Сохранение водного баланса на нарушенных открытыми горными работами территориях
Розглянуто особливості формування гідрорежиму на територіях, які нарушено відкритими гірничими роботами. Запропоновано напрямки та технічні рішення, що забезпечать збереження природного стану на прилеглих територіях. Peculiarities of formation water regime in areas that violations open cast mining....
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54156 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Сохранение водного баланса на нарушенных открытыми горными работами территориях / Е.А. Бубнова // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 45-54. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-54156 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Бубнова, Е.А. 2014-01-30T14:46:11Z 2014-01-30T14:46:11Z 2012 Сохранение водного баланса на нарушенных открытыми горными работами территориях / Е.А. Бубнова // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 45-54. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54156 622.834 : 622.882 Розглянуто особливості формування гідрорежиму на територіях, які нарушено відкритими гірничими роботами. Запропоновано напрямки та технічні рішення, що забезпечать збереження природного стану на прилеглих територіях. Peculiarities of formation water regime in areas that violations open cast mining. Directions and technical solutions that will ensure the preservation of the natural state of the surrounding areas. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Сохранение водного баланса на нарушенных открытыми горными работами территориях Saving water balance of disturbed areas surface mining Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Сохранение водного баланса на нарушенных открытыми горными работами территориях |
| spellingShingle |
Сохранение водного баланса на нарушенных открытыми горными работами территориях Бубнова, Е.А. |
| title_short |
Сохранение водного баланса на нарушенных открытыми горными работами территориях |
| title_full |
Сохранение водного баланса на нарушенных открытыми горными работами территориях |
| title_fullStr |
Сохранение водного баланса на нарушенных открытыми горными работами территориях |
| title_full_unstemmed |
Сохранение водного баланса на нарушенных открытыми горными работами территориях |
| title_sort |
сохранение водного баланса на нарушенных открытыми горными работами территориях |
| author |
Бубнова, Е.А. |
| author_facet |
Бубнова, Е.А. |
| publishDate |
2012 |
| language |
Russian |
| container_title |
Геотехническая механика |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Saving water balance of disturbed areas surface mining |
| description |
Розглянуто особливості формування гідрорежиму на територіях, які нарушено відкритими гірничими роботами. Запропоновано напрямки та технічні рішення, що забезпечать збереження природного стану на прилеглих територіях.
Peculiarities of formation water regime in areas that violations open cast mining. Directions and technical solutions that will ensure the preservation of the natural state of the surrounding areas.
|
| issn |
1607-4556 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/54156 |
| citation_txt |
Сохранение водного баланса на нарушенных открытыми горными работами территориях / Е.А. Бубнова // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 45-54. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT bubnovaea sohranenievodnogobalansananarušennyhotkrytymigornymirabotamiterritoriâh AT bubnovaea savingwaterbalanceofdisturbedareassurfacemining |
| first_indexed |
2025-11-27T08:12:53Z |
| last_indexed |
2025-11-27T08:12:53Z |
| _version_ |
1850807796336951296 |
| fulltext |
"Геотехническая механика" 45
УДК 622.834 : 622.882
Е.А. Бубнова, к.т.н., ст. науч. сотр.
(ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины)
СОХРАНЕНИЕ ВОДНОГО БАЛАНСА НА НАРУШЕННЫХ
ОТКРЫТЫМИ ГОРНЫМИ РАБОТАМИ ТЕРРИТОРИЯХ
Розглянуто особливості формування гідрорежиму на територіях, які нарушено відкритими
гірничими роботами. Запропоновано напрямки та технічні рішення, що забезпечать збереження
природного стану на прилеглих територіях.
SAVING WATER BALANCE OF DISTURBED AREAS SURFACE
MINING
Peculiarities of formation water regime in areas that violations open cast mining. Directions and
technical solutions that will ensure the preservation of the natural state of the surrounding areas
С интенсивным развитием экономики и промышленности все острее стано-
вится вопрос обеспечения экологической безопасности и рационального земле-
пользования. Одним из самых проблемных вопросов в этой области остается на-
рушение природного состояния окружающей среды. Поэтому проблема восста-
новления естественных свойств всех компонентов окружающей среды становится
все актуальнее.
К основным жизнеобеспечивающим ресурсам относятся водные и земельные.
Они же подвергаются значительным изменениям в ходе ведения хозяйственной
деятельности.
Наиболее развитыми отраслями промышленности в Украине, вносящими зна-
чительные изменения в природное состояние всех компонентов окружающей
среды, являются горнодобывающая и горноперерабатывающая отрасли промыш-
ленности.
