На калийных месторождениях могут возникать газодинамические явления, в частности, обрушения кровли с выделением газа. Они опасны для жизни рабочих, а также приводят к незапланированным остановкам работ и закрытию рудников. Поэтому крайне важно эффективно прогнозировать уровень газодинамической опасности при добыче калия. Исследователи из Пермского Политеха предложили способ, который сможет повысить безопасность работы на рудниках и повысить экономическую эффективность предприятий.
Результаты исследования разработчики представили в журнале «Горная промышленность» (2022). В работе также приняли участие специалисты Горного института УрО РАН (г. Пермь). Разработка реализована при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках соглашения по государственному заданию.
По мнению ученых, в калийных рудниках горные работы 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. Наличие этой породы можно определить по содержанию нерастворимого в воде остатка.
— 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, — отметила одна из разработчиков, доцент кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» Пермского Политеха, кандидат технических наук Наталья Литвиновская.
Ученые определили, как показатели количества сульфата кальция, мощности пласта и абсолютной отметки кровли влияют на содержание нерастворимого остатка. Для анализа они использовали 635 проб. 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.
В процессе исследования на рудниках провели изучение данных бурения подземных геологических скважин. Разработчики исследовали керн и изучили химический состав и физико-механические свойства соляных пород. Это позволило установить связь между прочностью пород каменной соли и содержанием нерастворимого остатка. 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 %.
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.