Таким образом, изучение особенностей ранее происшедших событий, а также выявление закономерностей и цикличности их проявления имеет важный экономический и социальный подтекст.

1.3. Учет планетарных георитмов и горнотехнических условий отработки шахтных полей калийных рудников для обеспечения безопасности горных работ

Ведение горных работ на рудниках, разрабатывающих крупнейшие в мире Верхнекамское и Старобинское месторождения калийных солей, осложнено многочисленными газодинамическими явлениями: выбросами соли и газа, обрушениями пород кровли с последующим газовыделением, отрывом пород поддействием суфлярно выделяющихся газов и т. д. Учиты­ вая тенденцию к углублению горных работ, недостаточную изученность многих механических и физико-механических процессов, сопровождающих добычу калийных солей, вовлечение в отработку наиболее газоносных уча­ стков шахтных полей, в ближайшие годы нет оснований надеяться на бла­ гоприятное изменение ситуации.

Наблюдается влияние и «внешних» космологических факторов на про­ текание горнотехнических процессов.

Вопросы воздействия планетарных георитмов при разработке уголь­ ных месторождений подробно рассмотрены в работах С. А. Ватутина, И. М. Ватутиной, В. Н. Вылегжанина и др. [17—19]. Представляется целе­ сообразным оценить приемлемость выводов, полученных для угольных шахт, для условий калийных рудников, а также проанализировать влияние некоторых ранее не учитываемых факторов (действие прецессионных сил, влияние метеорологических факторов и др.) на протекание газодинамиче­ ских процессов.

Несмотря на новые мощные средства обработки данных, современную сейсмическую аппаратуру, прогноз газодинамических явлений и сегодня остается одной из труднорешаемых научных проблем. Основной путь к ре­ шению — тщательный учет предвестников — интенсивных газовыделений, слабых предварительных толчков, изменений параметров геофизиче­ ских полей и других отклонений в зоне будущего очага явления.

Много неясностей таят в себе и проблемы горных ударов, оседания земной поверхности, возникающие, прежде всего, в регионах интенсивной разработки месторождений полезных ископаемых.

Несмотря на значительное число исследований, посвященных влия­ нию природных (гелиофизических) факторов на жизнедеятельность чело­ века и состояние промышленных объектов, производственниками эта ин­ формация чаще всего всерьез не воспринимается и в практике работы не учитывается.

Рис. 1.5. Структурное взаимодействие факторов,

определяющих состояние породных массивов

Поэтому важной, на наш взгляд, задачей является осмысление имеющейся информации по влиянию природных и техногенных ф акто­ ров на состояние породных массивов в районах интенсивного ведения горных работ.

Ж елая добиться логики в последовательности изложения материалов, авторы сочли целесообразным представить структурную схему взаимодей­ ствия всех факторов, влияющих на состояние породных массивов (рис. 1.5).

Различают следующие ритмы колебаний элементов массива горных пород [20—22]:

—суточные (период Тс = 24 ч) — связаны с вращением Земли вокруг своей оси;

—лунные (Тл = 708 ч) — связаны с полным оборотом Луны вокруг Земли;

—годовые и сезонные — обусловлены воздействием прецессионных сил при обращении Земли вокруг Солнца (Тг = 365,4 сут) и сменой времен года;

— солнечные (Т^ = 7 —17 лет, средний период которых составляет 11,2 земных года) — определяются периодами солнечной активно­ сти при движении Солнца во Вселенной.

Обычно солнечной активностью называют целый комплекс различ­ ных явлений, происходящих в атмосфере Солнца, которые охватывают сравнительно большие области, поперечником не менее нескольких ты ­ сяч километров, и отмечающихся весьма значительными изменениями физических характеристик соответствующих слоев атмосферы [21]. Ко­ гда говорят о солнечной активности, то подразумевают появление обшир­ ных солнечных пятен.

Солнечный цикл, в свою очередь, делится на четыре периода продол­ жительностью в среднем по 2,88 года (33,6 месяцев).

