СПБГУАП группа 4736

Защита карьера от поверхностных вод заключается в ограждении карьера от попадания в него атмосферных вод и вод (поверхностного стока, а также в осушении заболоченных участков и небольших озер.

Отвод атмосферных вод, ручьев и рек осуществляется водоотводными каналами и нагорными канавами. Сечение Каналов и нагорных канав рассчитывается по максимальному притоку и допустимой скорости течения воды в них.

Осушение заболоченных участков, озер заключается в проведении на пониженных участках системы канав, позволяющей отвести воды с этих участков за пределы карьерного поля.

Подземный способ осушения месторождений

Подземный способ осушения является наиболее эффективным для месторождений со сложными гидрогеологическими условиями.

Подземное осушение осуществляется посредством заложения дренажных шахт и системы выработок, пройденных по пласту полезного ископаемого.

Дренажные шахты закладывают на рабочем борту карьера с расчетом длительного срока их службы. Стволы шахт располагают в местах с относительно более низкими отметками почвы пласта, с таким расчетом, чтобы горизонтальные и наклонные выработки имели уклон в сторону околоствольного двора.

При пологом и горизонтальном залегании пласта дренажные выработки проводят на высоте 1—2 м от почвы пласта. Горизонтальные и наклонные выработки проводят по пониженным участкам почвы пласта или водоносных горизонтов обычно через 100— 200 м друг от друга.

Количество дренажных шахт, расположение и протяженность штреков зависят от конфигурации карьерного поля, условий зале гания водоносных горизонтов, направления движения подземных вод, водопроницаемости пласта полезного ископаемого и

водовмещающих пород, требуемой величины понижения уровня и времени, отведенного на осушение.

Дренажными устройствами обычно служат сквозные и забивные фильтры, вакуум-фильтры и водопонижающие колодцы.

Забивные фильтры ( 3) обычно устанавливают из штрека или штольни в кровлю выработки, они предназначаются для осушення водоносного пласта, залегающего на небольшом расстоянии от кровли полезного ископаемого (5—8 м). Забивной фильтр представляет собой железную трубу диаметром 38—50 мм, реже 63 мм, вставляемую в заранее пробуренную из штрека скважину до .водоносного горизонта с углублением в последний на 1 —1,5 .ад- Фильтр состоит из отрезков газовых тонкостенных труб длиной по 1,2—1,5 м, .соединяемых муфтами или ниппелями. Общая длина забивного фильтра 4—7 м. В среднем расстояние между фильтрами равно 10—30 м. Для сйятия опасных напоров создают узлы забивных фильтров.

Дебит забивных фильтров может достигать 5—7 м3/ч и более. Средний срок действия забивного фильтра 3—4 месяца.

Вакуум-фильтры. Для повышения производительности забивных фильтров применяются также вакуум-фильтры, позволяющие искусственным .путем создавать разрежение (вакуум) в самом фильтре. Величину вакуума в фильтре можно практически довести до 0,6—0,8 ат.

Вакуум-фильтр представляет собой обычный забивной фильтр, оборудованный проходным краном и манометром для поддержания и замера заданного давления.

Дебит вакуум-фильтров по сравнению с дебитом обычных забивных фильтров увеличивается в 2—3 раза.

Сквозные фильтры устанавливают ло штрекам на расстоянии 50—100, реже 200 м один от другого. Дебит сквозных фильтров колеблется от 0,6 до 180 мв/ч.

Водопонижающие колодцы и забивные фильтры в почву пласта. Напор подземных вод, залегающих ниже почвы лласта, снижается с помощью забивных фильтров и понижающих колодцев. В редких случаях могут применяться дренажные канавы.

Расстояние между фильтрами принимается от 15 до 40 м.

Водопонижающие колодцы ( 5) устраиваются в почве штрека или штольни в виде срубовых колодцев и предназначаются для вскрытия подпочвенного водоносного горизонта. Они закладываются в среднем через 100—150 м в понижениях почвы пласта. Колодец имеет сечение (1,5—2,0) X (1,0—1,3) м и глубину до 4—5 м. Обычно колодцы крепят деревом.

Дренажные канавы проходят в штреках и штольнях как для дренажа подпочвенного напорного водоносного горизонта, так и для отвода собирающейся в выработках воды к шерекачным зумпфам или к центральному водосборнику.

