Материал: Engineering Geology of MD

Надо отметить также, что с повышением сложности гидрогеологических условий, степени обводяенности месторождений, как правило, повышается и сложность их инженерно-геологиче- ских условий в целом. Однако из этого правила могут быть и исключения. Часто не степень водообильности горизонтов, комплексов и зон горных пород определяет сложность инже- нерно-геологических условий, а сам факт поступления воды — малые притоки, течи и капеж, так как увлажнение горных пород сказывается на изменении их свойств (размокание, набухание, снижение прочности и др.) и соответственно на нарушении устойчивости горных пород и горных выработок. Возникающие при этом их деформации создают трудности и угрозу нормальному ведению горных работ и их безопасности. Следовательно, оценка обводненности месторождений, шахтных и карьерных полей должна быть всесторонне обоснованной, как качественной, так и количественной, направленной на прогноз развития неблагоприятных и опасных геологических процессов.

Для определения притоков воды в горные выработки и к дренажным системам пользуются разнообразными методами: аналитическим, моделирования, балансовым, аналогий (эмпирическими), описание которых приводится в курсах по динамике подземных вод и в специальных руководствах.

И1-4. Изменение степени обводненности месторождений твердых полезных ископаемых при их освоении

Обводненность месторождений полезных ископаемых, как было отмечено выше, количественно определяется обычно статическими запасами подземных вод в водоносных горизонтах, зонах и комплексах и их динамическими ресурсами. Те и другие к началу освоения месторождений формируются под влиянием главным образом природных факторов. Поэтому при разведке месторождений положение свободных и пьезометрических уровней подземных вод, мощность, водообильность, режим, условия питания и разгрузки водоносных горизонтов, зон и комплексов, минерализация, химический состав и физическе свойства воды и другие параметры обычно характеризуют естественные гидрогеологические условия, сформировавшиеся в новейшее и современное геологическое время.

1ри выполнении подготовительных работ к освоению месторождений (вырубка леса, предварительное осушение территории, отвод рек и ручьев и др.), при их вскрытии и разработке степень обводненности изменяется, так как начинают вступать в силу и затем действуют различные искусственные факторы. Для оценки обводненности горных выработок и прогноза ее изменения необходимо по возможности полнее учитывать и оценивать роль и значение каждого фактора, причем не только на данный момент, но и в перспективе, с учетом возможных изменений их во времени.

«6

При разработке месторождений естественный режим под^ земных вод в той или иной степени нарушается в зависимости как от существующих природных условий, так и от действующих искусственных факторов. Новый режим подземных вод может характеризоваться определенными новыми закономерностями, которые иногда нарушаются вследствие возникновения «паводков» — прорывов воды в горные выработки или других экстремальных явлений, возникающих нерегулярно.

Так, например, одной из общих закономерностей динамики подземных вод для многих месторождений твердых полезных ископаемых является сработка их статических запасов по мере освоения месторождений. Соответственно возрастает относительная роль динамических ресурсов водоносных горизонтов, зон и комплексов в обводнении месторождений. Но динамические запасы подземных вод существенно зависят от условий

факторов. В периоды обильных атмосферных осадков и снеготаяния уровни, напоры и расходы подземных вод повышаются и увеличиваются притоки воды в горные выработки. В засуш-

к ним, это указывает на то, что приток воды к горным выработкам имеет более или менее стационарный характер. Если этот баланс будет отрицательным или положительным, приток воды в горные выработки будет соответственно уменьшаться или увеличиваться, т. е. режим подземных вод будет нестационарным, что характерно для многих обводненных месторождений, на которых ведутся горные работы. Такой характер режима подземных вод обусловлен многими причинами [5]- Во-первых, освоение обводненных месторождений обычно сопровождается значительными осушительными работами при выполнении как подготовительных, так и эксплуатационных работ.

