ENG GEO / 1Tri / Eng Geo / Engineering Geology of MD

ительства сооружений на техногенных образованиях изучены пока недостаточно.

При эксплуатации месторождений нефти и подземных вод производят их откачку из недр земли в больших объемах, что ведет к снижению гидростатического напора подземных вод и изменению напряженного состояния толщ горных пород. В результате этих изменений в геологической среде в определенных геологических условиях происходят уплотнение (доуплотнение) толщ горных пород, оседание н разрушение поверхности земли, заболачивание и затопление территорий, деформации сооружений и другие явления, масштабы которых могут достигать угрожающих размеров (см. гл. VI). К, сказанному следует добавить, что многие перспективные нефтяные и газовые районы на территории СССР расположены в области распространения многолетнемерзлых горных пород. В таких районах нередко происходят оседание поверхности земли, заболачивание и затопление территорий, деформации сооружений и в том числе искривление и смятие стволов скважин в связи с оттаиванием мерзлых пород при вскрытии их разведочными и эксплуатационными скважинами.

Следующий важнейший вопрос инженерной геологии месторождений нефти, газа и подземных вод связан с загрязнением территорий, почв, поверхностных и подземных вод разливами и выбросами нефтепродуктов при разведке и эксплуатации месторождений. Зона загрязнения территорий и недр достигает огромных размеров, а степень загрязнения нередко во много раз превышает допустимые пределы. Все это накосит большой ущерб природе, народному хозяйству и угрожает безопасности и жизни людей. Поэтому разработка методов оценки загрязнения территорий и недр земли и защита от нее является неотложной задачей.

V11-2. Инженерно-геологические основы рационального использования геологической среды и ее охраны

при разработке месторождений полезных ископаемых

Каждая территория на Земле с ее рельефом, геологическими образованиями, процессами и явлениями представляет

щие нас геологические обстановка, условия. Заметим, что понятие о геологической среде нельзя смешивать с понятием о зоне влияния сооружений, инженерных работ и технологических процессов. Геологическая среда — это объективно существующая реальность. Зона влияния сооружений — это результат инженерной деятельности человека, она изменяется, регулируется разумом человека, особенно в эпоху научно-тех- нической революции. Различны также их объем и границы.

252

в законодательных документах, материалах производственных исследований и в научных изданиях геологическую среду обычно называют недрами Земли, обращая этим внимание на то, где распространены месторождения твердых полезных ископаемых, нефти и газа, подземных вод, дополнительные природные источники тепла, куда теперь часто сбрасывают (производят захоронение) отходы производства, где расположены гипоцентры естественных и искусственных землетрясе-

Геологическая среда является составной частью природной среды наряду с атмосферой, гидросферой и биосферой. В об-

в свое время всю природную среду обобщенно называл биосферой, как сферу Земли, где наблюдается жизнь различных организмов. Естественно, что такое определение допустимо только в определенном смысле. При конкретном научном рассмотрении, особенно в инженерном аспекте, все сферы Земли разграничивают и изучением каждой из них занимаются соответствующие науки. При этом учитывается, что развитие каждой сферы Земли находится в закономерной связи с другими.

Геологическая среда развивается во взаимодействии с атмосферой, гидросферой, биосферой и глубинными сферами Земли, Эти взаимодействия в геологической истории Земли создают как определенные глобальные, региональные и локальные равновесия на ее поверхности и в недрах, так и противоречия, обусловливающие неизбежность возникновения и развития геологических процессов, изменяющих и разрушающих геологическую среду и создающих ее в обновленном виде.

Теперь, когда плотность населения достигла современного уровня, когда освоение все новых и новых территорий н богатств Земли стало жизненно необходимым условием, природные геологические процессы и явления, как и связанные с инженерными работами и технологическими процессами, стали настолько заметно сдерживать деятельность человека и угрожать его безопасности, что возникла необходимость в их изучении, оценке и выполнении мероприятий по борьбе с ними, особенно в горнодобывающей промышленности.

Таким образом, проблемы инженерной геологии, связанные с рациональным использованием геологической среды и ее охраной,— это проблемы возникновения и развития геологических процессов, которые проявляются в неблагоприятных ее изменениях, вызывают явления, опасные для жизни и деятельности человека, и разнообразные деформации территорий

253

и сооружений. Поэтому вся инженерная и хозяйственная деятельность человека должна основываться на знании законов и закономерностей развития геологических процессов. Их изу-

Действующие в нашей стране директивные и нормативные документы требуют решения вопросов охраны природы на всех стадиях проектирования, строительства, эксялуатации сооружений и предприятий и при рекультивации земель. Ведутся большие научно-исследовательские и производственные работы и уже достигнуты определенные результаты. Значительное место в них занимают работы по проблеме рационального использования геологической среды и ее охраны при освоении месторождений полезных ископаемых от отрицательного воздействия предприятий горнодобывающей промышленности, в которых принимают участие почти все ведущие организации горного профиля.

