О факторах, влияющих на гидрохимический и гидрологический режимы гидросферы при эксплуатации угольных шахт Западного Донбасса
Приведены некоторые результаты исследовании гидрохимических и гидрологических характеристик поверхностных и подземных вод Западного Донбасса. Предложена модель формирования гидрохимических и гидрологических режимов гидросферы, основанная на анализе интегрального воздействия технологических процессов...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Екологія і природокористування |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем природокористування та екології НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57409 |
| 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: | О факторах, влияющих на гидрохимический и гидрологический режимы гидросферы при эксплуатации угольных шахт Западного Донбасса / И.Н. Подрезенко, И.А. Краснопольский // Екологія і природокористування. — 2010. — Вип. 13. — С. 154-163. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860107378499780608 |
|---|---|
| author | Подрезенко, И.Н. Краснопольский, И.А. |
| author_facet | Подрезенко, И.Н. Краснопольский, И.А. |
| citation_txt | О факторах, влияющих на гидрохимический и гидрологический режимы гидросферы при эксплуатации угольных шахт Западного Донбасса / И.Н. Подрезенко, И.А. Краснопольский // Екологія і природокористування. — 2010. — Вип. 13. — С. 154-163. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Екологія і природокористування |
| description | Приведены некоторые результаты исследовании гидрохимических и гидрологических характеристик поверхностных и подземных вод Западного Донбасса. Предложена модель формирования гидрохимических и гидрологических режимов гидросферы, основанная на анализе интегрального воздействия технологических процессов при эксплуатации шахт и особенностей проявления взаимодействия сил тяжести и гравитационной упругости как факторов, определяющих динамику и масштаб изменения характеристик водных ресурсов территории.
Наведені деякі результати досліджень гідрохімічних та гідрологічних характеристик поверхневих і підземних вод Західного Донбасу. Запропонована модель формування гідрохімічних і гідрологічних режимів гідросфери, яка заснована на аналізі інтегрального впливу технологічних процесів при експлуатації шахт і особливостей прояву взаємодії сил ваги й гравітаційної пружності як факторів, що визначають динаміку та масштаб зміни характеристик водних ресурсів території.
Authors provide some results of hydrochemical and hydrological characteristics of open and underground waters of West Donbas. They proposed the model of hydrochemical and hydrological mode of hydrosphere formation, which is based on the analysis of integral influence of technological processes at the mines exploitation and peculiarities of gravity forces and gravity resiliency interconnection as factors, which determine dynamics and scale of territory water resources characteristics.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:32:24Z |
| format | Article |
| fulltext |
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2010, Випуск 13
155
УДК 22.3:504.06
И.Н. Подрезенко,
И.А. Краснопольский
О ФАКТОРАХ ВЛИЯЮЩИХ
НА ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ
И ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ
РЕЖИМЫ ГИДРОСФЕРЫ ПРИ
ЭКСПЛУАТАЦИИ УГОЛЬНЫХ
ШАХТ ЗАПАДНОГО ДОНБАССА
Институт проблем природопользования и экологии НАН Украины, Днепропетровск
Наведені деякі результати досліджень гідрохімічних та гідрологічних характеристик
поверхневих і підземних вод Західного Донбасу. Запропонована модель формування
гідрохімічних і гідрологічних режимів гідросфери, яка заснована на аналізі інтеграль-
ного впливу технологічних процесів при експлуатації шахт і особливостей прояву вза-
ємодії сил ваги й гравітаційної пружності як факторів, що визначають динаміку та ма-
сштаб зміни характеристик водних ресурсів території.
Приведены некоторые результаты исследований гидрохимических и гидрологиче-
ских характеристик поверхностных и подземных вод Западного Донбасса. Предложена
модель формирования гидрохимических и гидрологических режимов гидросферы, ос-
нованная на анализе интегрального воздействия технологических процессов при экс-
плуатации шахт и особенностей проявления взаимодействия сил тяжести и гравитаци-
онной упругости как факторов, определяющих динамику и масштаб изменения харак-
теристик водных ресурсов территории.
Постановка проблемы
Техногенное воздействие на окружаю-
щую среду в горнодобывающих районах яв-
ляется разносторонним и широкомасштаб-
ным.
Примерами такого воздействия на гидро-
сферу Западного Донбасса являются:
· сброс шахтных вод в поверхностные
водотоки;
· инфильтрация из прудов-накопителей
и хвостохранилищ;
· нарушение гидродинамического и
гидрохимического режима подземных вод;
· растворение и вынос поверхностными
водами вредных компонентов с отвалов
шахтных пород и рекультивация этими по-
родами подтопленных территорий;
· генетически связанное с выемкой по-
род и угля проседание земной поверхности;
· засоление почв.