Дренажная канава прокладывается с уклоном не менее 0,001- 0,002, имеет ширину 0,5 м и глубину 0,5—1,0 м; канаву крепят деревянными рамами, установленными на расстоянии 0,5—1,0 м одна от другой, и затягивают горбылем. Сверху канаву закрывают досками и засыпают слоем фильтрующего материала толщиной 30 см.

Бурение скважин для установки фильтров осуществляется буровыми станками. В настоящее время для бурения скважинфильтров создан станок БНП-15, месячная производительность которого составляет 550 м.

Механизация проходки дренажных штреков может осуществляться проходческим комбайном ДГИ-У ( 6), обеспечивающим скорость проведения дренажных штреков до 10 л в смену.

СПБГУАП группа 4736

Поверхностный способ осушения месторождения

Горизонтальный дренаж неглубокого заложения служит для осушения покровных отложений. Такой дренаж осуществляется путем заложения водосборных канав (дрен) или 18 закрытых дрен. Устройство горизонтального дренажа целесообразно при хорошей водопроницаемости покровной толщи и возможности отвода вод за пределы карьера самотеком.

По расположению дрен в плане различают кольцевой, контурный и систематический (параллельный) дренаж.

При кольцевом дренаже дрены расположены по периметру карьера, а при контурном—вдоль одной или двух смежных сторон.

Систематический дренаж представляет собой сеть канав, расположенных примерно параллельно одна другой. В отличие от первых двух типов дрен, являющихся постоянно действующими сооружениями на период работы карьера, сеть канав систематического дренажа перемещается по мере отработки карьерного поля.

Глубокое водопонижение (вертикальный дренаж) производится для осушения высокой водопроницаемости пород, залегающих на глубине от 15—20 до 100 м. При таком способе осушения проводимые с поверхности водопонижающие скважины оборудуют в водоносных горизонтах фильтрами.

Для откачки воды из водопонижающих скважин на поверхность в зависимости от их дебита, диаметра и высоты подъема воды применяются:

глубинные винтовые или турбинные артезианские насосы (ВАН или АТН) непогружного типа или же погружные насосы (ПМНЛ).

В настоящее время наиболее распространенными являются насосы типа АТН.

Горизонтальный дренаж иногда применяется для осушения водоносных горизонтов, расположенных выше кровли пласта полезного ископаемого. Этот вид дренажа осуществляется путем задавливания перфорированных труб с откоса уступа в рыхлые водоносные породы или в заранее пройденные скважины в плотных породах.

Длина горизонтальных дрен должна быть как можно большей (не менее 50—120 м). Расстояние между дренами обычно составляет 15—50 м.

Эффективность горизонтального дренажа может быть значительно повышена за счет применения вакуум-фильтров.

Осушение внутренних отвалов необходимо производить для предотвращения оползней, образующихся в результате переувлажнения пород.

Внутренние отвалы должны предохраняться от просачивания в них атмосферных осадков. Для этого необходимо укатывать поверхность отвала катками и обеспечивать быстрый спуск воды после дождя и снеготаяния по трубам или откачку воды насосом в общую водоотливную сеть карьера.

Осушение основания внутренних отвалов целесообразно производить с помощью дренажных канав глубиной 2,0—2,5 м, проводимых через 20—30 м одна от другой по почве пласта вдоль фрон- 1 та работ добычного уступа. Продольные канавы на участках наибольшего понижения почвы пласта надлежит соединять поперечными .канавами. Для того чтобы вся система канав продолжала работать и под отвалами, их необходимо засыпать фильтрующим материалом |(щебнем, гравием) или же укладывать® них пористые бетонные трубы.

Кроме дренажных канав целесообразно вдоль отвального уступа на расстоянии 150—200 м одна от другой оборудовать постоянно действующие водопонижающие скважины.

Комбинированный способ осушения

Внекоторых случаях при сложных инженерно-геологических условиях применяют комбинированный способ осушения как с помощью скважин, закладываемых с поверхности, так и системы дренажных штреков, проводимых по пласту полезного ископаемого.

Внастоящее время комбинированный способ осушения является наиболее распространенным.

10. Изменение режима подземных вод при осушении карьеров.

Воздействие горного производства на водный бассейн проявляется в изменении водного режима, загрязнении и засорении вод.

Изменение водного режима. При строительстве и эксплуатации карьеров и разрезов, рудников и угольных шахт, подземных транспортных и коммунальных туннелей и других сооружений существенные осложнения возникают из-за наличия подземных и поверхностных вод: происходят деформации горных выработок, снижается производительность оборудования, усложняется производство буровзрывных работ.

