Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Строительная теплофизика
Прочность сплавов
Основания и фундаменты
Осадочные породы
Прочность дорог
Минералогия глин
Краны башенные
Справочник токаря
Цементный бетон




13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017


13.07.2017





Яндекс.Метрика
         » » Гидрогеологические и инженерно-геологические исследования месторождений нерудных полезных ископаемых

Гидрогеологические и инженерно-геологические исследования месторождений нерудных полезных ископаемых

26.09.2017

Основной целью гидрогеологического и инженерно-геологического изучения месторождения является сбор и обработка материалов, обосновывающих возможность составления технически правильного и экономически целесообразного проекта безопасной его разработки.
Знание гидрогеологических и инженерно-геологических особенностей разведуемого месторождения обеспечивает также правильную и безопасную проходку разведочных выработок. В ряде случаев содержащиеся на месторождении подземные воды могут сами по себе представлять практический интерес как источник технического или хозяйственно-питьевого водоснабжения, что требует оценки обводненности месторождения не только с точки зрения его осушения, но и с точки зрения хозяйственного использования подземных вод.
Основными факторами, обусловливающими гидрогеологические и инженерно-геологические условия разработки месторождения, являются: 1) наличие на месторождении или вблизи его границ поверхностных водотоков или водоемов; 2) мощность и литологический состав пород, наличие в них водоносных горизонтов и взаимосвязи между ними; 3) напоры подземных вод на кровлю и почву полезного ископаемого; 4) физико-механические свойства песчано-глинистых пород, степень трещиноватости и закарстованности скальных пород как самой полезной толщи, так и вмещающих ее отложений; 5) степень изоляции полезного ископаемого водоупорными породами; 6) наличие тектонических нарушений; 7) характер современного и погребенного древнего рельефа; 8) намечаемая система разработки месторождения.
По степени сложности гидрогеологических и инженерно-геологических условий все месторождения твердых полезных ископаемых принято разделять на четыре группы.
1. Месторождения с простыми гидрогеологическими и инженерно-геологическими условиями. Эти месторождения характеризуются залеганием почвы полезного ископаемого выше местного базиса эрозии или ниже его, но в тех случаях, когда физико-географические и геолого-тектонические условия не благоприятны для интенсивного питания и накопления подземных вод, а расчетные водотоки в подземные горные выработки или карьер не превышают 100—200 м3/ч; слагающие месторождение породы устойчивы. Освоение месторождений этой группы не требует разработки специальных осушительных мероприятий и мер, направленных на предотвращение проседания или обвалов кровли, оползней, селей и т. д.
2. Месторождения со средней сложностью гидрогеологических и инженерно-геологических условий. Для месторождений этой группы характерно залегание почвы полезного ископаемого ниже местного базиса эрозии, а физико-географические и горно-тектонические условия благоприятны для питания подземных вод; отсутствие связи водоносных горизонтов с поверхностными водотоками и водоемами; наличие в кровле полезного ископаемого рыхлого обломочного водоносного материала мощностью до 10—15 м. Водопритоки в подземные горные выработки или карьер могут достигать 200—500 м3/ч. Освоение месторождений этой группы требует проведения относительно небольших мероприятий по предварительному осушению или снижению напора подземных вод и обычно не вызывает осложнений, связанных с инженерно-геологическими свойствами пород.
3. Месторождения со сложными гидрогеологическими и инженерно-гелогическими условиями разработки. Физико-географические и геолого-тектонические условия этих месторождений благоприятны для накопления значительных количеств подземных вод в рыхлообломочном материале; на поверхности месторождения или вблизи его границ имеются водотоки или водоемы; водопритоки в горные выработки или карьер могут достигать 500—1000 м3/ч; породы, вмещающие полезное ископаемое, не устойчивы и обладают слабой водоотдачей. Для нормальных условий вскрытия и разработки месторождений этой группы требуется проведение предварительных и систематических мероприятий по осушению или снижению напора подземных вод и специальные мероприятия по поддержанию устойчивости вскрываемых пород.
4. Месторождения с очень сложными гидрогеологическими и инженерно-геологическими условиями разработки. Характеризуются они наличием в кровле полезного ископаемого мощной (50—100 и более м) толщи водоносных пород, представленных преимущественно рыхлообломочным материалом; наличием на поверхности месторождения или вблизи его границ крупных водотоков и водоемов; водопритоки в подземные горные выработки или карьеры достигают 1000—2000 м3/ч. Промышленное освоение месторождений этого типа требует проведения большого объема работ по осушению или снижению напора подземных йод, причем проведение этих работ осложняется неблагоприятными инженерно-геологическими свойствами пород (слабая водоотдача, частое переслаивание водопроницаемых и водоупорных пород и т. д.). He исключаются возможности оползней, обвалов и т. д.
Сложность гидрогеологических и инженерно-геологических условий месторождений обусловливает различную методику и объемы проведения этих работ.
В общем случае они сводятся к наблюдениям за уровнем воды и состоянием стенок горных выработок и буровых скважин в процессе их проходки и после окончания. Такие наблюдения должны производиться на месторождениях всех четырех групп и на всех стадиях геологоразведочного процесса. В более сложных гидрогеологических и инженерно-геологических условиях на стадии поисково-оценочных работ и предварительной разведки месторождения производятся кратковременные пробные откачки с последующим наблюдением за восстановлением уровня воды.