В изучении механизма формирования
водных потоков, аккумулирующих влияние
природной и техногенной среды важное ме-
сто принадлежит исследованиям природы
явлений, предопределяющих возникновение
сил, инициирующих динамические процес-
сы (сдвижение породных массивов, просе-
дание поверхности, режим подземных вод,
засоление почв и др.).
Связь проблемы с гравитационными силами
Известно, что изменение земной коры,
форм земной поверхности и развитие Земли
в целом происходит под действием различ-
ного рода глубинных и поверхностных про-
цессов, к числу которых принадлежит дей-
ствие гравитационных сил [1].
Исследования показывают, что природа
© Подрезенко, И.Н.,
Краснопольский И.А., 2010
проявлений динамических явлений в земной
коре и, в частности, массивах горных пород,
в т.ч. находящимся под техногенным воз-
действием обусловлена не только известной
гравитационной составляющей – силой тя-
жести, но и не менее значимой силой – гра-
витационной упругости [2-4]. Схематично
действие силы гравитационной упругости
рассматривается как действие силы уравно-
вешивающей силу тяжести. В свою очередь
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2010, Випуск 13
156
значения силы тяжести зависит от тепловой
энергии генерируемой внутри и на поверх-
ности Земли. Фактор взаимодействия сил
гравитационной упругости (Fг.у.) и тяжести
(Fт.), например, при выемке горных пород,
откачке вод из горных выработок и водоза-
борных скважин определяют результаты
проявления техногенной нагрузки в измене-
нии свойств подземных и поверхностных
вод, а также массивов горных пород не
только в пределах шахтных полей, но и за их
пределами.
Методы и постановка задач
Объектом исследований служит гидро-
сфера Западного Донбасса, формирующееся
под воздействием техногенных нагрузок.
Согласно теоретических построений [2-4]
сила гравитационной упругости и сила тя-
жести в ненарушенных природном состоя-
нии уравновешивают друг друга:
Fг.у. = Fт или Кг.ж. × R = mg;
где Кг.ж. – гравитационная жесткость; R -
радиус планеты; m - масса планеты; g - ус-
корение свободного падения.
При нарушении горного массива скважи-
ной это взаимодействие особенно четко про-
является для водоносных горизонтов, где
Fг.у. обуславливает напорный характер этих
горизонтов.
Ведение горных работ, а также техноло-
гическое водопонижение приводит к сниже-
нию напора водоносных горизонтов и соот-
ветствующему уменьшению Fг.у..
Взаимодействие Fг.у. с силой тяжести
предопределяет динамику формирования и
размеры депрессионной воронки, проявле-
нием которой является проседание земной
поверхности. Проседание земной поверхно-
сти будет происходить тогда, когда вес вы-
шележащих пород увеличится настолько,
что приведет к нарушению равновесного
состояния и обусловит изменение физико-
механических характеристик в горном мас-
сиве. Повышенное давление на границе про-
седания обусловит подпор подземных вод
сразу же за депрессионной воронкой. Таким
образом реализуется уравновешивание сил
гравитационной упругости и силы тяжести.
Количественная оценка взаимодействия
данных сил при отработке угольных пластов
и шахтном водоотливе для определения ве-
личин проседания и методов борьбы с этим
явлением требует специальных исследова-
ний.
Согласно вышеуказанной природе взаи-
модействия сил при отработке угольных
пластов приток воды будет происходить с
вышележащих водоносных горизонтов в
районе развития депрессионной воронки за
счет увеличения трещиноватости пород в ре-
зультате проседания земной поверхности
(увеличение силы тяжести за счет уменьшения
взвешенной силы при понижении уровня (на-
пора) подземных вод), так и с нижележащих
горизонтов за счет раскрытия трещин под
действием силы гравитационной упругости.
Исходя из того, что нижние водоносные гори-
зонты более минерализованы, то по измене-
нию минерализации и количеству шахтного
водоотлива мы можем косвенно судить о про-
седании земной поверхности. Интенсивный
поток воды в горные выработки менее мине-
рализованной воды будет указывать на увели-
чение проседания земной поверхности. Под-
ток более минерализованной воды с нижних
горизонтов будет свидетельствовать о стаби-
лизации процесса проседания.
Вне зоны депрессионной воронки в резуль-
тате гравитационного подпора произойдет
увеличение напора как грунтовых, так и под-
земных вод. Величина этого напора будет за-
висеть от многочисленных геолого-
гидрологических факторов. Главные из них:
уклон и направление потока подземных и
грунтовых вод, фильтрационные свойства
вмещающих пород, тектоническая нарушен-
ность района, дренирование подпора вод по-
верхностными водотоками. Но именно в этой
зоне при наличии повышенной трещиновато-
сти пород может произойти переток более
минерализованной воды из нижележащих во-
доносных горизонтов в вышележащие (вплоть
до грунтовых вод).
