Виды и методика гидрогеологических исследований

К основным видам гидрогеологических исследований на месторождениях твердых полезных ископаемых относятся: 1) обобщение и анализ материалов предыдущих исследований; 2) гидрогеологическая съемка и картирование; 3) гидрогеологические наблюдения в процессе бурения скважин и проходки горных выработок; 4) полевые опытно-фильтрационные работы; 5) лабораторные работы; 6) наблюдение за режимом подземных вод. Этот перечень работ наряду с материалами по оценке запасов полезных ископаемых позволяет решить основные задачи по изучению характеристики и режима подземных вод.

Гидрогеологическая съемка – комплекс полевых исследований, выполняемых с целью изучения и картирования подземных вод. На месторождениях твердых полезных ископаемых она проводится или на готовой геологической основе или одновременно с геологической и инженерно-геологической съемкой (см. раздел 3). Масштаб гидрогеологической съемки района месторождения 1:25 000 – 1:50 000, гидрогеологическая съемка участка разведки выполняется в масштабе 1:10 000 или 1:5 000 (обычно проводится на месторождениях II и III групп). Съемка проводится обычными методами с использованием результатов дешифрования аэрометодов, наземных наблюдений, бурения скважин (картировочные, поисковые, зондировочные), опытно-фильтрационных работ, геофизических исследований, гидрохимических исследований, лабораторных работ. В итоге составляется гидрогеологическая карта соответствующего масштаба.

Специальные гидрогеологические скважины бурятся в ограниченном количестве, в основном используются скважины, пробуренные для изучения запасов полезных ископаемых. На месторождениях III группы сложности могут быть дополнительно пробурены скважины для опытного водопонижения, а также опытные кусты, состоящие из центральных и наблюдательных скважин.

Гидрогеологические наблюдения при бурении скважин заключаются в наблюдениях за уровнем и температурой подземных вод, пористостью и трещиноватостью горных пород, состоянием и поглощением промывочной жидкости, отборе проб воды, газа для анализов, выходом керна, регистрации водопроявлений и их расходов.

Опытно-фильтрационные работы являются одним из основных видов гидрогеологических исследований. Они позволяют определить параметры водоносных горизонтов (комплексов), граничные условия и дать количественную оценку водопритокам. К ним относятся откачки различного назначения, наливы и нагнетания в скважины, наливы в шурфы, экспресс-методы и др.

Откачки в зависимости от стадии разведочных работ и сложности условий, в которых они проводятся подразделяются на пробные, опытные и опытно-эксплуатационные (в том числе опытно-производственные).

Пробные откачки проводятся в течение 1-2 суток и могут использоваться на всех стадиях поисково-разведочных работ в различных по сложности гидрогеологических условиях (преимущественно на оценочной и разведочной стадиях, на месторождениях II и III групп сложности). Для этих целей используются разведочные скважины, пробуренные для оценки запасов месторождений полезных ископаемых.

Опытные откачки – одиночные (из одной скважины) и кустовые, где куст скважин представляет собой центральную (возмущающую) и несколько наблюдательных (реагирующих) скважин, расположенных на определенных расстояниях от центральной. Продолжительность одиночных откачек 3-5 суток, кустовых от 10 суток и более. Проводятся они на оценочной и разведочной стадии на месторождениях II и III групп сложности. Опытно-эксплуатационные откачки из одиночных скважин или опытно-производственные из группы скважин проводятся на месторождениях III группы сложности после завершения разведочных работ в процессе опытно-производственного водопонижения. В последнем случае используются специально пробуренные водопонижающие скважины, размещение и количество которых учитывает проектную схему осушения.

По результатам откачек определяются основные расчетные гидрогеологические параметры: коэффициенты фильтрации (К_Ф), водопроводимости (Т), пьезопроводности или уровнепроводности (а), а также уточняются граничные условия (в плане и разрезе), коэффициенты перетекания (В), сопротивление русловых отложений (DL) и др. Для определения параметров используются аналитический и графоаналитический методы расчета.

Одним из наиболее надежных для определения параметров водоносных горизонтов (комплексов) является метод стационарных наблюдений, который используется в процессе эксплуатации месторождения. Он используется в совокупности с наблюдениями в скважинах режимной сети и входит в состав мониторинга.

Для определения фильтрационных свойств слабопроницаемых пород используются наливы в шурфы (метод Болдырева А.К. и Нестерова Н.С.) или наливы и нагнетания в скважины. Методы могут применяться на месторождениях III группы сложности на завершающих стадиях разведки или при эксплуатации.

