Направление работ по изучению гидрогеологических условий месторождения

В карьерах и шахтах, вскрывающих месторождения ниже уровня грунтовых вод, наряду с геологической документацией необходимо произ­водить систематическую гидрогеологическую документацию, детальное изучение общей трещиноватости пород и руд, а также сильно трещинова­тых и карстовых зон, последние часто имеют решающее влияние на обвод­ненность месторождений и развитие оползневых явлений в карьерах.

Независимо от степени сложности гидрогеологических условий место­рождения в процессе его разведки, а также от геологического и гидрогеоло­гического изучения прилегающего района должны быть с той или иной степенью детальности и достоверности выявлены и уточнены:

площади распространения водоносных горизонтов, условия их за­легания, области питания и дренажа, литологический состав слагающих их пород и основные особенности режима подземных и поверхностных вод;

положение месторождения по отношению к ближайшим рекам и во­доемам, возможность фильтрации или прорыва вод из них в горные выра­ботки.

размер ожидаемых водопритоков в горные выработки, включая глубокие горизонты месторождения и мероприятия но борьбе с подземными водами.

возможные изменения режима подземных и поверхностных вод в процессе эксплуатации месторождения и связанные с ними изменения водопритоков;

возможности предварительного осушении рудных тел с целью улучшения условии производства горных работ:

возможные варианты расширения водоснабжения предприятия;

инженерно-геологические условия на участке месторождения.

В дальнейшем все полученные данные уточняются на основе специаль­ных гидрогеологических работ, наблюдений при эксплуатационных раз­ведках, систематической гидрогеологической документации в процессе эксплуатации месторождения и стационарных наблюдении за режимом подземных и поверхностных вод.

Гидрогеологические наблюдения в карьере или шахте включают:

систематическую регистрацию общего притока воды, установление сезонных колебаний и других закономерностей количественного и каче­ственного изменения водопритока;

регистрацию водопритоков из отдельных толщ или массивов гор­ных пород, отдельных зон, горизонтов, участков и забоев месторождения, а также выявление закономерности изменения водопритока с глубиной, скорости дренировании водоносных горизонтов, вскрытых горными выра­ботками и дренажными сооружениями;

установление характера водопритоков в отдельных пунктах место­рождения и зависимости их от строения пород и тектонической их нарушенности;

регистрацию уровней воды в специальных наблюдательных скважинах, если они на руднике имеются;

регистрацию отметок появления воды в скважинах эксплуатационной разведки, устанавливающихся уровней в них, фактов потерь нагне­таемой в скважины воды, наблюдения за развитием депрессионной воронки, возникающей при откачке воды из горных выработок;

установление температур грунтовых вод и степени их минерализации;

регистрацию уровней воды в соседних с карьером или шахтой источниках и водоемах;

изучение сильно трещиноватых и карстовых зон, степени их обводненности, взаимосвязи и связи их с водоемами;

специальное изучение общей трещиноватости руд и пород, слагающих месторождение.

Для выполнения этих задач рудничный геолог или гидрогеолог орга­низует систематическое изучение колебаний уровней воды в специальных наблюдательных скважинах и горных выработках, расположенных в пре­делах эксплуатируемого шахтного поля и прилегающих к нему участков месторождения.

Главное внимание необходимо уделять изучению выходов подземных вод в горные выработки и установлению их приуроченности к тому или иному литологическому горизонту пород. Выходы подземных вод, пред­ставляющие наибольший интерес в гидрогеологическом отношении, под­вергаются специальному изучению (дебит воды, ее температура и химический состав в различные периоды года).

Все результаты гидрогеологических наблюдений должны фиксиро­ваться в специальном журнале гидрогеологических наблюдений, где от­мечаются размеры притоков и характер поступления подземных вод в горные выработки, постепенное увеличение водопритоков в горные вы­работки или появление значительных масс подземных вод после производ­ства буровзрывных работ.

Наряду с этим в журнале гидрогеологических наблюдений отме­чается интенсивность капежа, площадь его распространения и другие водопроявления, устанавливаемые в пределах горных выработок.

Гидрогеологические наблюдения в горных выработках следует сопро­вождать геологическими зарисовками обнажений в местах выходов под­земных вод, отражать эти наблюдения на погоризонтных геологических планах и разрезах.

При наличии на руднике различных дренажных устройств, например дренажных скважин, сквозных и забивных фильтров, колодцев и пр., устанавливают постоянное наблюдение за их дебитом, температурой и хи­мизмом вод. Результаты наблюдений за дренажными устройствами фикси­руют в журнале гидрогеологических наблюдений.

Правильное определение водопритоков в горные выработки имеет большое практическое значение, так как на основе этих данных разраба­тываются профилактические меры по борьбе с рудничными водами.

Наиболее часто основная масса воды в штреках поступает на груди забоя, а в квершлагах обычно из всех частей выработки на всем их протя­жении. Для определения количества воды, поступающей в горные выра­ботки, недалеко от забоя последних проходят неглубокий зумпф, в который собирается вода. Откачка воды из этого зумпфа насосом необходимой производительности позволит определить водоприток в горные выработки за любой отрезок времени.

Другой способ определения дебита подземного источника заключается в устройстве водосливов треугольной, трапецеидальной или прямоугольной формы, в которых замеряют высоту вытекающей струи воды. Таким образом определяют сечение струи и по таблицам в гидрогеологических и гидротехнических справочниках находят размер дебита.