Основываясь на представлении о взаимо-
действии Fг.у. и силы тяжести, применительно
к условиям Западного Донбасса нами рас-
сматривалась:
· природная (фоновая) минерализация и
минерализация шахтных вод при вводе шах-
ты в эксплуатацию;
· изменение шахтного водоотлива и ми-
нерализации шахтных вод в период эксплуа-
тации шахт;
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2010, Випуск 13
157
· фоновый (природный) напор подзем-
ных вод и напор подземных вод в условиях
техногенно нарушенного их режима;
· связь полученных результатов с
уменьшением (увеличением) расхода и ми-
нерализации вод р. Самара.
Обсуждение результатов
Ранее были описаны гидродинамические
и гидрохимические особенности формиро-
вания подземных вод Западного Донбасса
[2]. При этом была установлена гидрохими-
ческая зональность в районах сброса юве-
нильных вод Украинского щита, располо-
женных в зонах глубинных разломов. Ана-
лиз химического состава подземных вод до
строительства шахт Западного Донбасса по-
казывает, что в зонах гидравлически связан-
ных водоносных горизонтов, расположен-
ных вне зоны влияния глубинных разломов,
минерализация воды в каменноугольных
водоносных горизонтах, не превышает 3-4
г/л, в среднем составляя 1,9 – 2,5 г/л (лево-
бережье реки Самара).
Сама же минерализация постепенно воз-
растает в северно-восточном направлении до
35 г/л с увеличением «закрытости» подзем-
ных вод. При этом необходимо отметить,
что в долине реки Самара (до строительства
шахт) происходит самоизлив для визейско-
го, триас-юрского, букчакского и киевского
водоносных горизонтов, где пьезометриче-
ский уровень воды устанавливался выше
поверхности земли на 1,5-5 м. Это свиде-
тельствует о том, что в районе долины реки
Самара данные водоносные горизонты в
природном состоянии не имели прямой гид-
равлической связи с рекой Самара. Повы-
шение уровня подземных вод каменно-
угольных водоносных горизонтов через три-
четыре месяца после паводка свидетельству-
ет о наличии горизонтальной гидравличе-
ской связи данных горизонтов в районе р.
Самара.
Для букчакско-киевских отложений по-
вышение пъезометрического уровня воды
происходит быстрее (через 10-20 дней после
паводка). Отдельно в этом случае надо рас-
сматривать зоны глубинных разломов, где
вышеперечисленные водоносные горизонты
имеют прямую гидравлическую связь друг с
другом и с поверхностными водотоками, в
т.ч. и с водами р. Самара. Но эта гидравли-
ческая связь носит неравномерный характер,
обусловливающий свой вклад в изменение
минерализации р. Самара.
Таким образом классифицируются че-
тыре типа гидравлических связей: 1) ак-
тивная гидравлическая связь водоносных
горизонтов («открытые» угольные пла-
сты); 2) горизонтальная гидравлическая
связь, осуществляемая через районы, где
существует прямая гидравлическая связь
с водоносными горизонтами («полуот-
крытые» угольные пласты); 3) гидравли-
ческая связь между водоносными гори-
зонтами и водами покровных отложений
отсутствует («закрытые» угольные пла-
сты) и 4) прямая гидравлическая связь
между водоносными горизонтами и по-
верхностными водами в зонах сброса
ювенильных вод Украинского щита (рас-
положенных «пятнисто» вдоль глубинных
разломов).
В Западном Донбассе было введено в
эксплуатацию одиннадцать шахт: «Юби-
лейная», «Степная», «Першотравнева»
(расположенные в зоне активной гидрав-
лической взаимосвязи с водами посткар-
боновых отложений), «Сташкова», «Тер-
новская», «Павлоградская», «Днепров-
ская», «Благодатная», «Самарская», «За-
падно-Донбасская», «Героев Космоса»
(расположенных в зонах, где отрабатыва-
ются угольные пласты «закрытого» и «по-
лузакрытого» типа).
Анализ данных по минерализации
шахтных вод шахтного водоотлива при
вводе шахт в эксплуатацию (рисунок 1)
показывает, что минерализация шахтных
вод в зоне активной гидравлической взаи-
мосвязи водоносных горизонтов (левобе-
режные шахты) составляет 1,9-3,4 г/л, в
зоне, где отрабатываются угольные пла-
сты «полузакрытого типа» - 3,8-21,0 г/л, а
в зоне, где отрабатываются угольные пла-
сты «закрытого типа» (шахты: «Благодат-
ная», «Героев Космоса», «Западно-
Донбасская») – 24,8 - 29,0 г/л.
