логическое изучение этих вопросов, оценка условий вскрытия и разработки месторождений, устойчивости горных выработок, геологическое обоснование проектов горных сооружений составляют одну нз задач инженерно-геологического изучения месторождений.
Гидрогеологические условия месторождений. Подземные воды являются важнейшим элементом инженерно-геологиче- ских условий месторождений. На многих месторождениях их относительная роль по сравнению с другими элементами инже- нерно-геологических условий исключительно велика, что вызывает необходимость производить большие работы и соответственно тратить много средств и труда на осушение месторождений, на борьбу с вредным влиянием подземных вод. В связи с этим возникла необходимость в их изучении, разработке методов оценки и прогноза степени и условий обводнения месторождений, притоков подземных вод в горные выработки, разработке и конструировании технических средств защиты горных выработок и работ от их неблагоприятного и опасного влияния.
В результате этого гидрогеологические условия большинства месторождений были изучены более полно, чем их инже- нерно-геологические условия в целом. Так возник новый раздел в гидрогеологии, получивший название «Подземные воды месторождений полезных ископаемых» или «Гидрогеология месторождений полезных ископаемых», занимающийся по существу изучением одного из важных элементов инженерно-геоло- гических условий месторождений, имеющий теперь мощную теоретическую и методическую базу.
Материалы, характеризующие подземные воды месторождений полезных ископаемых, обширны и продолжают непрерывно пополняться. Имеется большое число капитальных работ, посвященных описанию подземных вод месторождений, закономерностям их формирования, динамике, режиму, химизму, методам нх изучения и др. Много публикаций посвящено различным методическим вопросам, особенно касающимся методов, способов и условий осушения угольных и рудных месторождений. Перечислить многочисленные работы, отражающие гидрогеологические условия месторождений полезных ископаемых,, здесь не представляется возможным.
Таким образом, уровень изученности гидрогеологических условий месторождений полезных ископаемых в целом достаточно высок, однако в большинстве случаев эти исследования направлены на решение задач осушения месторождений. Такие важные вопросы, как влияние подземных вод на изменение свойств горных пород, слагающих месторождения, на развитие разнообразных геологических явлений и соответственно на устойчивость горных выработок и других сооружений нельзя считать достаточно изученными. Надо заметить, что специалисты в области инженерной геологии часто поступают неправильно, когда не изучают подземные воды на месторождениях,
10
12
считая, что это не входит в круг их обязанностей, т. е. поступают так, как это исторически сложилось на практике в прошлом. Теперь для геологического обоснования проектов строительства шахт и карьеров и производства горных работ требуется иной подход.
Физико-механические свойства горных пород. Способ вскрытия и система разработки, конструкция горных выработок, их устойчивость, скорость проходки, устойчивость отвалов и многие другие важные вопросы, связанные с освоением месторождений полезных ископаемых, в значительной степени определяются свойствами слагающих их горных пород. Поэтому изучению и оценке свойств горных пород всегда уделялось большое внимание. Особенно много таких исследований было выполнено в последние 20—25 лет, когда горные работы стали развиваться на все больших и больших глубинах, в сложных инже- нерно-геологических условиях, когда особенно часто месторождения стали разрабатывать открытым способом. Изучением свойств горных пород теперь занимаются все: маркшейдеры, горные инженеры технологи-разработчики, шахтостроители, механики, геологи, гидрогеологи и другие специалисты самых различных организаций, научных и производственных институтов и лабораторий.
В результате накопился огромный аналитический материал по угленосным бассейнам, рудным районам и отдельным месторождениям. Этот материал частично систематизирован, обработан и обобщен. Установлены определенные корреляционные связи между отдельными свойствами горных пород и закономерности изменения свойств в пространстве (с глубиной, по простиранию, в пределах геологических структур и т. д.). Установлено, что данные о физико-механических свойствах горных пород необходимы не только для проектирования горных сооружений — шахт и карьеров, но и для решения геологических задач. Выполнены разнообразные методические исследования с целью установления и унификации методов изучения свойств горных пород. В настоящее время выпушено много монографий, описаний, справочников, систематизирующих результаты исследований свойств горных пород на различных месторождениях Советского Союза.
