Материал: Engineering Geology of MD

поверхностных вод и территорий отходами горного производства;

6) оценивать агрессивность и коррозионную активность подземных вод по отношению к бетонным, железобетонным и металлическим конструкциям горных сооружений и технических средств (насосы, фильтры и др.), используемых при выполнении горных работ.

По степени минерализации подземные воды месторождений твердых полезных ископаемых могут быть пресными, солоноватыми или солеными, что определяется физико-географическими условиями их распространения, геологическим строением месторождений, глубиной залегания водоносных горизонтов, зон и комплексов и соответственно режимом подземных вод. Тип химического состава подземных вод и главнейшие свойства определяются соотношением в их составе основных анионов и катионов, т. е. СН, S O ^ , Н С О - , С 0 | - , Na+ Са2+, Mg2+. Пресные воды обычно гидрокарбонатного класса, солоноватые и соленые— сульфатного и хлоридного классов.

На формирование химического состава подземных вод месторождений твердых полезных ископаемых кроме географических, геологических и других факторов, оказывающих влияние повсеместно, существенно влияют минеральный состав горных пород месторождения и те геохимические условия (окислительные, восстановительные), которые сложились в пределах площади его распространения и на различных глубинах. Все эти обстоятельства и определяют в основном особенности химического состава подземных вод месторождений.

Данные многочисленных наблюдений показывают следующую общую закономерность изменения химического состава подземных вод на месторождениях твердых полезных ископае-

воды обычно имеют повышенную минерализацию, формируются

и развитие геохимических процессов. На больших глубинах, превышающих 600—1000 м, обычно встречаются сильно солоноватые и соленые воды, отражающие застойный, замедленный режим водообмена н длительное развитие соответствующих геохимических процессов.

Более полное описание влияния минерального состава месторождений на химический состав подземных вод дано Г. Н. Каменским, П. П. Климентовым и А. М. Овчинниковым [1953, 1966 гг.]. Они выделяют следующие месторождения:

1) не заключающие в себе каких-либо характерных элементов, легко переходящих в раствор; подземные воды имеют

71

обычный состав, соответствующий данной гидрохимической зоне и составу вмещающих пород;

2) заключающие в себе легкорастворимые соли, растворение которых приводит к образованию высокоминерализованных вод определенного солевого состава; к ним относятся воды соляных месторождений;

3) содержащие минералы, которые в зоне выветривания при окислении образуют легкорастворимые соли, придающие водам специфические свойства; это кислые воды зоны окисления многих рудных сульфидных месторождений, угольных месторождений и др., содержащие сульфаты тяжелых металлов;

4) подземные воды которых формируются в восстановительной обстановке глубоких закрытых горизонтов осадочных пород. В такой обстановке подземные воды имеют повышенную или высокую минерализацию, специфический состав в результате процессов метаморфизации в условиях восстановления. Такие воды характерны для глубоких горизонтов многих угольных месторождений и особенно для месторождений нефти и газа.

При характеристике месторождений следует уделять внимание особенностям химического состава подземных вод, его специфичности. Так, на рудных месторождениях нередко широко распространены различные сульфиды (пирит, халькопирит, сфалерит и др.), которые в зоне выветривания под влиянием кислорода воздуха и кислородсодержащих инфильтрацпонных вод окисляются и обусловливают формирование кислых (низкие значения рН) вод с высоким содержанием свободной серной кислоты и сульфатов тяжелых металлов. Такие воды обладают большой коррозионной активностью по отношению к металлическим конструкциям, а также фильтрам, насосам и другим техническим средствам, изготовленным из железа, которые под их влиянием быстро разрушаются и выходят из строя. Эти воды разрушающе действуют также на бетонные и железобетонные крепи подземных выработок и другие конструкции.

На угольных месторождениях в верхних горизонтах угленосных отложений в результате процессов окисления сульфидов и других минералов образуется окислительная зона, в которой формируются также кислые воды. Наряду с гидрокарбонатно-

в угленосных толщах окислительная обстановка сменяется восстановительной и намечаются горизонты и зоны метановых вод гидрокарбонатно-натриевых и гидрокарбонатно-хлоридно-нат- риевых повышенной минерализации.

Таковы некоторые особенности химического состава подземных вод месторождений твердых полезных ископаемых. К этому следует добавить, что месторождения и прилегающие к ним

п

территории обычно являются областями интенсивного развития жизни и производственной деятельности человека. Поэтому на фоне естественных процессов, формирующих здесь химический состав подземных и поверхностных вод, со временем по мере развития горных работ начинает проявляться действие на них искусственных факторов, нередко в форме механического, химического, радиоактивного и биологического загрязнения. Источники загрязнения возникают на месте в результате сброса шахтных, рудничных и производственных вод горно-обогати- тельных комбинатов и других производств, а также разнообразных хозяйственных вод. Площади распространения загряз-

этому контроль за чистотой подземных и поверхностных вод на месторождениях я разработка мер их защиты от загрязнения — важнейшие задачи комплексного изучения месторождений.

II1-6. Защита месторождений полезных ископаемых, шахтных и карьерных полей от обводнения

На основании изучения обводненности месторождений полезных ископаемых должны быть даны: 1) оценка и прогноз степени ее угрозы производству горных работ, устойчивости горных выработок и влияния на снижение качества полезного ископаемого и 2) обоснование рекомендуемых мер защиты от ее вредного влияния.