В нашем случае фоновая (природная)
минерализация подземных вод, опреде-
ляемая по данным геологоразведки, сов-
падает с минерализацией шахтных вод в
начале ввода шахт в эксплуатацию.
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2010, Випуск 13
158
Рисунок 1 - Гидрогеологическая схема Западного Донбасса.
1 – тектонические нарушения; 2 – докембрий; 3 – девон; 4-6 - границы распространения
угольных пластов; 7 – водозабор; 8 – минерализация шахтных вод
В качестве примера о совпадении природ-
ных значений минерализации с минерализа-
цией шахтных вод при вводе шахт в эксплуа-
тацию возьмем шахту «Юбилейная» и шахту
«Героев Космоса». Шахта «Юбилейная»
расположена на территории, где каменно-
угольные водоносные горизонты имеют тес-
ную гидравлическую связь с бучакско-
киевским и харьковским водоносными гори-
зонтами. Воды каменноугольных отложений
на поле шахты по данным геологической раз-
ведки относятся к хлоридно-сульфатно-
натриевым водам с повышенным содержани-
ем катионов Ca2+ и Mg2+. Их минерализа-
ция составляет 2,0 -2,5 г/л с общей жестко-
стью 10 - 20 мг-экв/л. В начале эксплуатации
шахтные воды имели минерализацию 2,2.-3,5
г/л хлоридно-сульфатно-натриевого состава с
общей жесткостью до 25 мг-экв/л.
Шахта «героев Космоса» расположена в
зоне отработки углей «закрытого» типа.
В начале эксплуатации шахтные воды
хлоридно-натриевого состава с минерализа-
цией 25.8 г/л с повышенным содержанием
ионов Ca2+ и Mg2+. По скважине 4094, про-
буренной в районе шахтного поля до начала
ввода в действия шахты, минерализация
нижнекарбонового водоносного горизонта
составила 24,8 г/л. Воды хлоридно-
натриевого состава с повышенным содержа-
нием Ca2+ и Mg2+.
Приведенные примеры, как и общий ана-
лиз минерализации шахтных вод и фоновой
минерализации подземных вод (до ввода
шахт в эксплуатацию), подтверждают зако-
номерность увеличения их минерализации в
направлении «закрытости» бассейна и указы-
вают на то, что в начале ввода шахт в дейст-
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2010, Випуск 13
159
вие минерализация шахтных вод была при-
родной.
Таким образом, на основе сведений о
природной минерализации шахтных вод в
начале ввода шахт в эксплуатацию, рас-
смотрев в динамике по годам изменение
шахтного водоотлива и минерализации дан-
ных вод, можно сформулировать представ-
ление о проседании земной поверхности при
отработке угольных пластов.
Максимальные притоки воды имеют ле-
вобережные шахты р. Самара. Здесь уголь-
ные пласты и песчаники имеют выход под
бучакско-киевский водоносный горизонт,
являющийся основным источником обвод-
нения шахт. Притоки в горные выработки
этих шахт осуществляются за счет вод, за-
ключенных в разрабатываемых пластах угля
и песчаниках непосредственной кровли. В
зонах влияния тектонических нарушений
угольные пласты и вмещающие их породы
имеют повышенную трещиноватость. Тре-
щины являются основным проводником во-
ды, по которым она просачивается вниз, вы-
зывая размокания и расслоения пород, что
является причиной обвалов кровли.
Анализ показывает, что в Павлоградско-
Петропавловском районе эндогенные тре-
щины представлены взаимно перпендику-
лярными системами. Относительно угле-
вмещающей толщи они ориентированы по
простиранию и падению диагонально. Вы-
деляется четыре системы эндогенных тре-
щин. Первая система ориентирована в на-
правлении близком к простиранию угле-
вмещающей толщи. Вторая система перпен-
дикулярная первой и ориентирована по па-
дению углевмещающей толщи. Третья и
четвертая системы являются диагональными
и между собой они также взаимно перпен-
дикулярны. Однако, в отдельно взятой шах-
те во вмещающих породах проявляется
лишь одна из систем трещин развитых в
границах шахтного поля. Наоборот, в уголь-
ных пластах мы наблюдаем, как правило,
две взаимно перпендикулярные системы их
проявления - основной и торцевой. Основ-
ная система простирается с северо-запада на
юго-восток, торцевая – перпендикулярно
основной. Эндогенные трещины секут по-
родные пласты на отдельные блоки, не свя-
занные между собой или имеющие незначи-
тельные силы сцепления, которые под дей-
ствием собственного веса способны легко
обрушаться в горные выработки шахт. Оп-
тимальными условиями для их обрушения
является ориентировка наиболее выражен-
ной системы трещин параллельно линии за-
боя. Открытые трещины являются провод-
никами воды по которым она мигрирует в
пределах трещиноватых пластов пород и
углей. При обнажении такого пласта вода по
трещинам проникает в горные выработки в
виде обильного капежа и струй. В качестве
примера приведем данные по минерализа-
ции подземных открытых водотоков шахты
«Юбилейной», опробованных в 1989 г. Во-
да, поступающая сверху по трещинам в от-
рабатываемый пласт C6 имеет минерализа-
цию 1,23-2,82 г/л, содержание ионов Cl- - от
245,7 мг/л до 701,9 мг/л, SO2-
4 - от 390,4 –
912,5 мг/л; Na++K+ - 60,7 – 606,0 мг/л; Mg2+
- 73,0-187,3 мг/л; Ca2+ - 136,3-244,5 мг/л.