Рассмотрим более подробно геомеханическое состояние породных массивов и поведение газовых флюидов при наступлении ритмов (циклов) различной продолжительности.

На основании анализа 84 случаев газодинамических явлений (ГДЯ) — внезапных выбросов породы и газа, обрушений пород кровли и других, про­ исшедших за 20 лет на Втором и Третьем Березниковских калийных рудни­ ках ОАО «Уралкалий», для которых известно точное (до минут) время про­ явления, установлено, что в ночное время произошло в два раза больше газодинамических явлений, чем в дневное: 56 и 28 случаев соответственно (продолжительность ночного — от захода Солнца до его восхода — иднев­ ного — от восхода до захода — периодов в течение года практически одина­ кова) [23]. Отметим, что анализу подверглись только те случаи ГДЯ, причи­ на возникновения которых не связана с явными технологическими наруше­ ниями (уменьшение ширины целиков и т. д.).

В зависимости от угла поворота Земли по отношению к Солнцу при ее вращении вокруг собственной оси дважды в сутки любая точка земной ко­ ры проходит стадии сжатия-растяжения [19]. Это не может не отразиться на поведении структурных элементов породных массивов. Поэтому в тече­ ние суток дважды происходит тройная смена напряженного состояния пород (табл. 1.4).

							Т а б л и ц а		1 . 4
	Периодичность суточных циклов, ч
Очередь					Периоды
		1			2			3
I	5...	6,5—9...	10,5	9...	10,5 -14...	16	14...	16-18 ...	19
II	18...	19—21	...23	21...	23—1,5...	2,5	1,5...	2,5—5—6,5

Во время первого периода происходит накопление упругой энергии в массиве горных пород. В течение второго периода (особенно в вечернее и ночное время суток) чаще всего происходят выбросы породы и газа, гор­ ные удары. В частности, из отмеченных выше 56 газодинамических явлений на Втором и Третьем Березниковских рудниках, происшедших в «ночное» время, большая часть приходится именно на интервал с 22.00 до 2.30 ч. Во время третьего периода интенсифицируются газовыделения как из от­ работанных пространств, так и из трещиноватых пород. При проведении ежечасных отборов газовых проб в течение двух лет на Третьем Солигорском руднике РУП ПО «Беларуськалий» для изучения газовой динамики длинных очистных забоев было зафиксировано регулярное увеличение ин­ тенсивности газовыделений в период с 1.00 до 6.00 ч [24].

Влияние приливно-отливных сил на вращение земного шара и процес­ сы, происходящие в его недрах, во многом определяют возникновение, раз­ витие и разрядку тех внутренних напряжений, которые приводят к сейсми­

ческим толчкам и к деформационным процессам в породной приповерхно­ стной толще.

Рассмотрим изменение напряженного состояния горного массива в раз­ личных фазах лунного цикла (рис. 1.6).

Поведение массивов горных пород обусловлено взаимодействием силы гравитации Земли и силы гравитационного воздействия Луны, Солнца и других космических объектов. Сила тяжести Земли направлена к центру планеты и оказывает сильное влияние на процессы сжатия-растяжения породных элементов. Сила гравитационного воздействия космических объектов направлена в их сторону и оказывает влияние только на растяже­ ние пород земной коры. Хотя сила тяжести Земли значительно больше си­ лы внешнего гравитационного воздействия, влияние последней очень су­ щественно, так как она действует уже в условиях равновесия сил внутри горномеханической структуры.

Силы		притяжения со стороны
Луны, Солнца и других небесных
тел вызывают деформации земной
коры, которые можно оценить ве­
личиной порядка 0,5 м [25].
В	период		нахоиодения		Луны
в нечетных (I и III) фазах земная ко­
ра сжимается, породные конструк­
ции способны			переносить		макси­
мальные		механические		нагрузки.
В это	время породный			массив ус­
тойчив, снижается вероятность об­
рушения пород кровли выработок.						Рис. 1.6. Распределение		критических пе­
В четных (И и IV) фазах Луны						риодов	в состоянии	горных массивов
имеет место расширение породооб­						в пределах лунного цикла: I, II, III, IV — фа­
разующих		элементов,		что	ведет		зы лунного цикла [ 19]
к снижению прочности				пород под
действием		растягивающих			сил.