Поэтому отличительной особенностью горного производства является необходимость осушения месторождений полезных ископаемых. С этой целью с территорий намечаемых к разработке месторождений или их участков переносятся поверхностные водоемы и водотоки, и выполняются мероприятия по защите горных выработок от обводнения их подземными водами. Основным способом осушения зоны горных работ является водононижение путем проведения различных горных выработок, откачки или отвода самотеком, а затем сброса значительных объемов подземных вод в гидрографическую сеть за пределы разрабатываемого участка.

СПБГУАП группа 4736

Современный уровень развития техники и технологии водопонижения позволяет успешно решать эту проблему при освоении месторождений со сложными гидрогеологическими условиями.

В практике обычно используют три способа водопонижения - с поверхности, подземный и комбинированный. Первый способ предусматривает сооружение дренажных устройств (скважин, канав, иглофильтров) непосредственно на земной поверхности. При подземном способе средства водопонижения располагают в горных выработках. В последние годы при проходке подземных выработок в обводненных и неустойчивых породах плывунного типа с низким коэффициентом фильтрации используют забойное водопонижение, заключающееся в том, что в забое выработки в горную породу на различную глубину погружают иглофильтры. С помощью рукавов иглофильтры подключают к водосборному коллектору, в котором поддерживают достаточно глубокий вакуум, позволяющий всасывать через иглофильтры воду из обводненного грунта (рис.7.3).

Комбинированный способ является сочетанием способа водопонижения с поверхности и подземного и реализуется, как правило, в два этапа. Вначале с поверхности производится предварительное снижение уровня грунтовых вод, а затем вводится в эксплуатацию система подземного водопонижения.

Естественный режим подземных вод нарушается с момента вскрытия технологическими горными или дренажными выработками первого от поверхности водоносного горизонта и после откачки из него воды. При этом запасы подземных вод сокращаются, а состояние и качество поверхностных вод существенно ухудшается. На значительной площади месторождения образуется депрессионная воронка, размеры которой зависят как от геологических и гидрогеологических условий района месторождения, так и от продолжительности его разработки.

При водоотливе наиболее низкий уровень подземных вод в зоне горных работ приходится на забой проходимой выработки. С углублением выработки понижается и уровень подземных вод. В результате водопонижения уровень подземных вод снижается на площади, превышающей площадь разработки месторождения иногда в десятки и сотни раз.

На некоторых месторождениях в пределах воронки депрессии создается гидравлическая связь нескольких напорных водоносных горизонтов, что приводит к переливу вод из вышерасположенных горизонтов в нижние. Как правило, воронка депрессии при этом захватывает водоносные горизонты со свободной поверхностью (безнапорные горизонты) и грунтовые воды различного типа, которые имеют гидравлическую связь с поверхностными водами. Это способствует активизации инфильтрации, что приводит к подпитке подземных водоносных горизонтов поверхностными водами. Поэтому размеры депрессионной воронки зависят от наличия и расположения поверхностных водоемов и водотоков: чем ближе поверхностные воды к зоне разработки, тем меньше радиус депрессионной воронки.

Осушение месторождения приводит к резкому изменению естественного режима подземных и поверхностных вод. На поверхности земли нарушения состояния подземных и поверхностных вод проявляются в полном осушении заболоченных участков, уменьшении запасов вод в поверхностных водоемах и водотоках, осушении колодцев и неглубоких водозаборных скважин, иссякании источников, небольших ручьев и речек. При прекращении откачек в связи с завершением горных работ со временем депрессионные воронки исчезают и режим подземных вод восстанавливается. Восстанавливается также уровень вод в колодцах и водозаборных скважинах. В большинстве случаев возрождаются поверхностные водоемы и водотоки. Однако восстановление режима и состояния подземных и поверхностных вод зависит от масштабов нарушений. Если при подземном способе разработки восстановительные процессы протекают относительно быстро, то при открытой разработке месторождений эти процессы зависят от глубины и состояния карьеров, заполнения выработанного пространства вскрышными породами, направления рекультивации.

