Инженерно-геологические и гидрогеологические исследования при изучении месторождений

Необходимость инженерно-геологической и гидрогеологической оценки месторождений полезных ископаемых возникает на всех этапах освоения и производится в совокупности с их геологическим изучением. В результате такого изучения должны быть получены все исходные данные для оценки запасов месторождения, проектирования горного предприятия, а при необходимости осушительных и защитных мероприятий.

Непосредственно методика инженерно-геологических и гидрогеологических исследований предопределяется следующими факторами: 1. сложностью природных инженерно-геологических и гидрогеологических условий месторождений; 2. стадией разведки; 3. способом разработки и системой вскрытия; 4. характером необходимых осушительных или защитных мероприятий.

Для проектирования инженерно-геологических исследований в целях прогнозирования условий освоения месторождения можно разделить на три класса: А – с простыми инженерно-геологическими условиями (разрез представлен устойчивыми породами); Б – со сложными инженерно-геологическими условиями (в разрезе преобладают глинистые и обводненные песчано-глинистые породы); В – с весьма сложными инженерно-геологическими условиями (разрез представлен мощными отложениями песков, содержащих напорные воды).

По сложности гидрогеологических условий месторождения можно разделить на три группы: I – месторождения с простыми гидрогеологическими условиями, II - месторождения со сложными гидрогеологическими условиями и III - месторождения с весьма сложными гидрогеологическими условиями. [ ]

По физико-геологическим особенностям месторождения разделяют на две категории: благоприятные в физико-геологическом отношении и месторождения, в районе которых имеют место оползни естественных склонов, оползни – сели, снежные лавины, обвалы, осыпи и др.

На месторождениях расположенных в весьма сложных условиях (III группа) после завершения разведочных работ и утверждения запасов в ГКЗ возникает необходимость в дополнительных специальных работах. Назначение этих работ – получение исчерпывающей информации для составления проектов и рабочей документации по предварительному осушению участков, выбору специальных способов проходки основных выработок, вскрытие полей (стволов, разрезных траншей), разработки мероприятий по обеспечению устойчивости бортов проектируемых карьеров и естественных склонов, а также других специальных мер. Эти работы заключаются в проведении опытно-производственного водопонижения иногда являющегося начальной фазой строительного водопонижения.

На месторождениях твердых полезных ископаемых выполняются также инженерно-геологические исследования (обычно проектными организациями) для жилищного и наземного промышленного и транспортного строительства согласно СНИПу, их целесообразно начинать с проектной стадии (в одну стадию – рабочий проект или в две стадии – проект и рабочую документацию).

Месторождения твердых полезных ископаемых разрабатываются откры­тым, подземным и комбинированным способами. Известны также так называе­мые особые способы разработки - подземная газификация углей, добыча руд подземным выщелачиванием, подземное выпаривание серы, подземное раство­рение солей.

Выбор системы разработки зависит от ряда факторов, из которых основ­ное значение принадлежит форме, размерам и пространственному положению тел полезных ископаемых глубине залегания от земной поверхности, углам падения и взаимного расположению пластов, жил и вообще рудных тел. Иногда имеют значения свойства полезных ископаемых - вещественный состав, характер распределения полезных компонентов, включения пустых пород, крепость, трещиноватость, кливаж.

Ha выбop системы разработки оказывает влияние возможность использо­вания различных комплексов механизмов для добычи, экономическое значение полезного ископаемого.

Преимуществом открытых горных работ является более высокая произво­дительность труда, более низкая себестоимость добычи по сравнению с шахта­ми. Карьеры могут обеспечить применение высокопроизводительных крупно­габаритных горных машин. В карьере не требуется крепление, закладка, венти­ляция; условия работы более безопасны. Однако, открытые горные работы су­щественно влияют на ухудшение экологических условий в районе сооружения карьеров.

Для прогнозирования и оценки процессов, возникающих при том или ином способе разработки месторождения должен выполняться определенный комплекс исследований. Основной принцип заключается в том, что при открытом способе разработки степень изученности (особенно инженерно-геологической) должна быть выше, чем при подземном способе.

Подземный способ требует учета, по крайней мере, трех положений: 1) условий проходки основных выработок вскрытия участка – стволов шахт; 2) инженерно-геологической реакции кровли и почвы на проведении выработок; 3) изменение физико-механических и фильтрационных свойств пород в зоне обрушения и деформации.

Открытый способ разработки требует учета его специфики как при оценке степени обводненности месторождения так и инженерно-геологических условий его освоения. [17]

До передачи месторождения полезных ископаемых в про­мышленное освоение должны быть изучены горнотехнические условия разработки, т. е. выяснены его инженерно-геологические и гидрогеологические особенности. Для решения этих задач, как правило, используются те же разведочные выработки, что и для изучения геологического строения месторождения.

Общими задачам инженерно-геологических исследований являются: 1) определение разрабатываемости пород и полезного ископаемого; 2) оценка устойчивости горных выработок; 3) определение специальных горно-технических условий.

Для решения первой задачи определяются физико-механические свойства полезного ископаемого и вмещающих пород: объемная масса, сопротивление раздавливанию, разрыву и сдвигу, абразивность, способность к самовозгоранию, слеживанию и другие свойства.

Оценка устойчивости горных выработок и прочности горных пород производится по результатам определения физико-механических свойств и изучения зависимости этих свойств от минерально-петрографического состава, структур, текстур, трещиноватости пород и гидрогеологических условий.