Вопросы уменьшения разрушения и восстановления земельных ресурсов и
водной среды в настоящее время решаются лишь проведением малоэффективной
рекультивации.
Исследованиями доказано, что большую роль в формировании границ зон на-
рушенной среды играют гидрогеологическое строение горного массива, гидроло-
гический режим вскрытых подземных вод и поверхностных потоков, а также
технические мероприятия, направленные на урегулирование гидрорежима и
обеспечение безопасности ведения горных работ [1-4].
Образование и наличие в пределах естественной среды нарушенной и техно-
генной оказывает отрицательное влияние на естественные гидрогеологические
условия, что проявляется в изменении области питания, движения и разгрузки
подземных вод, образовании и деформировании достаточно больших по площади
депрессионных воронок. Это в свою очередь приводит к нарушению режима по-
верхностных и подземных вод, деформациям и оседанию земной поверхности,
подтоплению и заболачиванию [3-5], изменению качества подземных вод, сни-
жению плодородия земель, снижению урожайности с/х культур, усыханию и ги-
бели насаждений.
Это происходит по следующим ниже кратко изложенным причинам.
Выпуск № 103 46
1. При подземной разработке в результате ведения горных работ и об-
разования мульды сдвижения истощаются водоносные горизонты четвертич-
ных отложений и палеоген-неогеновой системы. После осадки горных пород
в мульде сдвижения, происходит их уплотнение на 30% больше от первона-
чального состояния, водные потоки частично изменяют свое направление и
начинается подъем уровня подземных вод или заболачивание отдельных уча-
стков.
2. При открытой разработке фронтом горных работ пересекаются основ-
ные потоки подземных и поверхностных вод, что приводит к нарушению
гидрорежима (дренирование и осушение водоносных горизонтов, препятст-
вие естественному поверхностному и подземному стоку), и как следствие к
развитию оползневых процессов на уступах и бортах карьеров (отвалов)
3. Внутренние отвалы по существующей технологии формирования не
имеют гидравлической связи с природной средой, уложенные породы имеют
нарушенную структуру. Таким образом, такая техногенная среда, располага-
ясь в окружении природной геологической среды, является преградой, кото-
рая препятствует движению подземных и поверхностных вод, что может при-
водить к оползневым процессам и поднятию уровня подземных вод.
4. Внешние отвалы влияют на движение поверхностных и подземных
вод, поскольку зачастую располагают в балках или оврагах, т.е. в местах, где
обычно происходит разгрузка подземных и поверхностных вод, что приводит
к подтоплению и оползням.
5. Шламонакопители, хвостохранилища, шламохранилища и др. в боль-
шинстве случаев располагают в балках, оврагах и т.п., что уже в самом начале
эксплуатации приводит к существенному нарушению режима подземных и
поверхностных вод.
Горные породы в процессе открытой разработки испытывают нарушения, пе-
ремешивание и перемещение. В результате изменяются некоторые их механиче-
ские и физико-механические свойства. При сравнении физических свойств пород
в ненарушенной и нарушенной геологических средах было установлено, что объ-
емный вес лессовидних суглинков уменьшился на 0,34, глинистых пород и крас-
но-бурых суглинков на 0,25 и песчаных отложений на 0,15. Уменьшение объем-
ного веса горных пород, отсыпанных в отвалы, обусловлено увеличением общей
пористости лесовидних суглинков на 10-14%, глинистых пород и красно-бурых
суглинков на 7-11% и песчаных отложений на 5-6 %. Средняя пористость глини-
стых пород в нарушенном состоянии оказалась меньше на 50 % при сравнительно
высоких значениях объемного веса (1,37-1,43 г/см
3
). Грунты с такими величинами
пористости и объемного веса, созданием грунтовой корки в верхнем плодород-
ном слое, отсутствием достаточной водопрочности структуры и проявлением
общей усадки расцениваются как неудовлетворительные для обработки боль-
шинства сельскохозяйственных культур. Изменение указанных свойств пород
также влияет на водный баланс территорий, примыкающих к нарушенным гор-
ными работами землям.
При разделении геологической среды на три категории: природная, нарушен-
"Геотехническая механика" 47
ная и техногенная [6-7] можно выделить основные нарушения водного баланса и
гидрорежима и параметры его определяющие.
На контакте природной и нарушенной среды возможны следующие измене-
ния водного режима:
1) Нарушение естественной связи пород;
2) Перетекание вод вышележащих водоносных горизонтов в нижележащие;
3) Перераспределение гидростатического и гидродинамического давления;
4) Фильтрация или инфлюация вод атмосферных осадков;
5) Формирование депрессионной воронки и осушенных участков;
6) Формирование зон подтопления и заболачивания;
7) Снижение защитной способности верхней зоны геологической среды
вследствие сокращения толщины ненасыщенных пород (зоны аэрации) и ускоре-
ние эрозия грунтов со снижением их плодородия.