Мероприятия по охране природных вод особенно актуальны для открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых со сложными гидрогеологическими условиями, так как если при подземном способе разработки водопритоки с водоносных горизонтов, залегающих выше зоны добычных работ, могут быть локализованы, то при открытом способе вскрываются все водоносные горизонты, залегающие в разрабатываемой толще пород, и сами горные выработки обладают дренирующим эффектом. В связи с масштабами карьеров и интенсивностью водопонижения при открытых разработках размеры депрессионных воронок достигают больших значений, охватывая обширные прилегающие территории. Размер воронок депрессии или радиус влияния осушенных выработок зависит от коэффициента фильтрации, водоотдачи, площади и мощности осушаемого пласта, напоров, понижения уровня, площади питания, количества дренажных точек, их взаимного расположения, типа и расположения горных выработок, продолжительности и интенсивности водоотбора, динамического притока вод в горные выработки и некоторых прочих факторов. Наибольшие размеры воронок депрессии характерны для трещиноватых и закарстованных обводненных пород. В начальный период откачки или дренажа подземных вод, когда только формируется воронка депрессии в условиях неустановившегося их движения, срабатываются статические запасы подземных вод, т.е. вод, накопившихся в водоносных пластах горных пород в течение длительного периода времени (в отдельных случаях геологического). По мере понижения уровня подземных вод и срабатывания их запасов в водоносных горизонтах, из которых непосредственно производится откачка, постепенно вовлекаются и динамические ресурсы подземных вод, т.е. вод, поступающих из области питания, из боковых зон осушаемого пласта и из других водоносных горизонтов, имеющих с осушаемыми толщами гидравлическую связь. После стабилизации расхода и динамического уровня основная масса подземных вод поступает со стороны постоянных источников питания. При этом величина водопритоков полностью определяется местными природными условиями: орографическими, геологическими, гидрогеологическими, климатическими и пр. Соотношение объемов статических и динамических запасов зависит от их ресурсов в области питания. При осушении месторождений, особенно при открытых горных работах, прежде всего истощаются запасы высококачественных пресных вод, которые должны использоваться в основном для коммунального хозяйственно-питьевого водоснабжения. Попадая в систему дренажных канав, водосборников и коллекторов, пресные воды загрязняются и приобретают свойства "рудничной воды", а затем загрязняют поверхностные воды. При срабатывании динамических ресурсов подземных вод возникает опасность загрязнения пресных вод минерализованными, что может привести к снижению их качества или сделать вообще непригодными для питьевого использования.

Сброс сдренированных подземных вод, содержащих повышенное количество химических элементов или соединений, при недостаточной очистке приводит к загрязнению поверхностных вод в еще большей степени.

Значительный ущерб народному хозяйству наносится при истощении запасов вод, обладающих бальнеологическими свойствами.

СПБГУАП группа 4736

Срабатывание запасов подземных вод, приуроченных к горизонтам, представленным выщелачиваемыми или растворимыми породами, может привести к значительным изменениям инженерно-геологической обстановки. Процессы выщелачивания и последующего карстообразования активизируются как из-за изменения режима вод данного горизонта, так и в связи с уменьшением их минерализации за счет проникновения пресных вод из вышележащих горизонтов или области питания. Существенное влияние на режим и состояние поверхностных, грунтовых и подземных вод оказывают отвалы и гидротехнические сооружения горных предприятий (гидроотвалы, хвосто- и шламохранилища, водохранилища и пр.). Крупноплощадные отвалы обладают большой площадью водосбора. Воды атмосферных осадков, стекающие с поверхности отвалов или профильтровавшиеся через толщу пород, загрязняются и засоряются и, в свою очередь, загрязняют и засоряют поверхностные водоемы и водотоки. Инфильтрация вод в основании отвалов и гидротехнических сооружений приводит, как правило, к подъему уровня грунтовых вод и заболачиванию прилегающей территории по контуру этих сооружений, а также к подпитке подземных водоносных горизонтов, особенно верхних. По данным A.M. Михайлова, на горных предприятиях КМ А инфильтрация из хвостохранилищ препятствует снижению уровня верхнего водоносного горизонта на 50 м. Радиусы подпора при заполнении хвостохранилищ составят 6-8 км.

