Оценка влияния аномальных особенностей строения водозащитной толщи на механические свойства соляных пород

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ АНОМАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ СТРОЕНИЯ ВЗТ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЛЯНЫХ ПОРОД

В.В. Аникин

Аномальные особенности в строении водозащитной толщи (ВЗТ) в соответствии с действующими нормативными документами [1, 2] определяют безопасные условия ее подработки и регламентируют допустимые параметры ведения горных работ, в частности, степень нагружения междукамерных целиков. Вместе с тем, до сих пор отсутствует оценка степени влияния аномальных особенностей строения ВЗТ на механические свойства соляных пород.

Согласно действующим нормативным документам все аномальные особенности строения ВЗТ по степени опасности классифицированы на 4 группы. Кроме того, по результатам геофизических исследований (сейсморазведочных, электроразведочных) также выделяются аномальные зоны, наличие которых является одним из признаков отнесения конкретных участков шахтных полей к той или иной группе опасности. В этой связи, анализ изменения механических свойств соляных пород проводился как для уже классифицированных геологических аномалий в строении ВЗТ, так и для выделенных в пределах шахтных полей геофизических неоднородностей.

Для оценки степени влияния аномальных особенностей строения соляной толщи на механические свойства продуктивных пластов был выполнен сравнительный статистическом анализ прочностных и деформационных параметров соляных пород на участках развития аномальных зон с их фоновыми значениями, которые характерны для центральной части Верхнекамского месторождения. При определении фоновых показателей из общей выборки были исключены скважины, пробуренные в зонах замещения.

Выборки для расчета значений механических показателей в зонах аномальных особенностей строения ВЗТ формировались по подземным скважинам, расположенным в районе площади их распространения, в соответствии с классифицированной группой опасности. Для определения механических свойств на участках аномалий электрического поля использовались результаты испытания керна подземных скважин, находящихся вблизи электроразведочных профилей. На участках волновых аномалий, выделенных по данным наземных сейсморазведочных работ, использовались результаты механического опробования скважин, расположенных вблизи профилей наблюдения, причем, в анализ включались лишь те аномалии, которые захватывают продуктивную часть геологического разреза [4-12].

Анализ исходного материала показал, что в выборку, представляющую аномальные зоны II группы, попадает сравнительно небольшое количество скважин (1 скважина по пласту АБ и 2 скважины по пласту КрII), поэтому она была исключены из статистического исследования. Остальные выборки являются вполне пригодными для статистических оценок.

Сравнение механических свойств производилось по следующим основным показателям: предел прочности на одноосное сжатие (у_сж, МПа), разрушающая деформация (е_пр, %), секущий модуль деформации (D_пр., ГПа).

На первом этапе статистического анализа в соответствии с критерием согласия А.Н. Колмогорова проводилась проверка на нормальность распределения средневзвешенных значений основных механических параметров, определяемых по формуле [3]:

(1)

где исследуемый механический параметр го слоя; мощность го слоя, м; количество слоев (для пласта KpII 2-7, для АБ - 2).

Проведенная проверка показала, что распределение средневзвешенных величин основных механических параметров хорошо согласуется с нормальным законом и для дальнейшего анализа можно использовать средние по сформированным выборкам значения.

Для «фона» и для каждой аномальной зоны на основе полученных по формуле (1) средневзвешенных оценок механических параметров рассчитывались их среднеарифметические значения, которые представлены в табл. 1.

водозащитная толща соляная порода

Таблица 1

Прочностные и деформационные свойства пород сильвинитовых пластов KpII/АБ*

*-в знаменателе указаны значения для пласта АБ.

С целью определения значимости различия между средними значениями соответствующих механических показателей по «фону» и указанным в табл. 1 аномальным зонам использовался непараметрический U-критерий Манна-Уитни.

Проведенный анализ показывает, что для двух параметров (аномалия I группы, пласт АБ, предельный модуль деформации D_{пр.ср.взв} и аномалия III группы, пласт КрII, разрушающая деформация е_{пр. ср.взв}) расхождение между механическими показателями в аномальных зонах и фоном (соответственно на 17,6% и 5,2 %), является статистически значимым. Вместе с тем, с точки зрения практики, такие различия вряд ли являются аргументом для выводов о влиянии геологических и геофизических аномалий на механические свойства продуктивных пластов.

Для всех других механических показателей в пределах аномальных зон, включая наиболее ответственный - предел прочности при одноосном сжатии, значимых отличий от фоновых значений не установлено.

С целью нахождения разброса механических свойств в аномальных зонах по сравнению с фоном использовался коэффициент вариации, определяемый по формуле [3]:

, (2)

где среднее значение исследуемого параметра; среднее квадратическое отклонение.

