Подземные воды

Подземные воды оказывают влияние на условия формирования I и изменения свойств горных пород, на естественное напряжен­ное состояние и на его изменение вокруг горных сооружений, на возникновение и развитие естественных и вызванных горными ра­ботами геологических процессов, а также определяют степень обводненности месторождений. Изучение подземных вод и их влияния на условия освоения месторождений дает возможность прог­нозировать водопритоки к горным выработкам и проектировать мероприятия по дренированию и охране вод. Необходимо, отме­тить, что во время освоения месторождений происходят значи­тельные, не всегда оправданные изменения режима подземных вод. Поэтому детальное изучение подземных вод должно соот­ветствовать современным запросам рационального использования и охраны водных ресурсов.

Исследуя распространение подземных вод, их залегание, дре­нирование, питание и движение, нельзя обойтись без изучения поверхностных и атмосферных вод, так как между всеми водами существуют определенные закономерные связи. Поэтому следует оценивать общее влияние природных вод на инженерно-геологи­ческие условия месторождения. Круг вопросов, подлежащих изу­чению при исследовании подземных вод, весьма широкий; реше­ние этих вопросов требует применения специальными методов и аппаратуры, которые разрабатываются в гидрогеологии.

Газоносность месторождений имеет большое значение для ведении горных работ. Газы обычно заполняют породы и трещины, находятся в сорбированом состоянии, а также присутствуют в подземных водах.

Д ля оценки влияния вод на условия ведения горных работ, на устойчивость сооружений, а также для разработки мероприятий по ограничению этого влияния большое значение имеет имеют характер и степень обводненности месторождений. О степени (м³/ч) и коэффициенту водообильнности, представляющему собой отношение количества откачиваемой из горной выработки за определенный период времени (год).

Условия обводнения зависят от целого ряда природных фак­торов, но на них сказываются и некоторые техногенные особен­ности разведки, вскрытия и эксплуатации месторождения: тампо­нирование скважин, затопленные старые шахты, система веде­ния работ н др. Основными природными факторами обводнения месторождений твердых полезных ископаемых следует считать: атмосферные осадки, орогидрографию местности, водопроницае­мость вмещающих и покрывающих пород, их тектоническую нарушенность, глубину залегания полезного ископаемого.

Водопроницаемость перекрывающих пород и рельеф местно­сти оказывают существенное влияние на изменение интенсивно­сти инфильтрации в периоды сильных дождей и весеннего снего­таяния. Так, под балками, оврагами и другими понижениями рельефа с маломощными покровами глинистых отложений при­ток воды в эти периоды увеличивается на 20—40 %, а ино1да в 2— 3 раза по сравнению со среднегодовым. Под относительно ров­ной земной поверхностью и при наличии более мощных толщ гли­нистых пород рост водопритока весной составляет всего 10— 15% от среднегодового.

Рельеф земной поверхности определяет на многих месторожде­ниях характер и интенсивность разгрузки водоносных горизонтов, что в конечном итоге сказывается на степени обводненности. Так, для некоторых подземных выработок на водораздельных участках, где подземные воды дренируются местной гидрографической сетью водопритоки в 10 раз меньше, чем для участков с более низкими притоками. Особенно резко увеличивается водоприток в горные выработки при прохождении их в непосредственной близости с по­верхностными водоемами. Это увеличение связано с более высокой водообильностью месторождения, формирующейся за счет пита­ния водоносных горизонтов поверхностными водами. Естественно, ] что интенсивность питания зависит от литологического состава ал­лювиальных отложений и от обнаженности коренных пород.

Необходимо отметить, что резкое усиление водопритоков мо­жет произойти при подработке водного объекта, так как при этом может образоваться непосредственная гидравлическая связь между водоемом и подземной выработкой. Поэтому горные работы в не­посредственной близости от рек и других поверхностных водоемов (а также под мощными грунтовыми водоносными горизонтами) ведутся в соответствии со специальными правилами, указаниями и техническими условиями.

Глубина залегания полезного ископаемого (горных выработок) оказывает определенное влияние на характерно и величину обвод­ненности горных выработок. Во многом это связано с уменьшением пустотности (трещиноватости и пористости) горных пород с глу­биной, что приводит к падению их водопроницаемости. Многие угольные и рудные шахты на глубине первых сотен метров оказы­ваются безводными или водопритоки в них становятся незначи­тельнымиОб этом же говорят и наблюдения за прорывами в вы­работанное пространство. Для Донбасса, например, результаты наблюдений показывают, что на верхних горизонтах шахт прорывы воды достигают 150—200 м³/ч, а на нижних не превышают 30— 40 м³/ч.