Данное обстоятельство, как показывает опыт работы на рудниках РУП ПО «Беларуьскалий», обеспечивает энергосберегающие режимы резания по­ род исполнительными органами комбайнов, особенно при их выемке длин­ ными очистными забоями с большими обнажениями массива.

Переход от состояния растяжения пород к их сжатию — за двое суток до и двое суток после полнолуния либо новолуния — является периодом неустойчивого равновесия породного массива (см. рис. 1.6). Как показы­ вает статистика, именно на этот период в лавах рудников РУП ПО «Беларуськалий» приходятся многие случаи посадки крепи «нажестко», количе­ ство которых к настоящему времени достигло уже нескольких десятков.

Влияние деформаций земной коры на газодинамические процессы в пластах полезных ископаемых, вызываемых силами приливов, подтвер­ ждается и данными угольных шахт. В частности, установлено, что в про­

межуток времени до трех суток после прохождения Луны через перигей

вероятность проявления внезэпных выбросов угля и	гззз состэвляет
23 %, з при прохождении Луны вблизи зпогея ( 1 2 - 1 4	сут) их вероят­

ность уменьшэется до 9 %, т. е. в 2,5 рззз [26].

Любопытные дзнные получены при инструментэльных измерениях процессз сдвижения горных пород нэд шэхтным полем СгРУ -1 РУП ПО «Белэруськзлий» в 1994-1997 гг. [27]. Анэлиз величин вертикэльных смещений реперов нз концзх профиля относительно друг другз в фзззх лунного циклз показал наличие определенной функциональной зависимости этих показате­ лей от положения Луны (рис. 1.7). Причем в нечетных фазах лунного цикла величины вертикальных смещений имеют преимущественно положитель­ ный знак, в четных — отрицательный. Это свидетельствует о различной ре­ акции участков земной коры, имеющих блочную структуру, на изменяющее­ ся по фазам воздействие Луны.

Рис. 1.7. Вертикальные смещения реперов q относительно друг друга

на концах профильной линии [27]

Известно, что Земля движется в мировом пространстве по очень слож­ ной траектории, участвуя во многих механических движениях. Вследствие этого непрерывно изменяется положение Земли по отношению к Солнцу и Луне, которые, в свою очередь, также перемещаются. В результате Солнце и Луна оказывают на Землю непрекращающееся, но меняющееся по величине воздействие.

Поскольку Земля сжата у полюсов, Солнце и Луна притягивают ту ее часть у экватора, которая ближе к ним. При этом возникают так называе­ мые прецессионные силы, стремящиеся развернуть Землю, повернуть ее ось вращения. Самое большое значение эти силы имеют в декабре и июне, минимальное (нулевое) — в марте и сентябре.

В1997 г. нами были выполнены комплексные измерительные работы

сиспользованием приемников глобальных космических навигационных систем (Global Position System — G PS) для изучения вертикальных и гори­ зонтальных движений участков земной коры в современных геодинамиче­ ски активных зонах Старобинского месторождения [28]. Измерения произ­ водились высокоточными двухканальными G P S -приемниками SR-299 швейцарской фирмы «Leica» в режиме Static. При длине базисной линии до 10 км обеспечивалась максимальная точность измерений со средней квадратичной ошибкой не более 15 мм. Один этап замеров был осуществлен

впериод максимального влияния прецессионных сил — июне, во время активизации влияния Луны (в полнолуние), другой — в сентябре (миними­ зация действия прецессионных сил) при расположении Луны в 1-й квадра­ туре (минимальное влияние Луны).

В первом случае была зафиксирована величина деформаций 70 —80 мм/сут, во втором — она оказалась в пределах ошибки приборов, что свидетельствует о явном влиянии прецессионных сил и положения Л у­ ны относительно Земли на деформационные процессы в земной коре.