Все это показывает, что изученность свойств горных пород месторождений полезных ископаемых довольно полная и в значительной степени удовлетворяет запросам проектирования и строительства шахт и карьеров. И тем не менее в области изучения физико-механических свойств горных пород необходимо сделать еще очень многое. Имеющиеся материалы их исследований очень неоднородны. Большинство специалистов негеолотического профиля рассматривает и исследует горные породы как «материал», слагающий борта и откосы карьеров, как среду подземных горных выработок, без учета их генетических и петрографических особенностей, положения в геологическом раз-
резе, без соблюдения правила геологической однородности, без одновременного изучения петрографического и минерального состава горных пород и их строения, т. е. не в должном инже- нерно-геологическом 'плане.
При исследованиях свойств горных пород применяются главным образом лабораторные методы и совершенно недостаточно полевые. Поэтому обширный аналитический материал часто бывает недостаточно полноценным, не позволяет объяснять причины изменений свойств горных пород, надежно и эффективно их оценивать и прогнозировать.
Необходимо изменить существующий подход к изучению свойств горных пород, шире практиковать коллективное решение задач при проектировании, строительстве и эксплуатации горных сооружений специалистами горного и инженерно-геоло- гического профиля.
Геологические процессы и явления. При строительстве шахт и карьеров обычно нарушаются естественное состояние и равновесие горных пород, происходят их разгрузка, а иногда и разуплотнение и разрушение, расслаивание, осыпание, обрушение, оползание, оплывание, набухание и выпирание и другие виды медленных, быстрых или даже мгновенных их перемещений, сдвижений и давлений на крепь. Все эти и многие другие геологические явления нарушают устойчивость горных выработок, создают трудности и опасности для производства горных работ. Эти геологические явления требуют применения специальных способов проходки горных выработок, различных видов их крепления и других инженерных мероприятий, обеспечивающих безопасную разработку полезных ископаемых.
Встречающиеся на месторождениях геологические явления в настоящее время выявлены и с той или иной степенью детальности изучены; разработаны методы их оценки и прогноза угрожаемостн, методы предупреждения и борьбы с ними. В этом плане имеются большие достижения, обширная научная и методическая литература, обобщающая огромный советский и зарубежный опыт и результаты инженерных, научных и методических разработок.
Однако несмотря на то, что все геологические явления имеют геологическую природу при определенном влиянии на их развитие горнотехнических факторов, их изучением занимаются, как правило, не геологи, а горные инженеры. Они постоянно, повседневно, преодолевая трудности, создаваемые геологическими явлениями на шахтах и карьерах, вынуждены вести наблюдения за ними, изучать их, разрабатывать приемы и методы борьбы с ними. Со временем практические запросы горного производства потребовали постановки и специального геологического, инженерно-геологического изучения геологических явлений. За последние 20—25 лет такие исследования получили развитие в Донбассе, Кузбассе, Криворожском и Подмосковном бассейнах, на КМА и многих других месторождениях по-
1 2
лезных ископаемых. Их результаты пока в общем скромные, но данные этих исследований непрерывно пополняются.
Более значительные достижения в исследовании геологических процессов и явлений имеются на разнообразных и многочисленных карьерах. Именно на карьерах получены важные и интересные результаты исследований оползней, осыпей, обвалов, процессов выветривания горных пород, фильтрационных деформаций и др., составившие значительный вклад в развитие инженерной геологии как специальной широкой области геологических знаний. Результаты инженерно-геологического изучения геологических явлений на месторождениях, разрабатываемых подземным способом, в целом пока довольно ограниченны, хотя и здесь имеются определенные достижения в изучении некоторых явлений, например в различных районах и шахтах Донбасса, Подмосковного бассейна, Прибалтийского сланцевого бассейна и некоторых других. В общем же инже-
нерно-геологическое |
изучение геологических процессов и |
яв- |
|||
лений |
на |
месторождениях |
полезных ископаемых находится |
||
пока |
еще |
не на том |
уровне, |
какой требуется. Это — одна |
из |
главных задач инженерной геологии месторождений полезных ископаемых.
