Верхнекамское месторождение калийных солей — это один из крупнейших в мире обогащенных центров активного российского недропользования. Здесь добывают 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. Сегодня научные исследования направлены на решение этой проблемы. Но среди применяемых методов прогнозирования таких природных особенностей отсутствуют методы, основанные на структурно-тектоническом анализе строения пластов, который во многом определяет газодинамическую опасность на рудниках. Эту 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.
Метод Пермского Политеха позволит прогнозировать внезапные выбросы соли и газа на калийных рудниках / © Getty images
Статья с результатами опубликована в сборнике «Известия Тульского государственного университета. Науки о земле». 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 500х500 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 процентов от общего количества газодинамических явлений в условиях калийных рудников. Эффективное прогнозирование газодинамических явлений предотвратит аварийные ситуации при разработке месторождений калийно-магниевых солей.