Загрязнение вод. Для горно-добывающих предприятий в отличие от горно-перерабатывающих характерно значительное превышение объемов сточных вод над объемами водопотребления для обеспечения технологических процессов и удовлетворения других потребностей предприятий. Дренажные воды, а также воды, стекающие с поверхности отвалов, не могут без соответствующей подготовки и очистки включаться в замкнутый цикл горного производства. Основной объем их должен отводиться. Недоброкачественные рудничные воды при отсутствии очистных сооружений, попадая в поверхностные водоемы и водотоки, загрязняют их. Это отрицательно воздействует на флору и фауну поверхностных вод, а также на флору и фауну лесных и сельскохозяйственных угодий окружающих территорий, санитарно-гигиенические условия местности. Особенно загрязняются дренажные воды угольных месторождений.Д. Де-вис (Великобритания) выделяет следующие основные загрязняющие вещества в водах, откачиваемых из угольных шахт: взвешенные частицы, главным образом, угольная и породная пыль, частицы глины, хлористые соединения, свободная серная кислота и сопутствующие соли - сульфаты железа, растворенные и взвешенные фенольные соединения, масла. К числу загрязняющих факторов Д. Девис относит также повышенную температуру шахтных вод и канализационные стоки.

Из-за наличия хлористых и сернистых соединений, а также кальция, магния, натрия и калия шахтные воды без предварительной очистки и нейтрализации не могут быть использованы даже в технических целях. Рудничные воды могут содержать соли других тяжелых металлов - меди, цинка, марганца, никеля, ртути, свинца, урана и др. Попадая в поверхностные или подземные воды, загрязняющие вещества включаются в природный круговорот. При благоприятных условиях они накапливаются в почвах, донных отложениях, затем переходят в растительность, организмы животных, а через них и воду - в человека.

Геохимические процессы, протекающие в водоемах и почвах в связи с разработкой месторождений полезных ископаемых, во многом сходны с природными, обусловленными ветровой и водной эрозией, выветриванием горных пород. Однако если природные процессы протекают медленно, существенно не нарушая равновесия между геосистемами и не ухудшая сложившиеся экологические условия, то в результате антропогенной деятельности в связи с резким увеличением загрязняющих веществ это равновесие нарушается и экологическая обстановка резко ухудшается. Вследствие переноса загрязняющих веществ на значительные расстояния локальное воздействие горных предприятий на окружающую среду перерастает в региональное. Особенно велико влияние сброса дренажных вод горных предприятий на сток малых и средних рек, в результате чего он может возрасти в 1,5-3 и более раз. При этом изменяются качество и тепловой режим вод в этих водотоках.

Предприятия горной промышленности США сбрасывают в природные бассейны ежегодно около 7,6 млн м3 сточных вод. При этом необходимо иметь в виду, что рудничные воды загрязнены, как правило, хлористыми соединениями, сульфатными соединениями железа, меди, марганца и перед сбросом должны быть очищены. В США почти 10 тыс. км ручьев и рек и около 12 тыс. га водной поверхности загрязнены водами кислого и щелочного состава, поступающими из угольных разрезов. В США в районе Аппалачей кислотность вод в водотоках на значительном протяжении от мест сброса шахтных вод характеризуется показателем рН = 2, что приводит эти воды в состояние, не пригодное не только для жизнедеятельности водной фауны, но и для технического использования.

Засорение вод. При открытой разработке месторождений полезных ископаемых, расположенных в непосредственной близости от берегов озер, морей и океанов, может возникнуть засорение водного бассейна и, как следствие, измениться характер прибрежной зоны. В.Н. Мосинец и М.В. Грязнов приводят пример значительного ускорения накопления осадков в заливе Сан-Франциско (США), после того как на берегах залива и впадающих в него рек приступили к разработке месторождения золота. За 60 лет было размыто около 2 млрд м3 породы. Более половины ее осело в заливе и прилегающих к нему водных артериях. Это привело к значительному изменению конфигурации береговой линии и уменьшению площади залива на 11 %.

Таким образом, горное производство оказывает на природные воды прямое и косвенное воздействие. К первой группе относятся виды воздействия непосредственно на водные объекты, приводящие к истощению запасов вод, изменению их режимов, состояния и качества: осушение месторождений, отбор вод для технологических процессов обогащения, гидровскрыши, гидродобычи, сброс дренажных и сточных вод в поверхностные водоемы и водотоки, подземные горизонты и пр. Ко второй группе относятся виды воздействия на другие элементы окружающей среды (землю, воздух, растительность), в результате которых ухудшаются состояние и качество природных вод.

Результаты как прямого, так и косвенного воздействия проявляются в состоянии вод и других элементов окружающей среды на значительных территориях, во много раз превосходящих по площади зону прямого воздействия на воды, что свидетельствует об обусловленности и взаимосвязи процессов, протекающих в биосфере, и их высокой чувствительности к антропогенному вмешательству.