В техногенной среде в области водообменных процессов происходит сле-
дующее:
1) Формирование новых водоносных слоев и горизонтов;
2) Перераспределение гидростатического и гидродинамического давления;
3) Фильтрация или инфлюация вод атмосферных осадков, технических вод;
4) Практически полная зарегулированность поверхностного стока с сущест-
венным снижением естественной дренированности и устойчивым подъемом
уровней грунтовых вод, что активизирует развитие процессов подтопления и пе-
реувлажнения верхней зоны пород, со следующим снижением их прочности и
развитием опасных оползневых, карстовых и других процессов.
В таблице 1 на основании выполненного анализа сгруппированы факторы и
параметры, влияющие на водообменные процессы и гидрорежим в геологической
среде.
Как отмечено выше, пористость грунтов влияет на их плодородие, а также
на обеспечение гидрорежима.
Причинами нарушения пористости грунтов является их переэкскавация.
Это обусловленное следующим. Материнской породой плодородных черноземов
являются лессы, пористость которых составляет 40-55 %. При этом поровое про-
странство лѐссовых пород характеризуется присутствием трех типов пор: макро-
пор, межзерновых и межагрегатных микропор, внутриагрегатных микропор.
Наиболее крупными являются макропоры, имеющие трубчатую форму с диамет-
ром 0,05 - 0,5 мм. Некоторые ученые считают, что макропоры - следы корней рас-
тений. Однако сейчас существует мнение, что большая часть макропор представ-
ляет собой своеобразные магистральные каналы, образовавшиеся в результате
преимущественно вертикальной миграции воды и газов. Они обычно хорошо
видны невооруженным глазом и пронизывают лѐссовую породу в вертикальном
направлении. Такие породы легко уплотняются с потерей пористости при меха-
ническом воздействии на них и под собственным весом.
Другим свойством грунтов, которое отвечает за их плодородие и гидроре-
жим является способность удерживать воду. Способность удерживать воду явля-
ется основополагающей для плодородия, так как корни получают питание в виде
Выпуск № 103 48
растворенных минеральных солей. С нарушением физических свойств способ-
ность удерживать воду изменяется: в одних случаях почва становится сухой, в
других – чрезмерно увлажненной, что превращает ее в трясину не способную
обеспечивать доступ воздуха к корням растений.
Таблица 1 – Влияющие параметры на водообменные процессы в естественной,
нарушенной и техногенной средах
В естественной среде В нарушенной среде
В техногенной среде
Тип пород и грунтов и условия их залегания
Гранулометрический состав пород, физ.-мех. свойства (пористость, водопроницаемость,
осадочность)
Коэффициент фильтрации
Коэффициент насыщения
Область питания. Положение контуров питания. Среднегодовой сток
Тип и мощность водоносных горизонтов, условия питания и разгрузки. Скорость движения
вод
Наличие и параметры поверхностных водных объектов (водотоков, водоемов)
Кол-во атмосферных осадков
Инфильтрация или инфлюация
Условия и тип землеполь-
зования
Система разработки ме-
сторождений
Способ укладки пород
(шламов)
Наличие в пределах об-
ласти питания нарушенных
и/или техногенных сред
Площадь нарушенных
земель
Расположение техноген-
ного объекта по отношению к
естественной и / или нару-
шенной среде (в плане и в
разрезе)
Конфигурация участков
нарушенной среды
Конфигурация техноген-
ного объекта
Горно-геологические ус-
ловия добычи полезного ис-
копаемого (глубина, выни-
маемая мощность, угол зале-
гания, скорость подвигания)
Условия залегания (угол
наклона, мощность, высота
слоев)
Осушение участков, оро-
шение полей
Параметры осушения Параметры осушения
Размеры депрессионной
воронки
Размеры техногенной
среды в плане
"Геотехническая механика" 49
Таким образом, основные технические решения по рекультивации земель
для сельскохозяйственного использования должны быть направлены на восста-
новление гидрорежима грунтов, их пористости и способности удерживать воду.
При рекультивации необходимо восстановить естественное залегание водонос-
ных горизонтов. Это возможно несколькими способами: закладка дренажной сис-
темы; закладка искусственных водоносных горизонтов на уровне естественных;
восстановление водопроницаемости пород до естественного состояния с создани-
ем системы накопления и движения дождевых вод и вод систем орошения и ис-
кусственного питания. В ИГТМ НАН Украины предложены способы восстанов-
ления гидрорежима грунтов [8-9].