Для оценки изменения числа газодинамических явлений в пределах одиннадцатилетнего солнечного цикла нами детально были проанализирова­ ны данные по Верхнекамским калийным рудникам за 1968—1997 гг. С дос­ таточной для практики точностью пиками солнечной активности за изучае­ мый период следует считать 1972—1973,1983—1984 и 1994—1995 гг.

Анализ данных по ГДЯ именно на Верхнекамских калийных рудниках обусловлен тем, что для них (в отличие от Старобинских рудников) не су­ ществует жесткой привязки выбросоопасных зон к определенным геологи­ ческим структурам и влияние внешних (космологических) факторов более очевидно [24].

В табл. 1.5 приведены данные Б. В. Лаптева [29] с нашими дополне­ ниями по распределению числа газодинамических явлений по пластам и по годам работы рудников ОАО «Уралкалий» и ОАО «Сильвинит». Данные свидетельствуют об увеличении числа ГДЯ в 1970—1976 и 1983—1985 гг. по сравнению с предыдущими и последующими годами.

На рис. 1.8 совмещены данные за два полных, солнечных цикла, со­ гласно которым для рудников Верхнекамского месторождения прослежи­ вается очевидная приуроченность повышенного количества газодинами­ ческих явлений к пикам солнечной активности — 1972—1973 и 1983—1984 гг.

Как отмечалось нами в предыдущих работах, большинство ГДЯ по пла­ сту Красный 11 преимущественно вызвано действием горного давления [30], поэтому гравитационное воздействие внешних факторов еще более ярко прослеживается для ГДЯ по этому пласту.

В годы высокой солнечной активности происходит в 2,7 раза ГДЯ боль­ ше, чем в годы относительного спада действия этого фактора.

О существовании связи частоты внезапных выбросов угля и газа с по казателями солнечной активности (числами Вольфа) свидетельствует

со to

Т а б л и ц а 1 . 5

Распределение числа ГДЯ по пластам и по годам работы рудников ОАО «Уралкалий» (Березниковские рудники) и ОАО «Сильвинит» (Соликамские рудники)

					Рудники									Рудники
		Березниковские				Соликамские		Верхне-			Березниковские				Соликамские		Верхне-
Год								камские	Год								камские
	АБ	Красный	Всего	В		Красный	Всего	Всего		АБ	Красный	Всего	В		Красный	Всего	Всего
		II				АБ					II				АБ
						II									II
1968	2	2	4	—	—	—	—	4	1980	2	—	2	—	—	—	—	2
1969	3	—	3	—	—	—	—	3	1981	—	—	—	_	—	—	—	—
1970	8	8	16	—	—	—	—	16	1982	1	3	4	—	—	—	—	4 -
1971	11	9	2 0	—	—	—	—	2 0	1983	13	3 3	4 6	—	—	—	—	4 6
1972	9	7	16	—	—	—	—	16	1984	10	6	16	—	1	—	1	17
1973	6	4	10	—	—	—	—	10	1985	15	2	17	—	—	—	_	17
1974	18	7	2 5	—	—	—	—	2 5	1986	10	—	10	—	2	1	3	13
1975	11	3	14	—	—	—	—	14	1987	5	1	6	—	—	1	1	7
1976	9	9	18	—	—	—	—	18	1988	4	1	5	—	—	—	—	5
1977	7	3	10	—	—	—	—	10	1989	2	—	2	—	—	—	—	2
1978	9	4	13	—	—	—	—	13	1990	1	1	2	1	—	—	1	3
1979		2	2	-	-	-	-	2	1991	1	-	1	1	2	-	3	4

Замечание. В 1992—2004 гг. на Верхнекамском месторождении произошло еще девять ГДЯ.

наличие тесной корреляции между ними. Для угольных шахт Сибири коэф ­ фициент корреляции составляет в среднем 0,8 [ 17, 31 ].