Сам расход подземных водотоков сверху
пласта C6 изменяется от 10 до 122 м3/час.
При подтоке воды непосредственно из
угольного пласта C6 минерализация резко
возрастает до 10,93 г/л, содержание ионов
становится Cl- - от 5265,0 мг/л; SO2-
4 - 974,6
мг/л; Na++K+ - 3609,2 мг/л; Mg2+ - 182,4
мг/л и Ca2+ - 176,4 мг/л. Расход этого водо-
тока составляет 2 м3/ч. Несомненно, что в
данном случае существует подток минера-
лизационной воды из нижних углевмещаю-
щих пород по трещиноватым зонам.
Естественно предположение о том, что
увеличение минерализации шахтного водо-
отлива будет свидетельствовать как о подто-
ке вод с нижележащих горизонтов, так и об
увеличении глубин разработки угольных
пластов.
Анализ показывает, что для шахты
«Юбилейная» в 1966-1967 гг. среднегодовая
минерализация составляла 3,1 г/л, а средне-
годовая величина шахтного водоотлива 41
м3/ч, соответственно:
1968 г. - 2,7 г/л и 136 м3/ч;
1969-1970 гг. - 2,5 г/л и 260 м3/ч;
1971-1973 гг. - 2,23 г/л и 441 м3/ч;
1974-1980 гг. - 2,10 г/л и 633 м3/ч;
1981-1986 гг. - 1,65 г/л и 867 м3/ч;
шахта «Першотравнева»
1963-1968 гг. - 2,35 г/л и 228 м3/ч;
1969-1976 гг. - 2,13 г/л и 473 м3/ч;
1977-1986 гг. - 3,06 г/л и 418 м3/ч;
шахта «Степная»
1963-1966 гг. - 1,85г/л и 223 м3/ч;
1967-1976 гг. - 1,65 г/л и 909 м3/ч;
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2010, Випуск 13
160
1977 г. - 1,9 г/л и 1134 м3/ч;
1978 г. - 2,6 г/л и 1239 м3/ч;
1979 г. - 2,8 г/л и 1180 м3/ч;
1980-1983 гг. - 3,1 г/л и 1037 м3/ч;
1984-1986 гг. - 3,05 г/л и 864 м3/ч.
Интенсивность проседания земной по-
верхности в пределах шахтных полей осу-
ществлялась следующим образом. Нараста-
ние шахтного водоотлива и уменьшение ми-
нерализации в течение исследуемого перио-
да идентифицировалось с опусканием зем-
ной поверхности. Увеличение минерализа-
ции шахтных вод при постоянстве водоот-
лива или его уменьшении оценивалась как
стабилизация режима проседания. Резкое
увеличение водоотлива с уменьшением ми-
нерализации вод характеризовалась нами
как периоды наиболее интенсивного просе-
дания земной поверхности в пределах шахт-
ного поля [4-6]. Оценка интенсивности про-
седании земной поверхности в пределах
шахтных полей позволяет установить сле-
дующее. Для шахты «Юбилейная» наиболее
интенсивное проседание земной поверхно-
сти происходило в 1969, 1971, 1974 и 1981
годах; шахты «Першотравнева» - в 1969 го-
ду; шахты «Степная» - 1977, 1977-1979 го-
дах; шахты «Сташкова» в 1982 году нача-
лось интенсивное проседание земной по-
верхности; шахты «Терновская» - с 1982
года. При ведении горных работ на шахте
«Павлоградская» - происходило постепен-
ное трещинообразование и плавное просе-
дание земной поверхности. Такие же явле-
ния характерны и для шахт «Днепровская» и
«Благодатная». Для шахты «Самарская» на-
чало более интенсивного проседания земной
поверхности наблюдается с 1986 года. Для
полей шахт «Западно-Донбасская» и «Геро-
ев Космоса» проседание земной поверхно-
сти в период исследования не наблюдается.
