28 октября 2022

Пермские ученые разработали модель, которая прогнозирует опасность обвала в калийных рудниках

Группа ученых из Пермского Политеха (ПНИПУ) и Горного института ПФИЦ УрО РАН (оба – участники НОЦ «Рациональное недропользование») разработали модель для прогнозирования газодинамической опасности на рудниках.

Газодинамические явления в калийных месторождения могут провоцировать обрушения кровли с выделением газа, что опасно для здоровья и жизни рабочих, а также приводит к остановке и закрытию рудников.

Горные работы в калийных рудниках проводят в нисходящем порядке отработки пластов. Большинство газодинамических явлений происходит на первом из них. Следующий пласт, залегающий над ним, выполняет защитную функцию, отделяя горные выработки от опасного газоносного пласта. Увеличение количества галопелитов во втором пласте снижает прочность первого.

В процессе исследования на рудниках ученые провели изучение данных бурения подземных геологических скважин. Для анализа они использовали 635 проб. Разработчики изучили керны, в частности химический состав и физико-механические свойства соляных пород.

– Расслоение калийных пластов и газодинамические явления могут возникать из-за снижения прочности пород и сцепления между отдельными слоями. Эти процессы провоцируют галопелитовые прослои в межпластовой каменной соли. Мы изучили их на материале Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей. Содержание породы определили по нерастворимому в воде остатку. Чтобы прогнозирование было более точным, мы учли другие факторы и выяснили, как содержание нерастворимого остатка зависит от характеристик пласта, – отмечает одна из разработчиков, доцент кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» Пермского Политеха, кандидат технических наук Наталья Литвиновская.


Галопелитовые прослои в пласте каменной соли

Ученые определили, как показатели количества сульфата кальция, мощности пласта и абсолютной отметки кровли влияют на содержание нерастворимого остатка и, соответственно, прочность пород каменной. Разработчики провели экспериментальные исследования и определили, что предел прочности пласта каменной соли составляет от 15,1 до 24,9 МПа, а содержание нерастворимого остатка достигает от 2,96 до 11,76 %.

Исследователи выяснили, что величина нерастворимого остатка зависит не только от содержания сульфата кальция, но и от мощности пласта. При этом значения абсолютных отметок кровли пласта не влияют на нерастворимый остаток.

На основе данных исследователи построили модель для вычисления нерастворимого остатка по данным о сульфате кальция и абсолютных отметках кровли пласта. Она позволяет более точно прогнозировать газодинамическую опасность на рудниках. Результаты исследования можно применять при ведении горных работ на калийных рудниках.

Результаты работы ученые представили в журнале «Горная промышленность» (2022). Исследование, входящее в приоритетный научно-технологический проект «Технологии разработки твердых полезных ископаемых» Пермского НОЦ, реализована при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках соглашения по государственному заданию.