Если провести параллель между лунными и солнечными циклами и счи­ тать наиболее опасным (критическим) переход от активной части солнечного цикла к пассивной, то обнаружится интересная закономерность. Два крупней­ ших в XX веке случая затопления калийных рудников — Третьего Березни­ ковского (1986) и канадского рудника «Потакай» (1997) — приходятся точно на смену состояния породных массивов. Исходя из разделения месяцев года по типу энергоносителей (физические процессы, протекающие в горных породах делятся на гвдро-, газо- и электропериоды [19]), можно говорить о том, что затопления вышеуказанных рудников приходятся именно на время гцдропериодов, в которые усиливается мощность источников гидродинамических про­ цессов, приводящих к прорывам воды и глины, к обводнению выработок мас­ сива, к затоплению выработок, шахт и рудников (в массиве накапливается из­ быточный над равновесным напор воды).

Рис. 1.8. Изменение среднего числа ГДЯ (в год) по одиннадцатилетним

солнечным циклам в целом по Верхнекамским рудникам ( / ) и по пласту

Красный II (2)

«Для успешного технологического противодействия неблагоприят­ ной активизации соответствующих горных физических процессов в раз­ личных периодах... воздействия на земную кору гелиофизических, метео­ рологических и техногенных факторов требуется предписывать особую технологическую регламентацию ведения горных работ в каждом из пе­ риодов» [19].

Таким образом, при эксплуатации калийных рудников следует учитывать внешние (космологические) факторы, что предполагает усиление контроля за предвестниками изменения «космической погоды», учет их влияния при пла­ нировании и отработке сложных в горно-геологическом и горнотехническом

отношении участков шахтных полей (вблизи зон тектонических нарушений и т. д.) и осуществление необходимых профилактических мероприятий.

Исходя из цикличности появления неблагоприятных внешних (космо­ логических) факторов был сделан прогноз об очередном ухудшении усло­ вий отработки калийных месторождений в 2003—2008 гг., с особенно сложным периодом — в 2005—2007 гг. [24].

Примечание. Когда эта книга была уже написана, произошло событие, позволяющее оценить достоверность прогноза, сделанного в работе [24]. Речь идет о затоплении Первого Березниковского рудника, произошедшее в октябре-ноябре 2006 г.

Во-первых, увы, сбылся прогноз 10-летней давности об очередном ухудшении условий отработки калийных месторождений с наиболее сложным периодом в 2005 —2007 гг.

Во-вторых, затопление рудника пришлось на наиболее опасный (критический) переход (2006 -2007 гг.) от активной части солнечного цикла (апогей — 2005 г.) к пассивной, к ко­ торым (переходам), напомним, приурочены затопления Третьего Березниковского рудника и канадского рудника «Потакай».

В-третьих, затопление рудника пришлось на время гидропериода. Для условий Урала это весна (с начала таяния снегов в марте, полностью апрель, водоносная часть мая) и осень (сентябрь — октябрь и первая декада ноября). Годовая энергетика массива горных пород представлена на рис. 1.9.

					Месяцы года
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
о о о о о о				+ + + + + + + + +						о о о о
о о 0 0 о о					+ + + + + + + + +						о о о о
о о о о о о				+ + + + + + + + +						о о о о
О О О О 0 о					+ + + + + + + + +					о о о о
	газо-		гвдро-			электро-			гидро-		газо-
				Энергетические периоды

Рис. 1.9. Годовая энергетика массивов горных пород

Таким образом, имеет место эффект тройного наложения неблагоприятных обстоя­ тельств.

Перейдем к рассмотрению факторов, влияющих на газовую обстанов­ ку в калийных рудниках.

Горнотехнические факторы, участвующие в формировании газовой об­ становки в калийных рудниках, можно разделить на три группы [32]:

—региональные факторы, действующие в масштабах всего шахтного поля или месторождения (климатические условия региона, стадия

отработки рудника ит. д.) и охватывающие значительный временной интервал;

—локальные факторы, проявляющиеся в пределах крыла шахтного поля или горизонта (глубина залегания и газоносность пластов, рас­ стояние от воздухоподающих стволов, и др.);

местные факторы, определяющие газовую обстановку в пределах горного участка или отдельной выработки (местоположение сечения

выработок относительно мощности пластов, газоносность отдель­ ных прослоев, способ проветривания выработок и т. д.).