Охрана геологической среды от отрицательного воздействия горнодобыван>1Цнх предприятий. Проблеме охраны окружающей среды в настоящее время уделяется огромное внимание как в Советском Союзе, так и за рубежом; число публикаций, по-
священных этой |
проблеме, непрерывно увеличивается. |
В Советском |
Союзе различные отраслевые министерства, |
ведомства, предприятия и научные организации пытаются решать такие задачи самостоятельно. Действующие в настоящее время правительственные постановления и нормативные документы требуют решения вопросов охраны природы на всех стадиях проектирования, строительства и эксплуатации сооружений и предприятий. Исследования по охране окружающей природной среды выполняются, и уже достигнуты определенные результаты. Значительное место в них занимают работы по проблеме охраны геологической среды вообще и от отрицательного воздействия горнодобывающих предприятий в частности. Перечислить эти работы и выполняющие их организации не представляется возможным, в них принимают участие почти все ведущие организации горного профиля.
Оценивая современное состояние исследований по этой проблеме, необходимо отметить, что для успешного ее решения выполняют работы организационного, теоретического и методологического порядка. При этом важно четко оговорить, что исследования по этой проблеме должны касаться только геологической среды, только оценки и прогноза отрицательного воздействия на нее горнодобывающих предприятий и различных способов разработки месторождений. Эта оговорка необходима потому, что горнодобывающие предприятия оказывают отрица-
13
тельное влияние и на другие элементы природы — атмосферу, гидросферу и биосферу, но это уже находится за пределами задач инженерной геологии и ее компетенции.
Общее развитие инженерной геологии месторождений полезных ископаемых. Горные выработки и окружающие их горные породы (геологическая среда) представляют собой единую бинарную систему, нормальное функционирование которой проявляется в сохранении устойчивости горных выработок, в безопасности ведения горных работ при своевременном выполнении инженерных мероприятий по управлению геологическими процессами и явлениями в нужном направлении. Надо считать, что система функционирует рационально и эффективно, если устойчивость горных пород в бортах и откосах карьеров и в подземных выработках сохраняется при предельном состоянии — равновесии или некотором необходимом коэффициенте запаса, обоснованном достоверными материалами о геологических условиях и надежным прогнозом возможного развития геологических процессов.
Изучение и оценка геологических условий функционирования такой системы, получение необходимых исходных данных для проектирования, строительства и эксплуатации шахт и карьеров—вот главная задача инженерной геологии месторождений полезных ископаемых. Для ее решения необходимо, с одной стороны, выявлять и изучать все элементы инженерногеологических условий (см. гл. II), а с другой —учитывать горнотехнические условия, т. е. способ и систему разработки, размеры горных выработок, скорость и способы их проходки и другие характеризующие их параметры.
Следовательно, когда ставится задача изучить и количественно оценить инженерно-геологические условия строительства и эксплуатации шахт и карьеров, в это понятие должно вкладываться большое содержание. Нельзя считать задачу выполненной, если приводится только общее геологическое описание месторождения, когда оцениваются только сложность геологического строения, а геологическое описание сопровождается только характеристикой физико-механических свойств горных пород, когда не изучается и не оценивается влияние подземных вод, не изучается, не оценивается количественно и не прогнозируется функционирование горных сооружений, карьеров, капитальных, подготовительных и очистных горных выработок и отвалов в конкретных геологических условиях. Надо отметить, что так инженерно-геологические задачи ставятся
впервые, хотя |
практически |
они уже решались, |
например, |
при обосновании |
проектов и |
строительстве бортов |
и откосов |
карьеров. |
|
|
|
Все сказанное позволяет сделать вывод, что общий уровень изучения и решения главных инженерно-геологических задач при освоении месторождений полезных ископаемых пока еще
недостаточно высок. По существу, эти задачи только начинают
и