Полученные материалы и опыт показывают, что для успешного решения рассматриваемой проблемы необходимо выполнить ряд работ организационного, теоретического и методического порядка. При этом важно ясно представлять, что конечной общегосударственной задачей является охрана окружающей

В этом плане весьма точной является мысль о том, что «человеческие проекты, не считающиеся с великими законами природы, приносят только бедствия»*. Этому соответствует отме-

среды и ее охране при освоении месторождений полезных ископаемых должна основываться на знании законов и закономерностей развития геологических процессов и явлений (закон инженерной геологии об учете динамики земной коры [22]).

Поэтому исследования по рассматриваемой проблеме в области инженерной геологии должны касаться только геологической среды, оценки и прогноза отрицательного воздействия на нее горнодобывающих предприятий с учетом различных

научное действие, разработка и применение средств получения новых знаний в рассматриваемой области науки для решения

* К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч. Изд. 2-е, т, 31, с. 209—210. М., Политиздат, 1963.

2 5 4

ее задач, проблем и вопросов. Средствами науки при этом являются как общенаучные, так и ее конкретные методы, технические средства и методики, которые используются при исследованиях и разработках.

Научным методом инженерной геологии является комплексное целенаправленное геологическое изучение причин возникновения, условий и динамики развития геологических процессов и явлений, угрожающих жизни и деятельности человека, сохранности территорий и сооружений. Важнейшими средствами ее в этом случае являются разработка и применение методов инженерно-геологического анализа, оценки, прогноза и управления геологическими процессами и явлениями

внужном для человека направлении.

Вохрану геологической среды должно входить выполнение комплекса разнообразных мероприятий, направленных на предупреждение возникновения неблагоприятных явлений, на

ной или полной отработки месторождений в комплекс мер по охране геологической среды необходимо включать работы по

Практика показывает, что целенаправленное выполнение комплекса мероприятий по охране геологической среды позволяет преодолевать отрицательные техногенные воздействия на нее и значительно улучшать природные н в том числе инженерно-геологические условия месторождений. Выбор мероприятий определяется видами отрицательных явлений, напряженностью их развития, геологическими и горнотехническими условиями освоения месторождений и другими факторами. В конечном итоге он должен основываться на принципе технической целесообразности и экономической выгодности при сохранении оптимальных условий жизни и деятельности людей.

Выполнение поставленных задач 'должно состоять не просто в охране геологической среды, а в первую очередь в ее рациональном использовании при освоении месторождений полезных ископаемых. Это значит, что все подготовительные работы по освоению месторождений, размещение шахт, карьеров на местности, их строительство и горно-эксплуатацион- ные работы должны вестись так, чтобы ущерб, причиняемый геологической среде, народному хозяйству, был минимальным при непременном выполнении плановых заданий по выпуску продукции горным предприятием.

Рациональное использование геологической среды —это выполнение всех мероприятий и работ в определенной последовательности как на местности, так и во времени, и управление неблагоприятными явлениями в нужном для человека направлении.

255

Исследования инженерно-геологических условий освоения месторождений полезных ископаемых предполагают изучение работы сложной бинарной системы (схема). Нормальное состояние этой системы обусловлено множеством взаимосвязанных элементов инженерно-геологических условий. На ее равновесие могут влиять также геологические процессы и явления, возникающие под воздействием на геологическую среду со-

обладают разной чувствительностью к изменениям в окружающей их геологической среде. Поэтому требования, предъявляемые к строительным качествам геологической среды, для

работ и технологических процессов. Они, т. е. взаимодействующие силы, проявляются в установлении или нарушении равновесий, соответствий в бинарной системе и могут быть уравновешенными или в разной степени неуравновешенными. Когда они неуравновешены, неизбежно развитие геологических процессов и явлений. На практике система считается устойчивой,

Во время консолидации процессов система часто из неуравновешенного состояния на первом этапе переходит в уравно- вешенное—устойчивое. В этом случае важно, чтобы масштаб и интенсивность развивающихся явлений на первом этапе, не достигли опасных значений, а его продолжительность была бы наиболее кратковременной. Однако бывают и такие ситуации, когда процессы и явления имеют прогрессирующий характер во времени. Для того чтобы бинарные системы функционировали нормально и чтобы такое их состояние наступало быстро, в них должны развиваться обратные связи.

Сооружения и инженерные работы, действующие на геологическую среду, должны вызывать ее консолидацию непосредственно или с помощью профилактических, нормативных и других инженерных мероприятий. Если в системе происходят или возможны геологические явления, необходимо соблюдать определенные принципы строительства сооружений и выполнения инженерных работ; их следует приспосабливать к таким геологическим условиям также с помощью различных инженерных мероприятий. Все это показывает, что, учитывая причины, условия и динамику развития процессов и явлений, необходимо уметь их оценивать, прогнозировать и управлять ими.