Как отмечено ранее, гидрорежим нарушенной геологической среды обу-
славливается не только новыми (сформированными) свойствами пород, но и па-
раметрами окружающей природной геологической среды и условиями размеще-
ния в ней нарушенных пространств. Исходя из этого, при открытом способе раз-
работки полезных ископаемых рекомендуется в качестве основных технических
решений по сохранению свойств пород в природной среде, примыкающей к на-
рушенной, осуществлять перехват потоков подземных вод до их подхода к гра-
ницам карьера и отвод в соответствующие им водоносные горизонты за предела-
ми конечных контуров карьера.
Параметры такой технологии зависят от глубины карьера, количества,
мощности и глубины залегания вскрываемых водоносных горизонтов, располо-
жения в плане карьерного поля по отношению к направлению потока подземных
вод.
Далее приведены основные схемы предлагаемых геотехнических решений
по обеспечению сохранности природного гидрорежима при ведении открытых
горных работ и эксплуатации внешних отвалов.
На рис. 1 приведена схема карьера ЮГОКа и прилегающей к нему терри-
тории. Движение подземных вод направлено с северо-запада на юго-восток. С
восточной стороны вблизи карьера протекает р. Ингулец, куда разгружаются по-
верхностные и частично подземные воды. Карьер вскрывает два водоносных го-
ризонта (грунтовых вод и палеоген-неогеновых отложений). Для данных условий
предлагается следующее решение. На поверхности на расстоянии 500-600 м от
западной границы карьера при помощи специализированной техники осуществ-
ляется закладка водосборной дрены для сбора грунтовых вод, которые по этой
дрене самотеком перемещаются на юг за пределы зоны влияния карьера, откуда
при помощи нескольких водоотводящих коллекторов отводятся в водоносных го-
ризонт грунтовых вод, т.е. тот самый горизонт, с которого осуществляется пере-
хват. В карьере на горизонте, скрывающем подземные воды палеоген-неогеновых
отложений закладывается открытый водосборный лоток, по которому воды пе-
ремещаются к насосной станции, с которой откачиваюся по трубопроводу в пруд-
накопитель и в последствии по системе трубопроводов закачиваются в верти-
кальные скважины, пробуренные на тот же водоносный горизонт за пределами
карьера со стороны выхода подземных вод. Функционирование такой системы
Выпуск № 103 50
позволит сохранить водный баланс подземных вод на прилегающей к карьеру
территории. Данная система может применяться на любом карьере с учетом осо-
бенностей территории. Если поток подземных вод направлен в карьер со стороны
нерабочего борта, дренажную систему по перехвату грунтовых вод необходимо
закладывать на расстоянии 500-700 м от соответствующе границы карьера. Если
поток грунтовых вод направлен в карьер со стороны рабочего борта – указанную
дренажную систему необходимо закладывать на расстоянии не менее 100 м от
проектируемой границы конечного контура карьера.
При вскрытии карьером нескольких водоносных горизонтов, глубина зале-
гания которых превышает 10 м, перехват подземных вод осуществляется откры-
тыми дренажными лотками в пространстве карьера и отводится в систему сква-
жин на данный водоносный горизонт. Для обеспечения сохранности гидрохими-
ческого режима подземных вод, отводимые с различных водоносных горизонтов
воды не должны смешиваться.
На рис. 2 приведена схема карьера Завалльевского графитового месторож-
дения, особенность эксплуатации которого заключается в том, что со сторо-
ны западного и северо-западного бортов карьер пересекается поток поверхно-
стных вод, в результате чего на указанных бортах развиваются оползневые
процессы [7]. Карьер вскрывает один водоносный горизонт.
Для обеспечения сохранности гидрорежима и безопасной эксплуатации карь-
ера рекомендуется закладка поверхностного открытого дренажного лотка для пе-
рехвата поверхностных вод и отвода их при помощи насоса и трубопровода в
обустраеваемый пруд-отстойник, откуда осветленные воды перекачиваются в ре-
ку Южный Буг, протекаемую со стороны западного борта карьера. Так как поток
подземных вод направлен с северо-востока и востока на юго-запад и запад, то в
пространстве карьера на горизонте, вскрывающем водоносные породы предлага-
ется обустроить водосборный лоток, по которому вода самотекам движется к на-
сосной станции, посредством которой перекачивается в скважины, пробуренные
за пределами границ карьера в южной части на тот же водоносный горизонт. Та-
кая схема позволяет избежать подтопления бортов карьера и формирования
оползней, а также сохранить природный гидрорежим территории (без формиро-
вания обширной депрессионной воронки).