Это связано с тем, что производительность
шахтного водоотлива не обеспечивает (при
данной технологии отработки угольных пла-
стов) достаточного уменьшения силы гра-
витационной упругости горного массива и,
соответственно, увеличения веса вышеле-
жащих пород для нарушения их физико-
механических взаимосвязей. Дальнейшее
развитие исследований в данном направле-
нии заключается в определении площадей
отработки угольных пластов, соответст-
вующих условиям более интенсивного про-
седания земной поверхности. Это позволит
определить размеры и положение охранных
целиков для решения геоэкологической про-
блемы, связанной с подтоплением и засоле-
нием сельскохозяйственных угодий.
Опускание земель в пойме р. Самара, вы-
званное подработкой ее угольными шахтами
совместно с действием водозаборов, приво-
дит не только к нарушению режима реки, но
и к существенному изменению гидрогеоло-
гической обстановки на прилегающей тер-
ритории. Залегание пород продуктивной
толщи осложнено большим количеством
тектонических нарушений. Эти нарушения
вследствие кольматации трещин продуктами
разрушения пород являются обычно водоне-
проницаемыми. Весь комплекс каменно-
угольных отложений в целом оказывается
разбитым на замкнутые горсты и грабены –
открытые или закрытые водоносные зоны,
изолированные в гидродинамическом отно-
шении друг от друга. В результате шахтного
водоотлива и действия водозаборов проис-
ходит уменьшение силы гравитационной
упругости и увеличение веса горных пород,
приводящих к гравитационном сжатию по-
род в районах депрессионных воронок и
увеличению подпора вод сразу же за их гра-
ницами. Увеличение подпора подземных вод
за пределами депрессионных воронок при-
водит к раскрытию трещин в зонах повы-
шенной трещиноватости и перетоку более
минерализованных вод глубоких горизонтов
в вышележащие водоносные горизонты.
Рассмотрим приведенные выше положе-
ния на конкретных примерах. К югу от Пер-
вомайского водозабора и левобережных
шахт для бучакско-киевского водоносного
горизонта вначале идет понижение уровня
подземных вод (скв. 7571а, 14754, 14752,
14743, 6374, 5566а, 15242 и др.), которое
сменяется их повышением (скв. 14739,
23454, 15586 и др.). Отметим, что повыше-
ние уровня подземных вод в сравнении с
фоновым (природным) в бучакско-киевском
горизонте в скв. 14739 составило 2,0 м. На
севере от левобережных шахт повышение
уровня подземных вод бучакско-киевского
горизонта отмечено в районе скв. 5513а и
14725.
Для харьковского горизонта повышение
уровня подземных вод (по сравнению с их
природным уровнем) охватывает более об-
ширную территорию, как с южной, так и
северной части от депрессионной воронки
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2010, Випуск 13
161
левобережных шахт. Увеличивается и ве-
личина напора вод по сравнению с бучак-
ско-киевским водоносным горизонтом. Так
величина повышения уровня подземных
вод харьковского горизонта в скважине
14739 составила 3,4 м, что больше на 0,5
м, чем для бучакско-киевского водоносно-
го горизонта. Гидравлическая взаимосвязь
харьковского водоносного горизонта с
грунтовыми водами обеспечила также ре-
гиональный подъем уровня грунтовых вод
и ухудшения состояния земель вне зоны
ведения горных работ.
Изменение уровня подземных вод харь-
ковского и бучакско-киевского водоносно-
го горизонтов под влиянием Светлогор-
ского и Самарского водозаборов и шахтно-
го водоотлива (рисунок 2) имеет ту же
природу. Увеличение величины напора
подземных вод в районе шахты «Сташко-
ва», где для харьковского водоносного го-
ризонта величина напора их выше, чем для
бучакско-киевского водоносного горизон-
та. При этом региональное повышение
уровня воды харьковского водоносного
горизонта дренируется рекой Самара. Гид-
равлическая связь харьковского водонос-
ного горизонта с грунтовыми водами в
данном регионе общеизвестна. Следова-
тельно, опреснение реки Самара на участ-
ке с. Петровка – с. Богуслав обусловлено
дренированием ею регионального повы-
шенного напора пресных грунтовых вод и
подземных вод харьковского горизонта.
Уменьшение расхода реки на этом участке
обусловлено фильтрацией воды через тре-
щиноватые зоны в горные выработки в
процессе подработки р. Самара.