Так, например, как уже отмечалось выше, во время строительства и в первый период эксплуатации Лебединского, а затем Южно-Лебединского карьеров (КМА) происходила интенсивная сработка статических запасов подземных вод основного надъюрского (сеноман-альбского) водоносного горизонта, в результате чего их уровень снижался на несколько метров в год, а диаметр депрессионной воронки измерялся несколькими километрами. Вокруг Лебединского карьера к 1966 г., спустя примерно 10 лет после начала его строительства, в сеноман-альб- ских песках и трещиноватых мелах при понижении пьезометрического уровня на 43 м образовалась депрессионная воронка

ситов за 20-летний период откачки воды из шахт уровень карстовых вод снизился на 180—200 м, а депрессионная воронка в соответствии со структурно-тектоническими условиями стала длиной более 25 км и шириной 2—4 км, т. е. распространилась на плошади около 85 км^. В Криворожском железорудном бассейне при понижении уровня подземных вод в карбонатных породах, залегающих в кровле продуктивной толщи, на 38 м радиус депрессионной воронки достиг 6,5 км. В Подмосковном бассейне на одном из месторождений угля при откачке воды из нижнекаменноугольных (упинские и малевско-мураевнинские) и верхнедевонских известняков и понижении пьезометрического уровня воды на 20—30 м радиус депрессионной воронки достиг 4—6 км. Наконец, при откачке воды из песков на Александровском (Никопольский марганцеворудный бассейн), Юрковском и Байдаковском (Днепровский буроугольный бассейн) карьерах и понижении в них уровня подземных вод на 5—15 м радиус депрессионной воронки достиг 1—1,5 км.

Все эти примеры указывают на то, что на отрабатываемых участках месторождений режим подземных вод и их обводненность изменяются во времени, хотя и неодинаково в разных геологических условиях, при разной продолжительности дренажных работ и других обстоятельствах. При этом важно учитывать, что осушение месторождений, и в том числе заболоченных участков, снижение уровня грунтовых и напорных вод обычно создают благоприятные условия для инфильтрационного питания подземных вод дождевыми, талыми водами, водами рек, ручьев и разнообразных водоемов. Этому благоприятствует также нарушение поверхностного стока в пределах месторождений, шахтных и карьерных полей в связи с вырубкой леса и разрушением дернового покрова, созданием отвалов, гидроотвалов, хвостохранилищ, прудов-отстойников, водоемов, каналов, дорог, вскрытием толщ горных пород разрезными траншеями и другими подготовительными выработками и др.

Таким образом, значение регионального и локального инфильтрационного питания подземных вод повышается, хотя производят откачку воды из горных выработок и дренажных устройств и отвод ее с месторождений, шахтных и карьерных полей. Так, например, на Южно-Лебединском карьере КМА инфильтрационные потери из гидроотвала «Березовый лог» в 1970—1972 гг. достигали 1200—1500 м®/ч, в результате чего уровень воды подпитываемого надъюрского горизонта под гидроотвалом повысился на 10—15 м [5]. Из хвостохранилища обогатительной фабрики комбината КМАруда потери на инфильтрацию составляют 1000—1200 м^/ч. В Кузбассе многочисленные гидроотвалы, расположенные на бортах карьеров, являются постоянным источником дополнительного инфильтрацион-

68

кого питания подземных вод, повышения их уровня и причиной образования многочисленных оползней на бортах карьеров по обводненным контактам слоев [33]. Значительные потери воды из хвостохраннлища установлены на Коршуновском горнообогатительном комбинате [5].