На рис. 3 приведена схема отвала Анновского карьера. Условия эксплуата-
ции отвала осложнены интенсивным воздействием поверхностного стока, кото-
рый направлен под основание отвала с западной его стороны. В результате под-
топления западного борта и выдавливания грунтовых вод с нагруженных легких
лессовых пород поверхности земли, которые являются основанием отвала, тело
отвала насыщено водой, т.е. в нем сформировались техногенные водоносные го-
ризонты. В результате этого образуются оползни на западном откосе отвала и за-
падном борту прилегающего к нему Анновского карьера СевГОКа.
"Геотехническая механика" 51
Выпуск № 103 52
"Геотехническая механика" 53
Выпуск № 103 54
Формирование вдоль западного борта отвала открытого дренажного лотка
обеспечит перехват поверхностных вод и непоступление их под основание отва-
ла. Перехваченные поверхностные воды насосом подаются в пруд-накопитель.
Для осушения тела отвала предусматривается вертикальный дренаж, заложенный
с поверхности первого яруса на глубину равную высоте яруса. По поверхности
яруса вертикальные дрены соединяются водосборным лотком, по которому вода
перемещается к насосной станции, откуда откачивается в пруд-накопитель по
трубопроводу. Данное техническое решение обеспечивает безопасную эксплуа-
тацию обводненного отвала.
В настоящее время дренажные системы карьеров и отвалов предусматри-
вают только улавливание и откачивание подземных и поверхностных вод для
обеспечения условий безопасной работы карьеров. Предлагаемые технические
решения позволят не только решать эти проблемы, но и регулировать гидроре-
жим с сохранением водного баланса территории, что предотвратит оползнеобра-
зование, подтопление площадей и обезвоживание водоносных горизонтов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Четверик, М.С. Определение оседаний земной поверхности при водопонижении, обезвоживании водоносных
горизонтов / М.С. Четверик, Е.А. Бубнова, Е.В. Андрощук, Г.Ф. Гаврюк// Металлургическая и горнорудная про-
мышленность.- Днепропетровск, 2003.- № 6.- С. 74-76.
2. Четверик, М.С. Оседание земной поверхности при водопонижении и потопление территорий горнодобы-
вающих регионов / М.С. Четверик, Е.А. Бубнова // Науково-технічний збірник. Кривий Ріг, КТУ, 2004. -Вип. 86.- С.
31-36.
3. Четверик, М.С. Влияние нарушения геологической среды при горных работах на подтопление территорий /
М.С. Четверик, Е.А. Бубнова, Л.И. Уварова// Металлургическая и горнорудная промышленность.- Днепропетровск,
2005, № 4. - С. 80-83.
4. Четверик, М.С. Влияние нарушения геологической среды на подтопление территорий и образование депрес-
сионной воронки при выемке полезных ископаемых / М.С. Четверик, Е.А. Бубнова, В.П.Кулак // Матеріали
міжнародної конференції Форум гірників – 2008. - Дніпропетровськ: Національний гірничий університет, 2008. –
С.226-233.
5. Четверик, М.С. О причинах подтопления городов Марганец и Орджоникидзе / М.С. Четверик, Е.А. Бубнова //
Геотехническая механіка: Межвед. сб. научн. трудов.- Днепропетровск, 2004, Вып. 48 .- С. 171-176.
6. Бубнова, Е.А. Классификация нарушенной и техногенной геологических сред / Е.А. Бубнова // Геотехниче-
ская механика: Межвед. сб. научн. трудов.- Днепропетровск, 2010, Вып. 89 .- С. 19-28.
7. Четверик, М.С. Формирование техногенной геологической среды и ее взаимосвязь с природной / М.С. Четве-
рик, Е.А. Бубнова // Вісник Криворізького технічного університету: Збірник наукових праць. - Кривий Ріг, Вип. 25,
2010. - С. 83-87.
8. Бубнова, О.А. Відновлення властивостей порушених гірничими роботами земель / О.А. Бубнова// Геотехни-
ческая механіка: Межвед. сб. научн. трудов.- Днепропетровск, 2011, Вып. №94 .- С. 17 – 23.
9. Четверик, М.С. Нарушение геологической среды при горных разработках и пути ее восстановления
/М.С.Четверик, Е.А. Бубнова, Н.М. Стеценко / Маркшейдерия и недропользование, 2008. - № 4(36).–С.58–60.
|