Обнаружено, что типичным для всех Верхнекамских рудников являет­ ся увеличение числа случаев обнаружения газов в атмосфере выработок от момента пуска до 8 —10-го годов эксплуатации, а затем наблюдается мед­ ленное снижение этого показателя [30].

Число газодинамических явлений, приходящихся на 100 тыс. т добы­ той руды (прослежено для условий Второго и Третьего Березниковских рудников), максимально в первые 3 —4 года с момента работы рудника и достигает величины 0,78 — 1,07. С увеличением отработанных площадей этот показатель уменьшается, составляя в среднем 0,16 [29].

Причины этой тенденции в изменении числа газодинамических явлений на калийных рудниках следующие: региональная дегазация пород и измене­ ние их напряженного состояния (разрядка) при увеличении отработанных площадей, влияние климатических факторов поверхности на микроклимат в выработках, способствующее проявлению ГДЯ за счет снижения пласти­ ческих свойств пород при их осушении и т. д. В частности, поданным горного отдела ОАО «Уралкалий» в теплое время года на 130—160 % увеличивает­ ся объем работ по поддержанию и креплению горных выработок на Березни­ ковских рудниках по сравнению со средним за год.

Микроклиматические параметры калийных рудников в значительной степени определяются климатом поверхности и, в свою очередь, оказыва­ ют влияние на протекание многих процессов в горных выработках. Особен­ ностью взаимодействия гигроскопичных соляных пород с влагой является наличие критической влажности воздуха фкр (для сильвинитовых пород <ркр = 0,6...0,7 [33]), превышение которой ведет к конденсации влаги на по­ верхности горных выработок.

Под влиянием меняющейся относительной влажности и температуры воздуха в калийных рудниках в течение года периодически происходят про­ цессы увлажнения и подсыхания поверхности выработок. Вынос влаги из рудников имеет место в холодное время года (с октября по апрель), тогда как в теплое время года наблюдается ее накопление в горных выработках. Благодаря мелкослоистой структуре соляных пород, наличию большого числа глинистых прослойков, техногенной трещиноватости, а также за счет капиллярной проводимости наблюдается заметное увеличение влажности в породных целиках до глубины 1,5... 1,6 м. Поданным М. П. Шлыкова, при средней природной влажности пород 0,2...0,3 % влажность соли по пласту Красный II на глубине 0,5 м составляет 0,8 %, по пласту АБ — 1,2 %.

Внесенная в выработки влага, заполняя макропоры, переходные поры и микропоры, препятствует истечению газа с обнаженных поверхностей пластов. Таким образом, можно ожидать, что в период повышенного влагосодержания воздуха (с мая по сентябрь) должно наблюдаться уменьшение частоты газовыделений, оцениваемое нами с помощью специально разра­ ботанного метода, в основе которого лежит предположение, что количест­ во проб с концентрациями отдельных газовых компонентов выше ПДК

(я ) пропорционально количеству газовыделений, происшедших за опре­

деленный промежуток времени [34].

Анализ данных за одиннадцать (1965 1975) лет работы Первого Соли­ камского калийного рудника подтвердил ранее выдвинутое предположение о меньшем количестве газовыделений, происходящих в теплое время года. За пять месяцев, составляющих 41,7 % общей продолжительности года, за­ фиксировано 35,7 % проб с содержанием отдельных газовых компонентов выше ПДК(1 Ю6 случаев из 3094), причем эта тенденция прослеживается почти для каждого года из одиннадцатилетнего анализируемого временного интервала. Исключение составляют лишь 1969 и 1974 гг., что объясняется, судя по данным Уральского управления гидрометеорологической службы, нетипично холодной погодой в весенне-летний период [35].

Согласно данным влияние поступающего в рудник воздуха особенно ощутимо на расстоянии до 3000 м, далее оно ослабевает и тем больше, чем дальше находится участок отработки от воздухоподающего ствола. Это сов­ падает с данными проф. А. Е. Красноштейна, установившего, что стабилиза­ ция микроклиматических параметров для Верхнекамских калийных рудни­ ков наступает на расстоянии 3000—3500 м [36].