Глубина горных выработок сказывается и на характере изме­нения водопритоков под влиянием весенних паводков и атмосфер­ных осадков. А. И. Кравцов отмечает, что при глубине выработок 80—200 м увеличение водопритока наблюдается через несколько суток после сильных дождей, а в Подмосковном угольном бас­сейне — через несколько часов. При глубине выработок 250—300 ч увеличение притока наступает через 2 мес; для одной из старыми и новыми), с одной стороны, и подземными и поверхностными водами-с другой. Иногда тектонические нару­шения обусловливают подпруживание водоносных горизонтов в ре­зультате чего в этих горизонтах меняются напор, мощность ско­рость движения вод и т. д.

Влияние тектонических нарушений на условия обводненности горных вы­работок отмечалось на угольных шахтах Донбасса, Средней Азии на рудных месторождениях Южного Урала, на сланцевых шахтах Эстонии, в других уголь­ных и рудных районах. В некоторых случаях при пересечении горными вы­работками тектонических нарушений водопритоки увеличивались здесь в сотни раз.. Так, в 1952 г. на одной из шахт Донбасса при пересечении сбросовой трещины приток воды достиг 1100 м³/ч.

Надо отметить, что гидравлическая связь между отдельными во­доносными горизонтами, между поверхностными и подземными во­дами и горными выработками очень часто осуществляется из-за искусственных пустот, остающихся при некачественном тампони­ровании разведочных, опытных и водопонижающих скважин. При­меры подработки таких скважин имеются на многих месторожде­ниях.

Особо следует отметить влияние на обводненность действующих горных выработок тех вод, которые скопились в старых шах­тах и карьерах (в затопленных старых выработках). Водопритоки этих случаях, как правило, носят катастрофический характер и сопровождаются выносом большого количества рыхлых пород.

Иногда соседние старые выработки являются единственным источ­ником обводнения новых подземных выработок, что приводит к интенсификации процесса пучения глинистых пород почвы этих выработок. 3.3.3. Геологические явления

Естественные геологические процессы и явления очень разно­образны имеют большое распространение и оказывают значитель­ное влияние на инженерно-геологические условия территорий. Геологические процессы характеризуют геодинамическую обстановку месторождений В них, как в фокусе, сходятся различные особен­ности природной обстановки: рельефа местности, геологического строения гидрогеологических условий, прочности и деформируемо­сти горных пород и т. д. Интерес представляют как глубинные, или эндогенные, геологические процессы (тектонические, сейсмические., так и поверхностные, или экзогенные (эрозия, абразия, карст, вы­ветривание, оползни, сели, плывуны, суффозия, мерзлотные, забо­лачивание). Особое значение имеют современные процессы и явления, которые оказывают непосредственное влияние на устойчи­вость сооружений.

Рассматривая условия взаимодействия сооружения с горными породами, можно выделить следующие случаи.

1. Область взаимодействия соизмерима с объемом однородной породы или меньше его. В этом случае можно вести изучение свойств пород на опытных образцах в лабораторных и полевых условиях и полученные показатели (после соответствующей об­работки, применять в качестве нормативных и расчетных.

2. Область взаимодействия гораздо больше, чем объем одно­родного монолитного блока пород, и ее можно рассматривать как квазиоднородную. Такая среда работает, как сыпучее тело с ко­эффициентом трения, близким к характерному для отдельных об­разцов, поэтому коэффициент трения можно определить в лабо­раторных условиях, а водопроницаемость — полевыми опытами. Установлено, что с увеличением данной области ее прочность и деформируемость стремятся к постоянным значениям, однако у исследователей пока нет единого мнения о величине масштаб­ного фактора.

3. Область взаимодействия больше объема однородного струк­турного блока, но среду нельзя считать квазиоднородной; сте­пень ее неоднородности зависит от соотношения размеров этой области и однородного блока. Установление масштабного эф­фекта требует специальных лабораторных, полевых и модельных исследований, наблюдений и обратных расчетов с целью опреде­ления переходного коэффициента от показателей, характеризую­щих отдельные образцы, к показателям свойств всей области с учетом ее особенностей (трещиноватости, слоистости и т. д.).

4. Устойчивость сооружения определяется наличием ослаблен­ных зон больших размеров, представленных трещинами, контак­тами между слоями, сланцеватостью, слабыми прослойками и т. д. Иногда эти зоны сами по себе могут быть неоднородными, и тогда рассматривается внутренняя ноднородность. Здесь ме­ханические свойства изучаются в полевых условиях.