11. Изменение гидродинамического режима подземных вод при осушении карьеров (гидравлический уклон, скорость движения подземных вод, коэффициент фильтрации).

СПБГУАП группа 4736

ДВИЖЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Подземные воды в большинстве случаев находятся в движении. Раздел гидрогеологии, изучающий закономерности движения подземных вод, называется динамикой подземных вод. Движение подземных вод подчиняется определенным законам с присущими им определенными формами передвижения. Все это учитывается при гидрогеологических расчетах, при решении вопросов водозабора или водопонижения уровней подземных вод.

Законы движения. Подземные воды могут передвигаться в горных породах как путем инфильтрации, так и фильтрации. При инфильтрации передвижение воды происходит при частичном заполнении пор воздухом или водяными парами, что обычно наблюдается в зоне аэрации. При фильтрации движение воды происходит при полном заполнении пор или трещин водой. Масса этой движущейся воды создает фильтрационный поток.

Фильтрационные потоки подземных вод различаются по характеру движения и подчиняются двум законам. Если движение грунтового потока в водоносных слоях (галечнике, песке, супеси, суглинке) имеет параллельно-струйчатый или так называемый ламинарный характер, то он подчиняется закону Дарси. Ламинарный характер движения воды наблюдается также в трещиноватых породах, но при скорости движения не более 400 м/сут. При наличии крупных пустот и трещин движение воды в породах носит вихревой, или турбулентный, характер, но это наблюдается сравнительно редко. Это второй закон, носящий более сложный характер.

Движение подземных вод может быть установившимся и неу-становившимся, напорным и безнапорным.

При установившемся движении все элементы фильтрационного потока (скорость, расход, направление и др.) не изменяются во времени. Во многих случаях эти изменения настолько малы, что для практических целей ими можно пренебречь. Фильтрационный поток называется неустановившимся, если основные его элементы изменяются не только от координат пространства, но и от времени. Подземный поток становится переменным, т. е. приобретает неустановившийся характер движения под действием различных естественных и искусственных факторов (неравномерная инфильтрация атмосферных осадков, откачка воды из скважины, сброс сточных вод на поля фильтрации и т. д.).

Ненапорные грунтовые воды имеют водоупор снизу и свободную поверхность сверху. Ненапорные подземные воды в зоне полного насыщения передвигаются при наличии разности гидравлических напоров (уровней) от мест с более высоким к местам с низким напором (уровнем). Это можно видеть на рис. 72. Разность напоров АН=Н—Н2 в сечениях / и II обусловливает движение воды в направлении сечения II. Скорость движения грунтового потока зависит от разности напора (чем больше АН, тем больше скорость) и длины пути фильтрации.

Отношение разности напора АН к длине пути фильтрации / называют гидравлическим уклоном (или гидравлическим градиентом I) I = АН/1.

Современная теория движения подземных вод основывается на применении закона Дарси

<2 = *ф РАН/1 = кф /7,

где 0 — расход воды или количество фильтрующейся воды в единицу времени, м3/сут; кф — коэффициент фильтрации, м/сут;

Скорость фильтрации V = (или V = &ф/. Скорость движения воды (фильтрации) измеряется в м/сут или см/с. Эти формулы требуют уточнения в связи с тем, что в них входит величина /% отражающая все сечение фильтрующейся воды, а вода, как известно, течет лишь через часть сечения, равную площади пор и трещин породы. Поэтому величина V является кажущейся. Действительную скорость ВОДЫ Уд определяют с учетом пористости породы Ун = (?/Гя,

где п — пористость, выраженная в долях единицы.

Сопоставив формулы у = &ф/ и уд = 0//я, можно установить, ЧТО Уд = у/я. Формула скорости ВОДЫ Уд = 0//я в этом виде в свою очередь правомерна лишь для песков и крупнообломочных пород, где все поры открыты и вода имеет полную свободу движения. В глинистых породах часть пор закрыта и вода передвигается только через открытые поры, поэтому в формулу вводят не я, а яакт (активную пористость), т. е. значение пористости, через которые фактически проходит вода. Также следует помнить, что движение воды в породах происходит обычно с разной скоростью, поэтому при рассмотрении вопроса о движении воды в данной породе можно говорить лишь об ее средней скорости движения.

Источники. Под источниками (ключами, родниками) подразумеваются места естественных выходов воды на дневную поверхность. Наиболее часто это происходит при прорезании грунтовой воды эрозионной сетью. Это дает нисходящие источники.