Оценка значимости различных факторов в формировании газовой об­ становки в пределах рабочих пространств калийных рудников позволила вычленить долю каждой группы факторов в общем газовом балансе: регио­ нальные факторы — 25 %, локальные — 30 %, местные — 45 %. Знание роли каждой группы факторов в формировании газовой обстановки в рабо­ чих пространствах позволит более целенаправленно планировать приме­ нение мер борьбы с газовыделениями.

Основным способом борьбы с газовыделениями и средством обеспече­ ния безопасности горных работ является вентиляция выработок и рудни­ ков в целом.

В настоящее время при проветривании районов ведения очистных ра­ бот в калийных рудниках, удаленных от стволов и подошедших к границам шахтных полей, возникли определенные проблемы [37]:

—в удаленные панели (добычные участки) подавать требуемые объе­ мы свежего воздуха практически невозможно, так как путь движе­ ния его от воздухопадающих стволов до вентиляционных составляет десятки километров;

—если же подача требуемых объемов воздуха и достигается, то пере­ распределение его между забоями средствами отрицательного регу­ лирования не удается, в связи с незначительными падением обще­ рудничной депрессии в панелях;

при незначительном уменьшении объема подаваемого воздуха в руд­ ник главной вентиляторной установкой (ГВУ) поступление его в та­ кие панели почти прекращается, а естественное распределение да­ же этого незначительного объема воздуха Становится далеко не про­ порциональным первоначальному.

В начале эксплуатации рудников эти проблемы не были ярко выраже­ ны, причем на первом этапе они решались довольно легко, так как оборудо­ вание было новым, площадь отработки была небольшой, и имелся запас подаваемого воздуха главными вентиляторными установками. Впоследст­ вии положение изменилось. Причем это характерно не только для россий­ ских и белорусских калийных рудников, но и для многих зарубежных. Глав­ ные из этих причин следующие:

1.Практически все рудники, разрабатывающие Верхнекамское и Старобинское месторождения, начали отработку шахтных полей прямым ходом, следовательно, воздух от стволов к рабочим панелям подавался по выработ­ кам главных направлений, имеющим многочисленные сбойки с отработанным пространством. Ввиду активного процесса выщелачивания и гцдратации на контакте между перемычками и соляными породами перемычки, которыми эти сбойки изолировались, теряют герметичность и требуют постоянного ре­ монта с периодичностью один раз в 2 —3 года. Количество таких перемычек ис­ числяется сотнями. Кроме того, большое количество перемычек строится

иэксплуатируется непосредственно на добычных участках. Все это предопре­ делило значительные внутренние утечки воздуха в калийных рудниках в усло­ виях повсеместно применяемой центральной схемы проветривания.

2. При проектировании рудников отработка пластов планировалась отдельными панелями с подачей свежего и выдачей исходящего воздуха по своим индивидуальным панельным штрекам. При такой схеме отработки вентиляционная сеть рудника представляла собой сложную систему парал­ лельных выработок, обладающих незначительным аэродинамическим со­ противлением, в которой подаваемый объем воздуха дробился на множест­ во параллельных потоков в каждую панель.

3.Распределение аэродинамических сопротивлений отдельных участ­ ков вентиляционной сети рудников таково, что из общей, развиваемой главными вентиляторными установками депрессии, преобладающая ее часть теряется в стволах и вентиляционных каналах и только 0,8 —2,3 % остается непосредственно на панелях (добычных участках, табл. 1.6).

По данным д-ра техн. наук Н. Н. Мохирева в рудниках Верхнекамского калийного месторождения в стволах и вентиляционных каналах теряется до 87 % депрессии, в выработках главных направлений — до 12 % и не более 1 % приходится на панели (добычные участки).