Размер общего притока воды в карьер или шахту определяют замерами в пункте сброса его из водоотливных труб при помощи водосливов, напол­нением сосудов известной емкости, по регистрации времени работы водо­отливных насосов (при известной их производительности) или, наконец, по скорости заполнения водосборника при выключении насосов (при известной емкости водосборника или известном его сечении).

Данные систематических определений притока воды в карьер или шахту оформляют в виде графиков, по оси абсцисс которых откладывают те или иные отрезки времени (сутки, недели, месяцы), а по оси ординат— средние притоки воды в карьер за соответствующие отрезки времени. Эти графики отражают сезонные колебания притоков, повышение притоков при покрытии новых нижележащих горизонтов месторождения или при вскрытии трещиноватых и карстовых зон, а также колебания, связан­ные с ливневыми явлениями и т. п. Даты этих явлений с указанием их ха­рактера отмечают на графиках.

Количество воды, поступающей из отдельных толщ, массивов, зон, участков и забоев, определяют при помощи водосливов или путем прибли­женной визуальной оценки отдельных притоков, чаще всего в процентах от суммарного притока в карьер. Эти данные можно указывать на графи­ках общего притока в карьер.

Данные о притоках воды из отдельных толщ, массивов горных пород и отдельных трещинных зон месторождения и сведения о характере исте­чения воды из них позволяют прогнозировать возможные водопритоки по мере развития горных работ и вскрытия водонасыщенных участков.

Уровни воды в скважинах и колодцах определяют замеряя хлопуш­ками расстояния до воды от устья этих выработок, а в водоемах регистри­руют по специально установленным рейкам. Полученные абсолютные от­метки уровней воды в различных точках месторождения на определенную дату оформляют в виде карты гидроизогипс, по которой устанавливается характер депрессионной воронки, связанной с откачкой воды из карьера.

Серия последовательно (во времени) составленных карт гидроизогипс позволяет установить направление и скорость развития депрессионной воронки и уточнить прогнозы в отношении дальнейших водопритоков в карьер или шахту.

Температуры грунтовых вод в различных пунктах их истечения определяют непосредственным замером, степень минерализации - соответствующими химическими анализами. Измерение температур воды в неглубоких скважинах производят при помощи так называемого родникового термометра, а в глубоких скважинах - специальным глубинным термометром, рассчитанным на большие давления. Для этих целей исполь­зуют также герметически закрывающиеся термометрические гильзы, в ко­торых помещают ленивые или максимальные термометры. Измерение тем­пературы воды фонтанирующих скважин, а также воды при откачках производят па дневной поверхности путем погружения родникового тер­мометра или термометра без оправы в струю воды.

Наблюдения за температурой грунтовых вод и степенью минерализации помогают решить вопросы о взаимосвязи отдельных горизонтов грун­товых вод, о связи грунтовых вод с поверхностными водами в водоемах, источниках и т. п. Регистрация уровней воды в соседних с карьером или шахтой источниках и водоемах устанавливает наличие или отсутствие их связи с грунтовыми водами и помогает предотвратить внезапный про­рыв воды и катастрофическое затопление карьера или шахты.

При гидрогеологических наблюдениях рудничный геолог (гидрогео­лог) должен уделить особое внимание изучению гидрогеологических осо­бенностей различных тектонических нарушений (трещин, сбросов, кли­важа и др.), так как они нередко являются местом прорыва напорных под­земных вод и плывунов.

При изучении сильно трещиноватых тектонических зон регистрируют элементы их залегания, мощность и состав пород в пределах этих зон, наличие зияющих трещин, характер истечения воды из этих зон, углы откоса, образуемые породами, слагающими эти зоны, прослеживают, насколько это представляется возможным, зоны по простиранию и падению, устанавливают характер взаимного пересечения таких зон в карьере, выясняют наличие их связи с различными водоносными горизонтами и поверхностными водоемами и т. п.

В условиях карбонатных пород тектонические трещинные зоны часто сопровождаются карстами, которые могут быть заполнены обломочным и глинистым материалом или только водой. Объемы таких карстов или серии карстов вдоль трещинной зоны могут достигать многих сотен тысяч, а иногда и миллионов кубических метров, и неожиданное вскрытие их карьером или подземными выработками может повести к временному затоплению выработок. Поэтому трещиноватые и карстовые зоны стара­тельно прослеживаются и изучаются как в ходе разведочных, так и эксплу­атационных работ.

Для установления зон максимальной трещиноватости и закарстованности известняков широко применяются также геофизические методы (электропрофилирование, электрозондирование и каротаж скважин).

Изучение трещиноватости пород и установление максимально трещи­новатых и карстовых зон имеет большое практическое значение для вы­яснения характера движения подземных вод, поскольку позволяет при про­ходке горных выработок заблаговременно принимать профилактические меры против затопления их водой. С этой целью рекомендуется проходку забоя горной выработки опережать скважинами или глубокими шпурами, задаваемыми веерообразно.

При изучении гидрогеологических условий месторождения нельзя ограничиваться только наблюдениями за водопроявлениями в горных вы­работках рудника. Для многих месторождений количество водопритока в подземные горные выработки находится в прямой зависимости от харак­тера поверхности месторождений. В связи с этим рудничный геолог (гид­рогеолог) должен нанести на геологическую карту месторождения все места возможного скопления атмосферных осадков (канавы, ямы, шурфы, карьеры, озера, болота и др.), расположенные в пределах эксплуатиру­емого шахтного поля.

Таким образом, для правильного определения гидрогеологических условий месторождения необходимо иметь полные данные о водопроявлениях как в подземных горных выработках, так и на поверхности место­рождения.