Специальными горнотехническими условиями могут быть оценка развития карста, оползни, сейсмичность района, возможность возникновения горных ударов, степень, характер и состав газопроявлений, силикозоопасность, тип и интенсивность развития многолетней мерзлоты и другие инженерно-геологические явления.

В состав и задачи гидрогеологических исследований начиная со стадии оценочных работ и вплоть до завершения разведки входят: 1) изучение площади распространения и условий залегания водоносных горизонтов и комп­лексов; 2) изучение условий питания, режимы, химический состав и бактериологические свойства подземных и поверхностных вод.

Основные задачи гидрогеологических исследований заклю­чаются в определении:1) характера взаимосвязи подземных и поверхностных вод; 2) водообильности и водопроницаемости пород; 3) величины возможных водопритоков в горные выработки; 4) агрессивности подземных вод и возможности их использования для бытового и промышленного водоснабжения.

На оценочной стадии дается общая характеристика гидрогеологических условий, а в процессе разведки все перечисленные виды исследований про­водятся с максимальной полнотой и достоверностью, харак­теристики получают более точную количественную оценку,

В связи с освоением в процессе эксплуатации глубоких горизонтов месторождений, вовлече­нием в разработку объектов со сложными горно-геологическими условиями возрастает необходимость более детального инженерно-геологического и гидрогеологического обеспечения горных работ. Содержание, объем и последовательность исследований определяются комплексом природных и технологических факторов. Инженерно-геологические и гидрогеологические условия месторождений выявляются по результатам стадии оценки и в целом.

При строительстве и эксплуатации горных предприятий необ­ходимо дополнять и уточнять ранее полученные данные.

Инженерно-геологические исследования при эксплуатации вы­полняются для определения свойств горных пород в массиве и отбитой горной массе, уточнения инженерно-геологической струк­туры разрабатываемых и отвальных массивов, оценки деформа­ций стенок горных выработок, бортов карьеров и отвалов, других проявлений горного давления, включая горные удары, внезапные выбросы пород и газа, а также для разработки мероприятий по предотвращению оползней, провалов, обрушении и др.

Проведение инженерно-геологических исследований при эксплуатации месторождении позволяет прогнозировать характеристики разрабатываемости горных пород, качественные показатели сохраняемости и транспортабельности добытой горной массы. На основе этих измерений и прогнозов определяется устойчивость разрабаты­ваемых массивов горных пород, обосновываются рекомендации по поэтапному снижению запаса устойчивости подземных горных выработок и карьерных откосов за счет повышения достоверности исходных данных.

Результаты инженерно-геологических исследовании используются для районирования карьерных (шахтных) полей и отвальных
территорий, более детального изучения структуры инженерно-геологических ярусов. На основе районирования и детализации строения ярусов разрабатываются мероприятия по управлению состоянием массива для обеспечения безопасности и экономической эффективности горных работ, охране недр и земельных ресурсов, вос­становлению нарушенных территорий.

Гидрогеологические исследования при эксплуатации проводятся для выявления в натурных условиях фактических водопритоков из вскрываемых при разработке водоносных горизонтов, изу­чения их режима в зависимости от природных и горнотехнических условий, определения химического состава подземных вод, установления влияния действующего горного предприятия на природные условия и инженерные сооружения, накопления информации для критического ана­лиза ранее полученных данных.

Изучение в натурных производственных условиях режима водопритоков из вскрываемых горизонтов позволяет при необходимости скорректировать ранее принятые проектные решения. Это касается, например, мощности оборудования стационарного водо­отлива, мощности и размещения дренажных устройств, типа и кон­струкции крепи выработок, углов откосов бортов карьера. Более точным будет также прогноз водопритоков при повторном вскры­тии этих горизонтов или же при развитии фронта горных работ.

Использование результатов исследований позволяет почти полностью исключить возможность прорывов воды и плывунов в горные выработки, деформацию крепи, стенок выработок и бортов карьеров. Это обеспечивает планомерное ведение горных работ даже в самых сложных и неблагоприятных горно-геологических условиях. [3]

Изучение химического состава подземных и техногенных вод на действующем предприятии дает возможность избежать их загрязнения, например, при смешении вод из разных горизонта и обеспечивает сохранность и защиту инженерных сооружении от действия агрессивных вод. Наконец, в процессе исследовании решаются вопросы водообеспечения предприятии, охраны подземных и поверхностных вод от истощения и загрязнения при горнопро­мышленном техногенезе [ ].

Комплексное изучение инженерно-геологических и гидрогеологических условий месторождения создают основу для необходимых прогнозов и объективной геолого-промышленной оценки месторождения, его дальнейшего освоения. Выполняемые для этих целей инженерно-геологические и гидрогеологические исследования, как уже отмечалось, являются неотъемлемой частью общего комплекса геолого-разведочных работ и выполняются в рамках установленной для них стадийности по единой для них программе. Кроме того гидрогеологические исследования в районах месторождений полезных ископаемых могут проводиться для изучения и оценки запасов подземных вод как возможных источников хозяйственно-питьевого и производственно-технического водоснабжения горно-рудного предприятия. После завершения стадии оценки или разведки и утверждения запасов в ГКЗ РФ начинается этап соответствующий составлению проектной документации и строительству горно-добывающего предприятия. В отдельных случаях после завершения стадии разведочных работ и утверждения запасов полезного ископаемого в ГКЗ может проводиться дополнительный специальный этап «Опытно-производственное водопонижение», в процессе которого гидрогеологические и инженерно-геологические исследования продолжаются.