Рисунок 2 - Схема изменения уровня подземных вод Западного Донбасса под влиянием
водозаборов и шахтного водоотлива
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2010, Випуск 13
162
Несколько иная картина наблюдается на
участке реки балка Свидовок – с.Вербки. В
этом районе уклон потока харьковского во-
доносного горизонта в 5,5-6,8 раза больше, а
уклон потока киевско-бучакского водонос-
ного горизонта в 5,7-6,8 раза больше, чем
уклон потоков указанных водоносных гори-
зонтов в районе левобережных шахт, Свет-
логорского и Самарского водозаборов. Про-
веденные исследования свидетельствуют об
увеличении подтока вод на участке реки
с. Богуслав – с. Вербки, которое не обеспе-
чивается водоотливом правобережных шахт.
Очевидно, этот дополнительный подток вод
образуется за счет более интенсивной раз-
грузки напорных вод, обусловленной грави-
тационными процессами. Т.е. региональное
повышение здесь грунтовых и подземных
вод дренируется интенсивнее за счет боль-
ших уклонов их потока. Сама разгрузка но-
сит пульсационный характер, что приводит
к значительным размахам в колебаниях ми-
нерализации реки в районе с.Вербки. Пуль-
сационный характер изменения минерализа-
ции воды р.Самара связан как с поочеред-
ным снятием и восстановлением региональ-
ного подъема вод так и с постоянным разви-
тием горных работ в этом районе. Одинако-
вый характер регионального повышения
уровня вод, относительно природного за
границей депрессионных воронок для грун-
товых вод, харьковского и бучакско-
киевского водоносных горизонтов свиде-
тельствует об вытеснении вод на границах
депрессионных воронок. Объяснить это яв-
ление за счет поверхностных вод водохра-
нилищ затруднительно ввиду того, что су-
ществует региональный водоупор между
харьковским и бучакско-киевским водонос-
ными горизонтами.
Таким образом, достаточно обоснованно
предположение, что за счет гравитационного
сжатия создается региональное повышение
уровня грунтовых и подземных вод за пре-
делами депрессионных воронок, образую-
щихся в результате действия водозаборов и
шахтного водоотлива. При этом, как и пре-
жде под гравитационным сжатием пород
подразумевается уменьшение силы гравита-
ционной упругости и увеличение веса пород
в районе депрессионных воронок и, как
следствие этого процесса, увеличение дав-
ления на их границах и образования регио-
нального повышения уровней грунтовых и
подземных вод сразу же за границами де-
прессионной воронки.
Выводы
Знание природы проявления взаимодейст-
вия силы гравитационной упругости и силы
тяжести в сочетании с учетом особенностей
эксплуатации шахт дает возможность прогно-
зирования и предупреждения экологических
последствий, связанных с гидрологическими и
гидрохимическими режимами гимдросферы, в
частности угледобывающих регионов.
Перечень ссылок
1. Геологический словарь. – М.: Недра, 1960. - Т. 1.– 402 с.
2. Подзеренко И.Н., Сердюк Я.Я. Применение гипотезы о проявлении сил гравитационной
упругости при решении геоэкологических задач на примере Западного Донбасса // Екологія і
природокористування. – Дніпропетровськ, 2007. – Вип. 10. – С. 179-182.
3. Краснопольский И.А., Подрезенко И.Н., Уварова Л.И. Об особенностях изменений харак-
теристик гравитационного поля Земли и возможности их влияния на устойчивость природных
экологических систем // Екологія і природокористування. – Дніпропетровськ, 2008. – Вип. 11. –
С. 24-29.
4. Краснопольський И.А., Подрезенко И.Н., Уварова Л.И. Взаимодействие сил тяжести и
гравитационной упругости, как основная причина гидростатического равновесия Земли // Ма-
териалы международной научной конференции «Математичні проблеми технічної механіки –
2009». – Дніпродзержинськ-Дніпропетровськ, 2009. – С. 191-193.
5. Оценка влияния горнодобывающей промышленности на экологическую обстановку в
Днепропетровской области: Отчет ДГИ / Науч. Рук. А.Г. Шапарь. – Днепропетровск, 1992. –
218 с.
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2010, Випуск 13
163
6. Комплексная оценка экологической ситуации в области, прогноз ее изменения, разработка
и поэтапная реализация мониторинга оздоровления окружающей среды: Отчет ИППЭ НАНУ /
Науч. рук. А.Г. Шапарь. – Днепропетровск, 1994. – 79 с.
I.N. Podrezenko,
I.A. Krasnopol’skiy
ABOUT FACTORS WHICH INFLUENCE
HYDROCHEMICAL AND HYDROLOGICAL
MODE OF HYDROSPHERE AT THE
DONBAS COAL MINES EXPLOTATION
The Institute of Nature Management Problems and Ecology
of National Academy of Sciences of Ukraine
Authors provide some results of hydrochemical and hydrological characteristics of open
and underground waters of West Donbas. They proposed the model of hydrochemical and
hydrological mode of hydrosphere formation, which is based on the analysis of integral influ-
ence of technological processes at the mines explotation and peculiarities of gravity forces and
gravity resiliency interconnection as factors, which determine dynamics and scale of territory
water resources characteristics.
