Подземная выплавка серы. Условия месторождений серы (часть 2)

Исследования процесса ПВС базируются на изучении физических свойств серных руд. Плотность серных руд 2,12—2,6 г/см3, их пористость 8—17%. Сопротивление образцов серных руд сжатию уменьшается при нагревании до 130°С в среднем в 20—30 раз. Так, прочность на сжатие известняка с прожилково-вкрапленной серой Язовского месторождения уменьшилась с 38 МПА (при комнатной температур) до 0,86 МПа (при 130°С). Таким образом, в натурных условиях массив серной руды, нагретой до 120—130°С, будет иметь очень низкую прочность.
Проницаемость серных руд и вмещающих пород — один из решающих факторов, обусловливающих эффективность применения ПВС. В лаборатории нельзя полностью имитировать условия массива серной руды. Поэтому проницаемость руд изучалась как на кернах, так и в полевых условиях с помощью гидрогеологических исследований. Исследования показали, что испытанные монолитные, некавернозные образцы практически водонепроницаемы. Значит, распространение теплоносителя вокруг добычной скважины происходит в основном по кавернам, крупным порам, трещинам и карстам. Передача тепла от теплоносителя к включениям серы, не соединенным с каналами пор и трещин, происходит за счет теплопроводности и образования новых каналов при выплавке серы.
Теплофизические характеристики руд, вмещающих пород наиболее важны для расчета параметров технологии ПВС.
Удельная теплопроводность средних руд составляет 1,3—0,3 Дж/(м∙с∙°С), т. е. она в 4—5 раз ниже теплопроводности известняка. Это объясняется пористостью и низкой теплопроводностью руд. Теплоемкость руд довольно высокая (1,68—0,7 кДж/кг∙°С). Температуропроводность серных руд 1—5,6∙10в-7 м2/с, коэффициент линейного теплового расширения 0,2—2,6∙10в-5 1/°С, т. е. ниже, чем чистой серы. Это свидетельствует об обязательном тепловом разрушении известнякового скелета руды при плавлении серы. Температурные напряжения расплавленной серы будут разрушать закрытые каверны, что значительно увеличит проницаемость руды и уменьшит потери серы при ПВС.
Физически серный пласт представляет собой многокомпонентную систему, состоящую из горной породы (известняк, сера), минерализованных подземных вод и газов. Эта система характеризуется пористостью, проницаемостью, теплофизическими параметрами и т. д., поэтому особый интерес и значение представляет исследование физических свойств серных руд в натурных условиях.
Важным фактором, определяющим условия разработки месторождения, является гидрогеологическая обстановка, которая характеризуется свойствами как пород, так и пласта в целом (проницаемостью, пористостью, распределением их по мощности пласта, взаимосвязью между водоносными горизонтами, наличием гидравлических «окон», химическим составом и температурой подземных вод и газов). Для получения гидрогеологических параметров серных месторождений целесообразно использование методов восстановления давления и гидропросушивания, поскольку серные руды имеют трещинно-карстовый характер. Гидрогеологические условия характеризуются чрезвычайной изменчивостью фильтрационных свойств. Так, коэффициент фильтрации изменяется от 0,005 до 214 м/сут, а удельный дебит скважин — от 0,004 до 50 м3/ч. Нагнетание в скважину и наблюдение за изменением уровней в других скважинах дает информацию о неоднородности фильтрационных свойств серного пласта. Для изучения профиля приемистости эффективно использовать геофизические методы резистивиметрового каротажа, объемной расходометрии и поинтервальных нагнетаний.
Требования к качеству серных руд и горно-геологическим условиям их залегания определяют экономическую целесообразность добычи серы методом ПВС (табл. 12.2). На основании их можно произвести подсчет и оконтуривание промышленных запасов серных месторождений, пригодных для разработки методом ПВС.

---