Анализ показывает, что существенного разброса механических свойств продуктивных пластов в аномальных зонах, показанных в табл. 1, по сравнению с фоном не наблюдается. Общий уровень вариации основных механических свойств является примерно одинаковым как, в целом, для центральной части месторождения, так и для геологических аномалий в строении ВЗТ и выделенных в пределах шахтных полей геофизических неоднородностей.

Сопоставительный анализ прочностных и деформационных свойств продуктивных сильвинитовых пластов АБ и КрII, расположенных в зонах развития аномальных особенностей строения ВЗТ и на участках геофизических аномалий (сейсморазведочных и электроразведочных), с аналогичными фоновыми показателями, характерными для центральной части Верхнекамского месторождения, позволяет сделать следующие основные выводы:

1. Значимых различий между механическими показателями сильвинитов в рассматриваемых аномальных зонах (табл. 1) и соответствующими фоновыми значениями, в целом, на данном этапе проводимых исследований не установлено.

2. Вариация механических свойств пород рабочих пластов в указанных зонах практически сопоставима с фоновым разбросом этих показателей.

Таким образом, по результатам выполненных исследований можно констатировать, что геологические и геофизические аномалии (табл. 1), выявленные на шахтных полях ОАО «Сильвинит», не отражаются в механических свойствах пластов АБ и КрII, определенных по керну подземных геологоразведочных скважин.

Возможно, влияние аномалий проявляется на значительно больших, чем размеры кернового материала (4-5 см), масштабах определения механических свойств. В этой связи для окончательных выводов целесообразно выполнить натурные (шахтные) испытания соляных пород на участках развития аномалий различного типа и групп опасности, либо провести представительные исследования механических свойств на образцах c характерными размерами порядка 30 см.

Список литературы

1. Указания по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей: технолог. регламент / ВНИИГ. - СПб., 2008. - 88 c.

2. Методические рекомендации к «Указаниям по защите рудников от затопления и охране подрабатываемых объектов в условиях Верхнекамского месторождения калийных солей / ВНИИГ. - СПб., 2008. - 62 c.

3. Шпаков П.С. Статистическая обработка экспериментальных данных: учеб. пособие / П.С. Шпаков, В.Н. Попов. - М.: Изд-во МГГУ, 2003. - 268 с.: ил.

4. Выполнение режимных сейсморазведочных работ в районе 49 блока СКРУ-1: отчет о НИР. - Пермь, 1998 г.

5. Выполнить сейсморазведочные исследования на объектах со сложным геологическим строением (СКПРУ-1, 3) / отв. исполн. И.А. Санфиров. - Пермь, 2001. - 36 с. - (Фонд ГИ УрОРАН. Инв. № 66).

6. Режимные сейсмогеомеханические исследования участка аварии 1995 г. на шахтном поле СКРУ-2 / отв. исполн. А.А. Барях, И.А. Санфиров. - Пермь, 2005. - 23 с. - (Фонд ГИ УрОРАН. Инв. № 433).

7. Выполнить сейсморазведочные исследования на объектах со сложным геологическим строением (СКПРУ-1, 3) / отв. исполн. И.А. Санфиров. - Пермь, 2002. - 40 с. - (Фонд ГИ УрОРАН. Инв. № 114).

8. Выполнить сейсморазведочные работы на объектах со сложным геологическим строением: отчет о НИР / отв. исполн. Санфиров И.А. - Пермь, 1996.

9. Выполнить сейсморазведочные исследования на объектах со сложным геологическим строением (4-6 ЮВП и 9-11 ЮВП СКРУ-2) / отв. исполн. И.А. Санфиров. - Пермь, 2006. - 34с. - (Фонд ГИ УрОРАН. Инв. № 615).

10. Выполнить сейсморазведочные исследования на объектах со сложным геологическим строением и сейсмогеомеханический контроль состояния массива в восточной части шахтного поля СКРУ-3 / отв. исполн.: А.А. Барях, И.А. Санфиров. - Пермь, 2003. - 36 с. - (Фонд ГИ УрОРАН. Инв. № 220).

11. Сейсмогеомеханический контроль состояния пород ВЗТ на участке развития открытых трещин (8 блок 8 панели СКПРУ-3): отчет по договору № 14/02 с ОАО «Сильвинит» / отв. исполн. А.А. Барях, И.А. Санфиров. - Пермь, 2002. - 45 с. - (Фонд ГИ УрОРАН. Инв. № 206).

12. Выполнить сейсморазведочные исследования на объектах со сложным геологическим строением / отв. исполн. И.А. Санфиров. - Пермь, 2004. - 36 с. - (Фонд ГИ УрОРАН. Инв. № 324).

Размещено на Allbest.ru