Гидрогеология и инженерная геология

РАБОТ

приходится сталкиваться с проявлениями различных современных геологических процессов, осложняющих освоение

и разработку месторождений полезных ископаемых. Для оценки инженерно-геологических условий горно-строительных и горно-эксплуатанионных работ представляют интерес почти все современные геологические процессы, однако наибольшее внимание привлекают те из них, которые сопровождаются интенсивным разрушением территории строительства и слагающих ее горных пород, быстрыми, иногда катастрофическими смещениями горных пород или мощными динамическими воздействиями на сооружения. Таковы речная и овражная эрозия, абразия, оползни, обвалы, сели, мерзлотнодинамические и карстовые деформации земной поверхности, сейсмические процессы. Многие из перечисленных процессов вызывают необходимость предварительного проведения специальных инженерных мероприятий, например укрепления откосов, вертикальной планировки и др.

различного рода явлений, называемых горно-геологическими. Они носят отпечаток не только

геологической обстановки, но также рода и вида искусственного воздействия на нее и представляют собой особую группу инженерно-геологических явлений.
Раздел инженерной геологии, в котором рассматриваются современные геологические процессы и горно-геологические явления с позиции их влияния на условия разработки месторождений полезных ископаемых, называется инженерной геодинамикой.
Основные задачи инженерной геодинамики в горном деле:
изучение современных геологических процессов, с целью определения их влияния на устойчивость, надежность и долго­ вечность горнотехнических сооружений;
прогноз изменений геодинамической обстановки района производства горных работ;
обоснование защитных инженерных мероприятий, обеспечивающих безопасное ведение горных работ, рациональное использование недр и охрану окружающей среды.
Эти задачи решаются на основе комплексных исследований с использованием аналитических методов, лабораторных и натурных экспериментов, систематических натурных наблюдений. Для оперативного контроля состояния обширных территорий эффективно дистанционное зондирование с привлечением аэрокосмических методов

Классификация горно-геологических явлений
К горно-геологическим явлениям, возникающим при открытой разработке месторождений,

относятся оползни, обрушения и обвалы, осыпи и оплывины, просадки,
Наиболее опасный вид разрушения карьерных откосов — оползни, протекающие в различных формах. В зависимости от объема сползающих масс, различают мелкие (сотни и тысячи метров кубических), средние (десятки тысяч кубических метров), крупные (сотни тысяч) и очень крупные (миллионы кубических метров) оползни.
Главное свойство оползней — смещение породных масс по поверхности, получившей наименование поверхности скольжения (оползания). Скольжению оползневых масс нередко предшествуют оплывание и пластическое выжимание пород которые могут сопровождать весь оползневой процесс. В этом случае можно говорить о сложных оползнях: выдавливания, оплывания, проседания и т. д. Для оскользней положение поверхности скольжения предопределяется местонахождением поверхности ослабления, падающей в сторону выработанного пространства. Скольжение оползневого клина начинается с момента, когда поверхность ослабления подрезается поверхностью откоса, или же несколько раньше

Среди оползней отвалов также различаются простые и сложные. В зависимости

от положения поверхности скольжения С. И. Попов выделил подошвенные, подподошвенные и надподошвенные оползни.
Обрушения и обвалы характеризуются быстрым смещением и падением крупных блоков и пачек пород, которые при падении опрокидываются и дробятся на более мелкие куски и пачки. Обрушения нередко связаны с подрезкой откосами карьера контактов пород, являющихся поверхностями ослабления прочности массива. На буроугольных разработках обрушения и оползни добычных уступов могут также приводить к возникновению пожаров в трещинах, образованных при деформациях сближенных уступов.

собственно оползень;
г—е — оползни
(з — выдавливания, д — оплывания, е —

проседания)

и отвалы на карьерах, определяется физико-географическими, геологическими, гидрогеологическими, инженерно-геологическими и

горнотехнологическими факторами.
Рельеф района месторождения влияет на начальное напряженное состояние массива, определяет выбор решений по вскрытию карьерных полей и технологии формирования бортов карьеров и отвалов.
Естественные поверхностные водоемы могут участвовать в обводнении открытых горных выработок. Инфильтрационное питание водоносных горизонтов, дренируемых горными выработками, отмечается также в результате создания искусственных водоемов (отводных каналов, водохранилищ, гидроотвалов, хвостохранилищ и т. п.). При этом возникают оползневые деформации бортов карьеров с поверхностями скольжения, приуроченными к обводненным контактам слоев, происходит оплывание откосов раздельнозернистых и пылеватых пород

Гравитационные. Причины - проявления горного давления. Явления : Различные формы

сдвижения горных пород, деформации подземных сооружений (выработок, целиков и пр.) Пучение литифицированных глинистых пород, отжим пород в зоне опорного давления, горные удары, внезапные выбросы угольной пыли и газов, деформации породных отвалов
Гидродинамические. Нарушения гидрогеологического режима. Явления: Фильтрационный выпор, прорывы подземных вод и плывунов, суффозионный размыв пород, депрессионные деформации пород в поле водопонижения
Гидрохимические. Нарушения влажностного режима, химического состава поровой влаги и минерального состава. Явления - выщелачивание легкорастворимых пород, пучение глинистых пород при их набухании, проявления тиксотропных свойств истинных плывунов
Геотермические. Нарушения температурного режима горных пород. Явления - деформации мерзлых пород при их замораживании или оттаивании.