При детальной разведке производят опытные откачки, обычно на три понижения (раздельно для вскрышных пород и полезного ископаемого), а при большой их мощности и существенных различиях в литологическом составе — для каждой литологической разновидности. Эти откачки продолжаются до получения постоянного дебита на каждом понижении. В стадию детальной разведки как правило оборудуется также куст скважин из одной опытной и двух-трех наблюдательных скважин. При наличии в районе разведуемого месторождения эксплуатируемых месторождений, находящихся в аналогичной гидрогеологической обстановке, следует собрать сведения о степени обводненности этих месторождений, а также о применяемых мероприятиях по их осушению, использование которых с одной стороны позволит более правильно запроектировать объем и характер гидрогеологических работ на разведуемом месторождении, а с другой — повысить достоверность полученных на нем гидрогеологических данных. На разрабатываемых месторождениях необходимо производить наблюдения за водоотливом в течение всего периода разведочных работ, а также режимные наблюдения за характером изменения уровней и состава подземных вод при разработке месторождения.
В процессе проведения разведочных работ необходимо обследовать и опробовать существующие в районе месторождения источники водоснабжения.
При разведке месторождений, расположенных в районах развития многолетнемерзлых пород, необходимо установить горизонты межмерзлотных и подмерзлотных вод, определить их дебит и химический состав.
Объем гидрогеологических исследований (количество кратковременных и пробных откачек, их продолжительность и т. д.) зависит от сложности гидрогеологических условий разработки месторождения и определяется проектом работ.
В результате гидрогеологических исследований на месторождениях, подготовленных для промышленного освоения, должны быть выявлены, изучены и оценены потенциальные ресурсы подземных и поверхностных вод, которые могут участвовать в обводнении эксплуатационных горных выработок или могут быть использованы как источник водоснабжения.
Для составления правильного проекта разработки месторождения гидрогеологическими работами должны быть выявлены все водоносные горизонты, наиболее обводненные участки и зоны (карстования, тектонические, дробления), а также талики среди многолетнемерзлых пород, возможные водопритоки в эксплуатационные выработки, особенности формирования депрессионной воронки при осушении месторождения, влияние осушения месторождения на существующие водозаборы и поверхностные водотоки и водоемы, химический состав подземных и поверхностных вод, их бактериологическое состояние, агрессивность по отношению к металлу и бетону.
В случае намечаемого использования воды необходимо дать оценку соответствия качества воды требованиям государственного стандарта, если воды предполагается использовать для хозяйственно-питьевого водоснабжения или технических целей. При отсутствии технических условий они должны быть до начала детальной разведки месторождения разработаны и утверждены заинтересованной организацией.
При разведке новых месторождений в районах отсутствия известных источников возможного водоснабжения будущего предприятия необходимо произвести исследования с целью изыскания этих источников и дать выявленным источникам предварительную оценку в степени, необходимой и достаточной для обоснования в дальнейшем специальных гидрогеологических работ. В районах с дефицитом водных ресурсов возможным источником водоснабжения необходимо дать количественную и качественную оценку с подсчетом эксплуатационных запасов.
Для определения возможных водопритоков на месторождениях, характеризующихся сложными гидрогеологическими условиями, следует применять метод моделирования.
По результатам гидрогеологических исследований, проведенных на месторождении, необходимо составить гидрогеологическую карту месторождения с соответствующими разрезами.
Для изучения инженерно-геологических условий разработки месторождения из пород полезной толщи и пород вскрыши и почвы полезного ископаемого отбираются монолиты. Количество отбираемых для изучения физико-механических и инженерно-технических свойств пород зависит от сложности инженерно-геологических условий разработки, а характер их испытаний — от литологического состава пород. Объем и вид инженерно-геологических исследований определяются проектом работ.
В общем случае в результате проведенных инженерно-геологических исследований должны быть изучены: физико-механические свойства рыхлых покровных отложений полезного ископаемого и вмещающих его пород, определяющие характеристику их прочности в естественном и водонасыщенном состоянии (крепость, пористость, водопроводящие и водоотдающие свойства, размокаемость, пластичность, способность к пучению и оплыванию, объемная масса, плотность, коэффициент сцепления и угол внутреннего трения); литологический и минеральный состав пород, их трещиноватость, слоистость, а также возможность возникновения оползней, селей, лавин и других физико-геологических явлений, которые могут осложнить разработку месторождения.
Определение физико-механических свойств горных пород обычно производится в стационарных лабораторных условиях, что ввиду загруженности лабораторий нередко вызывает трудности в размещении анализов, удлинение сроков разведки месторождения. В настоящее время сконструирована экспериментальная полевая инженерно-геологическая лаборатория (ПИГЛ-1), использование которой может существенно удешевить и ускорить производство физико-механических испытаний горных пород. Эта лаборатория позволяет непосредственно в полевых условиях получить информацию о физико-механических и технических свойствах пород. С ее помощью можно определить показатели водно-физических свойств горных пород (среднюю плотность, открытую и эффективную пористость, влажность, водонасыщенность, способность к размоканию и набуханию), прочностные свойства пород (прочность при сжатии и разрыве, сопротивление сдвигу по поверхности ослабления, сцепления и угол внутреннего трения),деформационные показатели (модуль упругости, коэффициент Пуассона), технические характеристики (крепость по М.М. Протодьяконову, константную прочность, абразивность, буримость).
Установка ПИГЛ-1 смонтирована на платформе автомашины, что обусловливает мобильность ее перемещения.
Проведенные сравнительные испытания образцов горных пород в стационарных лабораторных и полевых условиях на установке ПИГЛ-1, показали, что точность определения средних значений показателей физико-механических и технических свойств в обоих случаях практически одинакова. Это позволяет рекомендовать применение полевой лаборатории при проведении разведочных работ на месторождениях нерудных полезных ископаемых.
Определение физико-механических и технических свойств горных пород на установке ПИГЛ-1 целесообразно производить по схеме, приведенной в табл. 3.