Надійшла до редколегії 21 квітня 2010 р.
Рекомендовано членом редколегії канд.геол.-мін.наук Я.Я. Сердюком
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-57409 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0010 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:32:24Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут проблем природокористування та екології НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Подрезенко, И.Н. Краснопольский, И.А. 2014-03-08T17:57:14Z 2014-03-08T17:57:14Z 2010 О факторах, влияющих на гидрохимический и гидрологический режимы гидросферы при эксплуатации угольных шахт Западного Донбасса / И.Н. Подрезенко, И.А. Краснопольский // Екологія і природокористування. — 2010. — Вип. 13. — С. 154-163. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. XXXX-0010 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57409 22.3:504.06 Приведены некоторые результаты исследовании гидрохимических и гидрологических характеристик поверхностных и подземных вод Западного Донбасса. Предложена модель формирования гидрохимических и гидрологических режимов гидросферы, основанная на анализе интегрального воздействия технологических процессов при эксплуатации шахт и особенностей проявления взаимодействия сил тяжести и гравитационной упругости как факторов, определяющих динамику и масштаб изменения характеристик водных ресурсов территории. Наведені деякі результати досліджень гідрохімічних та гідрологічних характеристик поверхневих і підземних вод Західного Донбасу. Запропонована модель формування гідрохімічних і гідрологічних режимів гідросфери, яка заснована на аналізі інтегрального впливу технологічних процесів при експлуатації шахт і особливостей прояву взаємодії сил ваги й гравітаційної пружності як факторів, що визначають динаміку та масштаб зміни характеристик водних ресурсів території. Authors provide some results of hydrochemical and hydrological characteristics of open and underground waters of West Donbas. They proposed the model of hydrochemical and hydrological mode of hydrosphere formation, which is based on the analysis of integral influence of technological processes at the mines exploitation and peculiarities of gravity forces and gravity resiliency interconnection as factors, which determine dynamics and scale of territory water resources characteristics. ru Інститут проблем природокористування та екології НАН України Екологія і природокористування Еколого-орієнтовані та ресурсозберігаючі технології, поводження з відходами О факторах, влияющих на гидрохимический и гидрологический режимы гидросферы при эксплуатации угольных шахт Западного Донбасса About factors which influence hydrochemical and hydrological mode of hydrosphere at the Donbas coal mines exploitation Article published earlier |
| spellingShingle | О факторах, влияющих на гидрохимический и гидрологический режимы гидросферы при эксплуатации угольных шахт Западного Донбасса Подрезенко, И.Н. Краснопольский, И.А. Еколого-орієнтовані та ресурсозберігаючі технології, поводження з відходами |
| title | О факторах, влияющих на гидрохимический и гидрологический режимы гидросферы при эксплуатации угольных шахт Западного Донбасса |
| title_alt | About factors which influence hydrochemical and hydrological mode of hydrosphere at the Donbas coal mines exploitation |
| title_full | О факторах, влияющих на гидрохимический и гидрологический режимы гидросферы при эксплуатации угольных шахт Западного Донбасса |
| title_fullStr | О факторах, влияющих на гидрохимический и гидрологический режимы гидросферы при эксплуатации угольных шахт Западного Донбасса |
| title_full_unstemmed | О факторах, влияющих на гидрохимический и гидрологический режимы гидросферы при эксплуатации угольных шахт Западного Донбасса |
| title_short | О факторах, влияющих на гидрохимический и гидрологический режимы гидросферы при эксплуатации угольных шахт Западного Донбасса |
| title_sort | о факторах, влияющих на гидрохимический и гидрологический режимы гидросферы при эксплуатации угольных шахт западного донбасса |
| topic | Еколого-орієнтовані та ресурсозберігаючі технології, поводження з відходами |
| topic_facet | Еколого-орієнтовані та ресурсозберігаючі технології, поводження з відходами |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/57409 |
| work_keys_str_mv | AT podrezenkoin ofaktorahvliâûŝihnagidrohimičeskiiigidrologičeskiirežimygidrosferypriékspluataciiugolʹnyhšahtzapadnogodonbassa AT krasnopolʹskiiia ofaktorahvliâûŝihnagidrohimičeskiiigidrologičeskiirežimygidrosferypriékspluataciiugolʹnyhšahtzapadnogodonbassa AT podrezenkoin aboutfactorswhichinfluencehydrochemicalandhydrologicalmodeofhydrosphereatthedonbascoalminesexploitation AT krasnopolʹskiiia aboutfactorswhichinfluencehydrochemicalandhydrologicalmodeofhydrosphereatthedonbascoalminesexploitation |