влиянием очистных выработок. Сложный и многостадийный процесс деформирования подработанной толщи

пород и образования мульды сдвижения связан с прогибом подработанных слоев, сдвиговыми деформациями или совместным влиянием этих видов деформаций.
Обрушение кровли. При очистных работах наибольшие смещения характерны для пород, залегающих непосредственно над выработками. Обрушение происходит после непродолжительного пребывания в незакрепленном состоянии в связи с ослаблением сцепления по контактам и расслоения непосредственной кровли.
. Выдавливание пород
При подземных разработках многих угольных месторождений, а также на некоторых рудниках наблюдается пластическое деформирование пород и полезных ископаемых, приводящее к их выдавливанию в горные выработки. Выдавливание может происходить по различным направлениям от периферии к центральной части выработанного пространства.
Наиболее распространено пучение почвы горных выработок, рассматриваемое обычно как вязкопластическое течение пород в виде выдавливания их в выработку под действием горного давления. Пучение преимущественно наблюдается в подготовительных выработках-штреках. По данным Б. В. Смирнова, в Донецком, Кузнецком и Печорском бассейнах наличием заметного пучения характеризуются, соответственно, 54%, около 27% и более 17% общего числа штреков, находящихся в зоне влияния очистных выработок. Процесс развития деформаций пород в почве выработок может рассматриваться как аналог процесса ползучести.

определяет горный удар как хрупкое разрушение предельно напряженных пород или

угля, окружающих горную выработку, возникающее при определенных напряженно-деформированных состояниях, когда нарастание напряжений, вызываемое горнотехническими и геологическими факторами, опережает их релаксацию, связанную с пластическим деформированием, и сопровождается разлетом части разрушенных пород, сотрясением и колебанием значительного объема горного массива в окрестности очага разрушения.
Горные удары и внезапные выбросы угля и газа представляют собой грозную опасность при горных работах. Разрушение горных пород и угля при этих явлениях носит характер внезапного взрыва, сопровождающегося сильным гулом, сотрясениями и воздушным ударом. В результате крепь выработок повреждается или полностью разрушается, выработки завали­ваются выброшенной породой и углем, а породы кровли, ослаб­ленные ударом, теряют свою устойчивость и часто обрушаются.
Горному удару обычно предшествуют усиление горного давления на целики и крепь выработок, выпучивание почвы и выдавливание целиков.

и способности их накапливать энергию упругой деформации. Они наблюдаются на

участках максимальных концентраций напряжений в момент их мгновенного перераспределения при нарушении сплошности высокопрочных пород кровли. Интенсивная дислоцированность пород благоприятствует данным явлениям. Внезапные удары большой силы наблюдаются в калийных рудниках и при извлечении оставленных целиков в угольных шахтах.

Типы горных ударов:
/—4 — зоны (/ — глыбовая, 2 — интенсивной трещиноватостн, 3 — трещиноватост(г 4~ разрушений); 5 —условно ненарушенный массив (уголь); 6 — прочные упругие породы; 7 —пластичные породы

разрывы угольного пласта, способствуют появлению внезапных выбросов. Частота внезапных выбросов

возрастает в пределах пласта с увеличением углов падения и мощности. Обводненность пород ослабляет явление внезапного выброса угля и газа. Ослабевают они и с повышением газоносности.

Схема горного удара комбинированного типа:
/ — песчаник; 2—уголь; 3 —сланцы; 4—6 — зоны (4 — интенсивной трещиноватости, 5 обрушения, 6 — трещиновзтость); 7 — разрушенные сланцы

ископаемых, интенсивные откачки подземных вод для водоснабжения, добычи нефти и

газа резко изменяют природную гидрогеологическую обстановку массивов горных пород.
Наибольшее влияние оказывает депрессионное уплотнение на прочностные свойства тонкозернистых, пылеватых, глинистых песков и глин. При уменьшении влажности глинистых пород происходит повышение свободной поверхностной энергии на границе раздела твердой и жидкой фаз, исчезают переходные диффузные слои, значительно возрастает величина сцепления.
Изменения напряженного состояния породного массива в результате снижения гидростатических напоров в основном определяют деформации как дренируемых, так и контактирующих с ними пластов. На участках производства водопонизительных работ депрессионные воронки занимают огромные площади и обычно имеют незначительные уклоны, что обусловливает в основном вертикальные линейные деформации пластов, т. е. осадки.