Для районов с развитием многолетнемерзлых пород необходимо кроме вышеуказанных физико-механических свойств определить температурный режим пород, положение верхней и нижней границ мерзлотной зоны, контуры и глубину распространения таликов, изменение физико-механических свойств пород при оттаивании.
Особое внимание при разведке месторождений в районах развития мерзлоты следует обратить на изучение геокриологических условий как самого месторождения, так и прилегающих к нему площадей, что позволяет составить прогноз возможных изменений окружающей среды в результате разработки месторождения, учесть и по возможности уменьшить влияние этих изменений при составлении проекта горнодобывающего предприятия.
При наличии в районе разведуемого месторождения действующего горнодобывающего предприятия, работающего на базе месторождения, находящегося в аналогичных с разведуемым горнотехнических условиях, необходимо собрать материалы об условиях его разработки и учесть их при оценке инженерно-геологических условий разведуемого месторождения.
В результате проведенных на месторождении гидрогеологических и инженерно-геологических исследований должны быть получены исходные данные для проектирования на базе разведанного месторождения горнодобывающего предприятия. В отдельных случаях, при особой сложности гидрогеологических и инженерно-геологических условий, получить в процессе разведочных работ необходимые данные без существенного увеличения затрат и сроков разведки месторождения невозможно. В этих случаях требуется проведение специальных работ. Вопрос о сроках и порядке их проведения должен быть согласован с заинтересованным министерством или ведомством.