По своему характеру источники бывают сосредоточенные, т. е. выходящие в одном месте, в виде потока, и рассредоточенные, когда грунтовая вода просачивается на склоне оврага или речной долины через слой глинистого грунта. После расчистки этого слоя источник может стать сосредоточенным.

Интенсивность выхода воды в единицу времени оценивается дебитом источника (л/с или м3/сут). Источник, выход вод которого улучшен человеком, называется каптированным. Напорные воды могут давать фонтанирующие (восходящие) источники.

Форма движения потоков грунтовых вод. На строительных или хозяйственных площадках при решении практических задач по водоснабжению или устройству дренажей почти всегда необходимо знать направление движения потоков воды. Грунтовые воды совершают сложные движения в зависимости от местных геологических условий, рельефа местности и других факторов. Различают потоки плоские, радиальные (сходящиеся и расходящиеся) и криволинейные (рис. 73).

При определении направления потоков следует помнить, что установленное направление может быть справедливо лишь для сравнительно ограниченной территории (участка). Ниже приводятся некоторые способы определения направления движения грунтовых вод.

По карте гидроизогипс направление потока устанавливается по высотным отметкам гидроизогипс (рис. 74). Более точные данные для отдельного участка получают методом трех скважин. Берут отчо

СПБГУАП группа 4736

Рис. 73. Формы потоков грунтовых вод:

а — плоский; 6 — радиальный расходящийся; в — радиальный сходящийся; г — криволинейный; / — гидроизогипсы

Рис. 75. Определение направления потока грунтовой воды по трем буровым скважинам (/, 2, 2); 4 — гидроизогипса Рис. 74. Определение направления потока воды по карте гидроизогипс

метки уровней воды буровых скважин, расположенных на вершинах равностороннего треугольника, например, 128, 138 и 126 м (рис. 75). Между наибольшей и наименьшей отметками, т. е. 138 и 126 м, путем линейной интерполяции находят точку с отметкой воды 128 м. Две одинаковые отметки соединяют линией. На эту линию с наибольшей отметки опускают перпендикуляр, который и указывает направление потока воды. Можно также использовать метод красителей (или солей). Для этого необходимо иметь несколько скважин. В центральную скважину (опытную) вводят сильный органический краситель (для кислых вод, например, метиленовый голубой, щелочных — флюоресцеин и т. д.). Появление красителя в одной из наблюдательных скважин указывает направление потока воды.

Межпластовые подземные воды. Границами таких потоков служат нижний и верхний водоупор. Напорные потоки характеризуются полным заполнением поперечного сечения водопроницаемого пласта водой, имеется пьезометрический уровень, движение воды происходит как под действием гравитации, так и за счет упругих свойств воды и водовмещающих пород, режим фильтрации — упругий.

Напорно-безнапорные потоки образуются при откачке воды из скважин, если пьезометрический уровень опускается ниже кровли напорного водоносного слоя.

Фильтрационные показатели горных пород. К основным фильтрационным параметрам относят коэффициент фильтрации, а также коэффициенты водопроводимости, пьезопроводности и уров-непроводности.

Коэффициент фильтрации кф. Как следует из основного закона движения подземных вод, коэффициент фильтрации — это скорость фильтрации при напорном градиенте /= 1. Коэффициент фильтрации грунтов в основном определяется геометрией пор, т. е. их размерами и формой. На значение коэффициента фильтрации влияют также свойства фильтрующейся воды (вязкость, плотность), минеральный состав грунтов, степень засоленности и др. Вязкость воды, в свою очередь, зависит от температуры, поэтому нередко вводится поправочный температурный коэффициент (0,7—0,03) для приведения водопроницаемости к единой температуре 10 °С.

Методы определения. Приближенная оценка коэффициента фильтрации возможна по табличным данным (табл. 31).

Таблица 31

Коэффициент фильтрации некоторых горных пород

СПБГУАП группа 4736

Для получения более обоснованных значений коэффициента фильтрации применяют расчетные, лабораторные и полевые методы. Расчетным путем коэффициент фильтрации определяют преимущественно для песков и гравелистых пород. Расчетные методы являются приближенными и рекомендуются лишь на первоначальных стадиях исследования.

Для расчетов используют одну из многочисленных эмпирических формул, связывающих коэффициент фильтрации грунта с его гранулометрическим составом, пористостью, степенью однородности и т. д.