Метод ученых Пермского Политеха позволит прогнозировать внезапные выбросы соли и газа на калийных рудниках

Верхнекамское месторождение калийных солей — это один из крупнейших в мире обогащенных центров активного российского недропользования. Здесь добываются калийные, магниевые, натриевые соли, а также ведется добыча углеводородного сырья, пресных подземных вод и полезных ископаемых для строительных материалов. Однако подземная разработка месторождения значительно осложняется газодинамическими явлениями. В настоящее время многие научные исследования направлены на решение данной проблемы. Но среди примеряемых методов прогнозирования таких природных особенностей отсутствуют методы, основанные на структурно-тектоническом анализе строения пластов, который во многом определяет газодинамическую опасность на рудниках. Данную проблему смогли решить исследователи из Пермского Политеха. Ученые выявили оптимальный метод, позволяющий обрабатывать данные о структурно-тектоническом строении пласта для прогнозирования складчатых структур, опасных по газодинамическим явлениям.

Статья с результатами опубликована в сборнике «Известия Тульского государственного университета. Науки о земле», № 1, 2023. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Рассматриваемая проблема представляет собой внезапные быстрые движения соли и газа вблизи горных выработок, которые несут за собой сильное обрушение пород кровли, сопровождающееся повышенными газовыделениями. Для выявления таких ситуаций необходимо проводить структурно-тектонический анализ строения пластов, а именно учитывать параметры антиклинальных складок. В процессе складкообразования в их пределах образуются трещины и расслоения, которые, в большинстве случаев, заполнены свободным газом. При вскрытии таких структур горными работами происходит его высвобождение в полость горной выработки, которое приводит к нарушению технологического режима рудника, поломке дорогостоящего оборудования и в отдельных случаях к гибели горнорабочих.

Все существующие методы прогнозирования газодинамических явлений не учитывают структурно-тектонических особенности пласта. Поэтому необходим метод, по которому будет возможно измерять неизвестные координаты пласта, и тем самым проводить оценку кровли и выявлять неизвестные зоны складчатости. Способ ученых заключается в построении пространственной математической модели по координатам, снятым с геологических профилей подготовительных выработок и интерпретация полученных данных с помощью метода скользящего среднего. Этот метод является наиболее результативным для оценки координат пласта в точках, где они не измерены.

Все необходимые координаты ученые получили с помощью геологических профилей, которые геологи рисуют на калийных рудниках вручную. Для исследования политехники оцифровали 41 профиль выработок шахтного поля и выявили 21767 точек видимых отметок кровли и почвы пластов. Полученные данные позволили создать пространственную модель и провести прогнозирование складчатых структур с помощью метода скользящего среднего.

—Данные, на основании которых делаются оценки, разбросаны на площади карты и могут лежать или не лежать в пределах пространственной модели. В методе скользящего среднего расположим окружность на карте так, чтобы центр лежал в точке, по которой должна быть получена оценка. Для этого зададимся размерами фигуры 500×500 м, а количество точек — 30. По всем точкам, лежащим внутри этой фигуры, определяются значения отметок кровли пласта, которые затем используются при получении оценки в центральной точке. Затем эллипс передвигается в следующий узел сетки, и процесс повторяется снова, — объясняет старший преподаватель кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» ПНИПУ Елена Лукьянец.

Выявленный учеными метод позволит использовать результаты пространственной модели для местонахождения антиклинальных складок, в пределах которых произошло около 70% от общего количества газодинамических явлений в условиях калийных рудников. Эффективное прогнозирование газодинамических явлений предотвратит аварийные ситуации при разработке месторождений калийно-магниевых солей.