256

Основы рационального использования геологической среды и ее охраны

Бинарная система разной чувствительности

Неуравновешенная

Возникают и развиваются геологические процессы и явления, нарушающие устойчивость

исохранность территорий и сооружений,

затрудняющие выполнение инженерных работ и угрожающие их безопасности

i

Геологическая среда в зоне влияния сооружений и инженерных работ изменяется: слабо, заметно, существенно преобразуется, создается новая

воздействия

257

Здесь важно заметить, что опасные нарушения устойчивости системы обычно вызываются относительно большим, доминирующим влиянием изменения свойств или устойчивости одного или нескольких элементов геологической среды. В таких случаях эти элементы играют роль слабых звеньев в целостной системе, нарушаюш.их ее устойчивость. Поэтому для надежной и достоверной оценки устойчивости системы и составления прогноза ее изменения необходим детальный инже- нерно-геологический анализ строения, свойств и функционирования геологической среды при воздействии на нее сооружений, инженерных работ и технологических процессов. Эти воздей-

При инженерно-геологическом анализе работы бинарной системы, как отмечено выше, актуальной задачей является установление вида воздействия на геологическую среду, зоны влияния сооружений и инженерных работ и степени изменения, разрушения и загрязнения геологической среды на разных участках зоны влияния. Эти параметры определяют масштаб и объем работ по защите геологической среды от отрицательного воздействия и план ее рационального использования.

Бинарные системы имеют множество реальных видов в зависимости как от типов сооружений и инженерных работ, так и от особенностей геологических условий. Они в неодинаковых

Для каждого конкретного сооружения (или комплекса сооружений), вида инженерных работ и технологических процессов важно представлять, что является главным для выбора места их расположения, размеров, конструкций, устойчивости и нормальных условий эксплуатации и какие особенности состава, строения и свойств геологической среды определяют названные параметры.

Из сказанного следует, что научное содержание и практиче-

этих задач. К ним относятся некоторые традиционные, достаточно полно апробированные в строительной и горной практике; известные и проверенные, но пока недостаточно широко используемые, а также новые. Этими мероприятиями, как правило, предусматриваются: 1') выполнение разнообразных

2 5 8

Т А Б ЛИ ЦА V I M

Возможные пути реализации задач по рациональному использованию геологической среды и ее охране от отрицательного воздействия горнодобывающих предприятий

2S9

профилактических работ; 2) уточнение и изменение нормативных положений для улучшения инженерно-геологического обоснования проектов; 3) разработка комплексных схем охраны геологической среды применительно к различным видам месторождений полезных ископаемых с учетом сложности их инже- нерно-геологических условий, способа и системы разработки и переработки минерального сырья; 4) контроль за выполнением правил и мероприятий по охране геологической среды в определенной последовательности как в пределах земельных отводов, так и во времени.

Все мероприятия по рациональному использованию геологической среды и ее охране (включая и рекультивацию земель по мере частичной или полной отработки месторождения) должны являться составной частью проектов строительства горнодобывающих предприятий, и поэтому их осуществление необходимо увязывать со всеми видами и сроками работ по подготовке месторождения к освоению, его вскрытию и разра-

2 6 0

ботке, образованию отвалов и гидроотвалов и др. Из этого положения следует, что проект строительства предприятия должен надежно обосновываться данными инженерно-геологи- ческих изысканий.

Инженерная геология призвана изучать сущность геологи-

конкретном. На месторождениях полезных ископаемых при анализе целесообразно выделение групп проблем и вопросов,

и обеспечением безопасности производства строительных и гор-

и преобразованием под воздействием горнодобывающих предприятий. Естественно, что эти группы проблем и вопросов тесно взаимосвязаны, но при анализе явлений и практическом решении задач их целесообразно разделять. Это позволит бо-

и прогнозу изменений геологической среды при освоении место-

шении природных равновесий и соответствий в геологической

ным освоением территорий. Чтобы все эти изменения не превышали допустимых пределов для обеспечения нормальных условий жизни и деятельности людей, ими управляют, т. е. выполняют мероприятия по их предупреждению, ограничению, по рациональному использованию территорий и их защите, а после полной или частичной отработки месторождений выполняют работы по рекультивации земель. Целенаправленное выполнение комплекса мероприятий позволяет в значительной

Так как все изменения геологической среды связаны с различными ее элементами (рельефом, геологическими структурами, горными породами, подземными водами и др.), целесообразно, чтобы показатели, используемые для их оценки, это учитывали. В табл. VI1-5 приведен перечень таких показателей для оценки воздействий на геологическую среду горнодобывающих предприятий. Они позволяют последовательно рассматривать главные изменения на площади земельного отвода предприятия или месторождения в целом, оценивать относительную роль каждого вида и общие изменения в целом

261