Как показывает многолетняя практика, эффективно решать эти задачи можно только на основе надежных и достоверных данных о стратификации водоносных горизонтов, зон и комплексов в геологическом разрезе месторождения; об их распространении, условиях залегания, взаимосвязи, условиях питания

и других параметрах. Кроме того, необходимы полные сведения

орежиме рек и других водоемов, расположенных в пределах месторождения, и данные о климатических условиях района.

При определении эффективных мер защиты необходимо иметь обоснованные данные, определяющие роль каждого водо-

горных выработок, так же как и данные о роли гидрологических и климатических факторов во всех этих явлениях.

строительства горнодобывающего предприятия, они должны быть полно увязаны со всеми видами и сроками работ по подготовке месторождения к освоению, его вскрытию и разработке, образованию отвалов и гидроотвалов. Из этого положения сле-

73

дует, что если проект строительства предприятия основывается на данных инженерно-геологических изысканий, то выводы и заключение по ним необходимо составлять с учетом проектируемой технологии горных работ. Только при полной увязке проектируемых сооружений с геологической средой можно обеспечить выбор эффективных и экономически наиболее выгодных решений.

Из описания гидрогеологических условий месторождений твердых полезных ископаемых видно, что в их обводнении участвуют воды подземные, поверхностные рек, речек и других водоемов и атмосферные дождевые и талые. Поэтому на место-

средственную откачку воды из шахт и карьеров или отвод самотечно стекающей воды, т. е. организуют водоотлив.

Защиту от поверхностных вод осуществляют путем: 1) отвода рек, речек и других водоемов с площади месторождения отводными каналами и другими водоотводящими сооружениями; 2) устройства лотков, трубоотводов, водонепроницаемых каналов и других сооружений на площади месторождения для пропуска транзитом по ним рек и речек и отвода воды, откачиваемой из шахт и карьеров; 3) устройства дамб, обваловывания территорий месторождений для защиты их от затопления в периоды паводков и половодий на реках.

Защиту территорий месторождений от атмосферных вод обычно осуществляют регуляцией поверхностного стока как непосредственно на площади месторождения, так и на прилегающей к нему площади водосборного бассейна путем: 1) устройства нагорных и водоотводных канав; 2) планировки поверхности рельефа и 3) выполнения лесомелиоративных мероприятий.

В комплексе перечисленных мероприятий по защите месторождений от обводнения некоторые являются традиционными (осушение, водопоннжение, водоотлив, отвод рек и речек и др.), другие, хотя и являются известными и проверенными, используются не в полной мере, как этого заслуживают (например, регуляция поверхностного стока), третьи в известной мере являются новыми (устройство завес, горизонтальные и наклонные скважины, многозабойные скважины и др.).

Для защиты месторождений от обводнения подземными водами в первую очередь, как правило, повсеместно производят их осушение (дренаж), т. е. проводят комплекс мероприятий по понижению уровня и напоров (водопонижение и частичное осушение), по захвату и отводу подземных вод (собственно осу-

74

шение). Осушение месторождений обычно выполняют с помощью разнообразных осушительных устройств — дренажных сооружений, располагаемых по площади и на глубину определенным образом в зависимости от геологического строения месторождения, условий залегания, водопроницаемости и водообильности водоносных горизонтов, зон и комплексов, — и соответствующей организации горных работ. Поэтому способ осушения, т. е. применяемый тип, вид осушительных (дренажных) устройств и схема осушения, сочетание способов осушения во времени и пространственное расположение этих устройств на поверхности земли {подземное или комбинированное) определяются на основании сравнения вариантов. Выбор варианта обосновывается предполагаемой эффективностью работы осушительных устройств и стоимостью их строительства, т. е. экономическими показателями. Целесообразно предусматривать уточнение схемы осушения в процессе выполнения строительных и эксплуатационных работ на основании гидрогеологических наблюдений за результатами осушения на отдельных участках, за изменением на них режима подземных вод и эффективности работы отдельных дренажных устройств.

Перечень осушительных устройств, применяемых на месторождениях твердых полезных ископаемых, приведен в ряде специальных работ. Каждое из них имеет свои пределы применимости. В зависимости от того, каким способом проектируется разработка месторождения (открытым или подземным), осушению подлежат горные породы вскрыши и вмещающие полезное ископаемое. Очень большое значение имеет сложность гидрогеологического разреза, в котором осушению могут подлежать отдельные водоносные горизонты и зоны или водоносные многослойные комплексы, для чего необходимо знать их водообильность, водопроницаемость и водоотдачу. Наконец, решающее значение имеют также возможность своевременного введения в

действие дренажных устройств и их стоимость. Несвоевременное введение в действие дренажных устройств (например, дренажных штреков) может задержать и затруднить развитие горных работ, а высокая их стоимость повлияет на стоимость строительства горных предприятий и себестоимость полезного ископаемого. Следовательно, полнота осушения и экономические показатели — критерии для обоснования системы и способа защиты месторождений от воздействия подземных <вод.

гими специалистами [1, 8], показывает, что для решения многих из них требуется выполнение специальных исследований. Мнотие способы осушения уже достаточно апробированы на практике и заслуживают более широкого использования. Так, например, этот анализ показал, что пока в ряде случаев мы не располагаем количественными показателями для определения предела осушения месторождения в целом или отдельных его

75