Исходя из вышеизложенного, основные задачи при проветривании районов ведения очистных работ можно сформулировать следующим обра­ зом: обеспечение подачи воздуха в расчетно-необходимых объемах (причем эта подача должна быть устойчивой, несмотря на действие перечисленных выше факторов) и перераспределение этих объемов между блоками и за ­ боями. Как известно, увеличение объемов подачи воздуха может быть дос­ тигнуто двумя путями: повышением мощности ГВУ, т. е. заменой сущест­ вующих вентиляторов на более мощные, и применением положительного способа регулирования. Замена вентиляторов сейчас невозможна, так как

на рудниках, например, РУП ПО «Беларуськалий» работают самые мощ­ ные вентиляторы ВРЦД-4,5 и ВЦД-47.

Т а б л и ц а 1 . 6

Распределение потерь депрессии по отдельным участкам вентиляционной сети рудников РУП ПО «Беларуськалий» поданнымвоздушно-депрессионныхсъемок 1985—1997 гг.*

			Потери депрессии, %
	Рудник	Стволы	Выработки	Панели
		и вентиляционные каналы	главных направлений	(добычные участки)
РУ-1		6 6 ,5 -8 7 ,9	1 1 ,3 -3 2 ,7	0 ,8 - 1 ,5
РУ-2		5 4 ,7 -8 2 ,3	1 8 ,7 -3 9 ,7	0 ,9 - 2 ,3
РУ-3		6 8 ,8 -8 6 ,5	1 2 ,2 -3 0 ,1	0 ,8 - 1 ,6
РУ-4	гор. -4 4 0 м	7 0 ,3 -83,8	1 2 ,6 -2 8 ,2	1 ,5 -1 ,6
гор. -6 7 0 м		6 9 ,3 -8 9 ,6	1 0 ,9 -2 9 ,2	1 ,5 -1 ,6

^Примечание. Для рудника РУ-4 данные приведены отдельно для гор. —440 м и гор. -6 7 0 м, так как они проветриваются обособленно.

Даже некоторое увеличение возможности этих вентиляторов путем уд­ линения лопаток рабочего колеса полностью проблему не решает. В луч­ шем случае это позволит увеличить развиваемое давление на 20 —30 %, что соответственно повысит расход воздуха не более чем на 10 %. Тем бо­ лее известно, что увеличение количества воздуха на 10 % вызывает увели­ чение расходов на электроэнергию на 20—30 %.

Учитывая то, что расход электроэнергии, затрачиваемой на проветри­ вание калийных рудников, и так достигает 30 % от всего энергопотребле­ ния рудника, дополнительное увеличение энергопотребления является не­ позволительной роскошью.

Таким образом, планетарные георитмы и горнотехнические особенно­ сти отработки шахтных полей калийных рудников формируют две наклады­ вающиеся друг на друга группы факторов, обусловливающих поведение массива горных пород и режим газовыделений в горные выработки, что должно учитываться при разработке мероприятий по обеспечению безо­ пасности горных работ на калийных рудниках.

Приведенные в разделе данные позволяют подчеркнуть следующее. По запасам калийных солей страны бывшего СССР занимают второе ме­ сто в мире. Калийные месторождения России и стран СНГ, среди которых крупнейшим в мире является Верхнекамское месторождение, включают в свой состав большое число калийных пород, имеющих сложный мине­ ральный состав. Разработка калийных залежей ведется подземным спосо-

Воздушно-депрессионные съемки проведены под руководством д-ра техн. наук А. Н. Земскова.

бом. Поскольку калийные породы легко подвергаются размыву пресными водами, вскрытие калийных месторождений и их последующую разработку ведут с использованием способов и методов, исключающих проникновение в рудники пресных вод. Пластовые залежи Верхнекамского и Старобинского месторождений имеют сравнительно более благоприятные горнотех­ нические условия разработки. Однако на ряде пластов и участков Верхне­ камского месторождения и в меньшей степени на Старобинском месторо­ ждении наблюдаются выделения взрывоопасных газов, имеют место выбросы пород и газа, а также недостаточная устойчивость кровли и боко­ вых пород, что усложняет ведение горных работ. Для выбора способов раз­ рушения калийных пород при их разработке рассмотрим их основные физи­ ко-механические свойства.