Аналитические методы определения коэффициента фильтрации и водопроводимости основаны на использовании формул динамики подземных вод. Так для расчета коэффициента фильтрации и водопроводимости по данным откачек можно использовать уравнения, приведенные в разделе 5.4.

Графоаналитические методы основаны на использовании преобразованной формулы Тейса. В результате по данным откачек получают три графика прослеживания понижения уровня: временного, площадного и комбинированного:

По графикам определяются соответствующие тангенсы углов наклона (С) прямой линии к оси абсцисс, а затем - параметры km - по формулам:

по графику временного прослеживания ,

по графику площадного прослеживания

по графику комбинированного прослеживания ,

где Q - производительность скважины при откачке.

Коэффициент уровнепроводности (пьезопроводности) определяется по тем же графикам по соответствующим формулам

где r – расстояние до наблюдательной скважины, м,

t – фиксированное время с начала откачки, сут.

Заметим, что по ряду причин коэффициент уровнепроводности (пьезопроводности) определяется только по данным кустовых откачек.

При оценке возможного отрицательного влияния подземных (рудничных) вод на различные инженерные сооружения и оборудование необходимо изучение показателей химического состава – жесткости, щелочности, агрессивности воды по отношению к бетону и металлам (углекислотная, выщелачивания, общекислотная, сульфатная, кислородная, магнезиальная) окисляемость, галоидополгощение и некоторых других показателей. В случае использования откачиваемых вод для хозяйственно питьевых или технических целей вода должна соответствовать требованиям ГОСТов.

Режимные наблюдения наиболее важное значение приобретают на месторождениях II и III группы сложности. Здесь режимная сеть должна закладываться уже в стадии разведочных работ и передаваться геологической службе горного предприятия для продолжения наблюдений в период освоения месторождения. Стационарная сеть состоит обычно из скважин, шурфов, гидрометрических постов и др. На месторождениях 1 группы стационарные наблюдения организуются с начала промышленного освоения участков. Режимными наблюдениями должны быть охвачены все основные водоносные горизонты в наиболее типовых и характерных участках, особенно в зонах тектонических нарушений и дробления пород, участках развития карста и активной гидравлической взаимосвязи поверхностных и подземных вод.

В процессе эксплуатации составляется постоянная геологическая, гидрогеологическая и инженерно-геологическая документация, позволяющая более эффективно вести отработку запасов полезного ископаемого и влиять на создание благоприятных условий труда.

Детально методика и примеры решения различных гидрогеологических задач приводятся в специальной литературе [ ].

Список литературы

1. Афанасьев С.Л. – Флишевые формации.

2. Гавич И.К. – Гидрогеодинамика. М., Недра, 1988.

3. Гальперин А.М., Зайцев В.С., Норватов Ю.А. – Гидрогеология и инженерная геология. М., Недра, 1989.

4. Ершов В.В. – Геология и разведка месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 1983.

5. Ершов В.В. – Основы горно-промышленной геологии. М., Недра, 1988.

6. Каждан А.Д. – Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых. Производство геологоразведочных работ. М., Недра, 1985.

7. Карановский Н.В., Якушова А.Ф. – Общая геология. М., Высшая школа, 1991.

8. Климентов П.П., Сыроватко М.В. - Гидрогеология месторождений твердых полезных ископаемых. М., Недра, 1966.

9. Кирюхин В.А., Коротков А.Н., Павлов А.Н. – Общая гидрогеология. М., Недра, 1988.

10. Курс рудных месторождений под ред. В.И.Смирнова. М., Недра, 1986.

11. Ломтадзе В.Д. – Инженерная геология месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 1990.

12. Панюков П.Н. – Инженерная геология. М., Недра, 1978.

13. Потапов Г.И. – Сборник задач по динамике подземных вод. М., МГОУ, 1996.

14. Романович И.Ф., Кравцов А.И., Филиппов О.В. и др. - Полезные ископаемые. М., Недра, 1985.

15. Сыроватко М.В. – Гидрогеология и инженерная геология при освоении угольных месторождений. М., Госгеолтехиздат, 1960.

16. Шварцев С.Л. – Общая гидрогеология. М., Недра, 1996.

17. Шевяков Л.Д. – Разработка месторождений полезных ископаемых. М., Госгеолтехиздат, 1968.

18. Временное положение о порядке проведения геолого-разведочных работ по этапам и стадиям (твердые полезные ископаемые). М., ВИЭМС, 1998.

19. Временные методические рекомендации по геолого-экономической оценке промышленного значения месторождений твердых полезных ископаемых (кроме угля и горючих сланцев). М., ВИЭМС, 1998.

20. Классификация запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. М., ГКЗ, 1997.