На многих месторождениях в результате выполнения дренажных работ и снижения уровня подземных вод в пополнении

угля (восточный склон Урала), когда горные работы стали выполняться на отметках ниже уровня воды в р. Турья и уровней подземных вод в известняках, подстилающих угленосную толщу, началось интенсивное их подпитывание водами из реки. На Северо-Уральском месторождении бокситов питание карстовых вод в значительной степени осуществляется из рек Вагран, Калья, Шегультан и др., являющихся притоками р. Сосьвы. В связи с этим 70 % притока воды в горные выработки формируется за счет инфильтрационных вод. Как видно на рис. 1П-5, уровень подземных вод на рассматриваемом месторождении вблизи рек не понижается несмотря на значительное общее его снижение в результате выполнения дренажных работ, так как здесь речные воды интенсивно подпитывают подземные. То же самое установлено на Лебединском и Южно-Лебединском карьерах [5], где в результате выполнения дренажных работ уровни подземных вод вблизи р. Осколец оказались ниже ее русла и потери воды на фильтрацию из реки достигли 1000 м^ч. За пределами зоны влияния дренажных работ р, Осколец оставалась по-прежнему областью разгрузки надъюрского водоносного горизонта.

На нарушение естественного режима подземных вод и формирование новых его закономерностей на месторождениях полезных ископаемых оказывают влияние также и другие факторы. Так, например, при подработке территорий и толщ горных пород подземными горными выработками, особенно при проведении их с естественным или принудительным обрушением кровли, возникает сдвижение горных пород, нарушение их сплошности крутонаклонными или вертикальными трещинами, а на поверхности земли образуются мульды сдвижения, оседание и другие деформации. Все это, естественно, облегчает инфильтрацию дождевых, талых и поверхностных вод и создает условия для перетекания воды из одних водоносных горизонтов, зон и комплексов в другие и для увеличения суммарного притока воды в горные выработки.

Такие же явления перетекания и увеличения суммарных притоков воды возникают при пересечении вертикальными горными выработками горизонтальных и наклонных структур напластования и при проходке горизонтальных подземных выработок вкрест их простирания. Выше уже отмечалось, что резкое увеличение притоков воды в горные выработки и прорывы

6 9

в них воды возникают при вскрытии разнообразных тектонических нарушений. Наконец, существенное значение имеет развитие горных работ по площади и на глубину, увеличение объема горных выработок, обнаженных поверхностей горных пород. Например, на Рудном Алтае (Лениногорское рудное поле)

рами в час. При разработке нижних горизонтов, при увеличении объемов горных выработок и трещиноватости горных пород вследствие их обрушения притоки воды стали возрастать и достигли сотен кубических метров в час. Таких примеров имеется много. Все они отражают общую закономерность влияния искусственных горнотехнических факторов на изменение динамики, режима подземных вод на разрабатываемых месторождениях твердых полезных ископаемых.

Таким образом, на режим, динамику подземных вод, обводненность месторождений влияет взаимодействие естественных и искусственных факторов. Последние во многих случаях влияют на условия питания подземных вод, на пополнение их статических запасов и динамических ресурсов, на резкое увеличение суммарных притоков воды в горные выработки. С другой стороны, искусственные факторы, особенно длительное и значительное осушение месторождений, обусловливают истощение запасов подземных вод верхних горизонтов на больших площадях зоны влияния горных работ.

]11-5. Особенности химического состава подземных вод месторождений твердых полезных ископаемых

При изучении и оценке инженерно-геологических условий месторождений полезных ископаемых должное внимание необходимо уделять исследованиям минерализации и химического состава подземных вод. Данные таких исследований позволяют:

1) более надежно и обоснованно производить стратификацию водоносных горизонтов, зон и комплексов в геологическом разрезе месторождения;

2)устанавливать взаимосвязь между ними (горизонтами, зонами и комплексами) и оценивать качество разделяющих их водоупоров;

3)оценивать влияние поверхностных вод на режим подземных и судить об их взаимосвязи;

4)выявлять области питания и разгрузки подземных вод, участки или области перетекания (перелива) воды из одних водоносных горизонтов в другие, участки подпитывания подземных вод из каких-либо других водных объектов;

5)более надежно устанавливать границы зоны влияния горных выработок, отвалов и гидроотвалов в пределах окружающей геологической среды, границы загрязнения подземных и

70