправленный стадийный процесс, включающий унаследованность развития трещин, селективное выщелачивание и вынос минеральных веществ, переотложение их на отдельных участках, приводит к созданию сложной сети трещин различных генераций, морфологии, протяженности и обусловливает неоднородность фильтрации в карбонатных массивах. Все это играет существенную роль в распределении литотипов перекрывающих отложений.
Связь негативных изменений внутренней структуры и состава соляной и в том числе водозащитной толщи Верхнекамского калийного месторождения с рифогенными массивами в подсолевой части разреза раскрыта в работе [1]. Проведенные в последующем геологоразведочные работы и геомеханические расчеты подтвердили реальность данного предположения - по периферии позднедевонско-турнейских рифогенных массивов в соленосной части разреза установлено наличие аномальных участков строения калийной залежи.
Результаты математического моделирования показывают, что наличие позднедевонско-турнейского рифогенного образования вносит изменения в значения всех действующих напряжений. Влияние рифогенных построек на процесс образования трещин в осадочном чехле оценивалось с использованием энергетического критерия механики разрушения - S. Зона его максимума находится непосредственно над склоном рифа. С удалением вверх по разрезу зона влияния рифа увеличивается, а степень его воздействия уменьшается. Вторая зона повышенных значений критерия расположена в верхней части осадочного чехла, и именно она оказывает непосредственное влияние на возможность образования трещин в водозащитной толще. Интенсивные негативные изменения внутренней структуры и состава соляной толщи приурочены не только к склонам, но и к центральным частям рифогенных массивов, представленных фациями гребня и рифогенной платформы. Формирование ослабленных зон в соляной толще над рифогенными массивами установлено как прямыми (бурение скважин, опробование, фиксация газодинамических явлений), так и дистанционными (сейсморазведочные работы, газогеохимическое опробование).
На Верхнекамском месторождении принят панельный способ подготовки шахтных полей. Все большее распространение получает панельно-блоковый способ подготовки, когда панель делится на отдельные блоки. Ширина панели обычно составляет 400 м.
Единственной системой разработки, получившей распространение на Верхнекамских калийных рудниках, является камерная с поддержанием налегающей толщи на относительно "жестких" целиках, деформации которых исключают интенсивные оседания и сдвижения покровных пород и земной поверхности.
Известен способ предотвращения затопления калийного рудника, в том числе и над рифогенным массивом, который принят за прототип [2].
Недостатком способа является то, что затопление калийного рудника предотвращают уже после образования трещин в водозащитной толще.
Целью изобретения является предупреждение чрезвычайных ситуаций на калийном руднике путем предотвращения образования трещин в водозащитной толще над рифогенным массивом.
Способ осуществляют следующим образом.
В районе калийного месторождения производят панельно-блоковую подготовку запасов и отработку сильвинитовых пластов системой камер, при этом до отработки производят сейсморазведочные работы, выделяют в подсолевой толще границы распространения рифогенного массива и участки с углом падения кровли рифогенного массива более 2,5 градусов. При угле падения кровли менее 2,5 градусов значительных растягивающих деформаций в водозащитной толще не возникает. После чего направление отработки калийных руд выбирают таким образом, чтобы временные и постоянные границы отработки пластов при их совмещении в плане с выделенными участками были субперпендикулярны простиранию границ рифогенного массива. При этом в случае совмещения границ отработки с участками рифогенного массива с углом падения кровли более 2,5 градусов при неперпендикулярном положении границ отработки и границ рифогенного массива и при проявления растягивающих деформаций в водозащитной толще в результате их увеличения по направлению падения кровли рифогенного массива остановленные границы горных работ продвигают от границ рифогенного массива путем продолжения отработки и перевода таким образом области растягавающих деформаций в состояние сжатия. Над центральной частью рифогенного массива производят бурение геологоразведочных скважин с отбором керна по соляным породам, определяют их физико-механические свойства и в соответствии с ними рассчитывают параметры системы отработки сильвинитовых пластов.
Источники информации
1. Никифорова А.И. Особенности строения соляной залежи в пределах нефте-перспективного рифогенного массива // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2010. - №12. С. 119-123.
2. Способ предотвращения затопления калийных рудников. Патент РФ №2133342, М. кл. Е21Д 11/38, 13.08.97.