Обводненность месторождений полезных ископаемых, типы подземных вод.

ОБВОДНЁННОСТЬ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (а. water соntent of deposit, degree of water encroachment into the field; н. Wasserhaltigkeit, Verwasserung; ф. degre d'inondation du gisement; и. intrusion de agua, saturacion per agua de ycimientos) — насыщенность массива горных пород подземными водами, которая определяет величину ожидаемого притока воды в выработке и осложняет ведение горных работ.

Обводненность месторождений определяется совокупностью гидрогеологических и инженерно-геологических факторов. К гидрогеологическим факторам относятся: количество вскрываемых выработками (или развивающимися над ними трещинами) водоносных горизонтов (иногда до 5-7), условия их питания, мощность (до нескольких десятков метров) и напор (до нескольких сотен метров), коэффициенты фильтрации (до десятков м/сутки), уровне- или пьезопроводности, водоотдачи. Основные инженерно-геологические факторы: набухание, пластичность, липкость, размокаемость, коэффициент размягчения при испытаниях горных пород на прочность при сжатии, растяжении, вдавливании и сдвиге. Обводненность месторождений приводит к ухудшению условий труда рабочих и эксплуатации техники. Подземная разработка обводнённых месторождений может сопровождаться внезапными прорывами воды и плывунов, пучением почвы, обрушением кровли, открытая разработка — оползнями, оплыванием, суффозией и т.д.

Обводненность месторождений оценивается на стадии геологической разведки месторождений на основе определения параметров гидрогеологических и инженерно-геологических факторов, а также на основе прогноза ожидаемых притоков воды в выработке и поведения горных пород при их обводнении. Критерием оценки степени обводненности месторождений является тип месторождения по обводнённости. Существуют общие и отраслевые типизации месторождений по степени их обводнённости. Общие типизации учитывают ограниченное число гидрогеологических и инженерно-геологических факторов, представленных в основном качественными показателями (например, генетический тип месторождений, преобладающий состав горных пород, коэффициент фильтрации и т.д.). Отраслевые типизации, относящиеся обычно к месторождениям одного вида полезных ископаемых, учитывают в основном количественными показателями по большему числу факторов. Наиболее представительными и детальными являются отраслевые типизации для угольных, железорудных, нефтяных и газовых месторождений. Для каждого из выделенных типов месторождений по степени обводнённости разработаны методы расчёта водопритоков в выработке, инженерные мероприятия по защите их от воды и снижению степени отрицательного влияния подземных и поверхностных вод на условия ведения горных работ. Например, для месторождений с простыми гидрогеологическими условиями (не размокающие скальные и полускальные горные породы — гранит, песчаник, алевролит; небольшие водопритоки) предусматривается, как правило, только водоотлив, а для месторождений с весьма сложными условиями (слабые песчано-глинистые горные породы, водопритоки до нескольких тысяч м3/ч) используют сложные системы из дренажных или барражных устройств.

2. Основные типы подземных вод По условиям залегания выделяют следующие типы подземных вод: · почвенные; · верховодка; · грунтовые; · межпластовые; · карстовые; · трещинные. Почвенные воды располагаются у поверхности и заполняют пустоты в почве. Влага, содержащаяся в почвенном слое, называется почвенными водами. Передвигаются они под действием молекулярных, капиллярных сил и сил тяжести. В поясе аэрации выделяют 3 слоя почвенных вод: 1. почвенный горизонт переменной влажности - корнеобитаемый слой. В нем совершается обмен влагой между атмосферой, почвой и растениями. 2. подпочвенный горизонт, часто сюда «промокание» не доходит и он остается «сухим». горизонт капиллярной влаги - капиллярная кайма. Верховодка - временное скопление подземных вод в близповерхностном слое водоносных отложений в пределах зоны аэрации, лежащих на линзовидном, выклинивающемся водоупоре. Верховодка - безнапорные подземные воды, залегающие наиболее близко к земной поверхности и не имеющие сплошного распространения. Образуются за счёт инфильтрации атмосферных и поверхностных вод, задержанных непроницаемыми или слабо проницаемыми выклинивающимися пластами и линзами, а также в результате конденсации водяных паров в горных породах. Характеризуются сезонностью существования: в засушливое время они нередко исчезают, а в периоды дождей и интенсивного снеготаяния возникают вновь. Подвержены резким колебаниям в зависимости от гидрометеорологических условий (количества атмосферных осадков, влажности воздуха, температуры и др.). К верховодке относятся также воды, временно появляющиеся в болотных образованиях вследствие избыточного питания болот. Нередко верховодка возникает в результате утечек воды из водопровода, канализации, бассейнов и др. водонесущих устройств, следствием чего может быть заболачивание местности, подтопление фундаментов и подвальных помещений. В области распространения многолетнемёрзлых горных пород верховодка относится к надмерзлотным водам. Воды верховодке обычно пресные, слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты. Верховодка, как правило, не может служить хорошим источником водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для искусственного сохранения: устройство прудов; отводы из рек, обеспечивающие постоянным питанием эксплуатируемые колодцы; насаждение растительности, задерживающей снеготаяние; создание водоупорных перемычек и т.п. В пустынных районах путём устройства канавок на глинистых участках - такырах, атмосферные воды отводятся в прилегающий участок песков, где создаётся линза верховодке, представляющая собой некоторый запас пресных вод. Грунтовые воды залегают в виде постоянного водоносного горизонта на первом от поверхности, более или менее выдержанном, водонепроницаемом слое. Грунтовые воды имеют свободную поверхность, которая называется зеркалом, или уровнем, грунтовых вод. Межпластовые воды заключены между водоупорными слоями (пластами). Межпластовые воды, находящиеся под напором, называются напорными, или артезианскими. При вскрытии скважинами артезианские воды поднимаются выше кровли водоносного пласта и, если отметка напорного уровня (пьезометрическая поверхность) превышает отметку поверхности Земли в данном пункте, то вода будет изливаться (фонтанировать). Условная плоскость, определяющая положение напорного уровня в водоносном пласте (см. рис. 2), называется пьезометрическим уровнем. Высота подъема воды выше водоупорной кровли называется напором. Артезианские воды залегают в водопроницаемых отложениях, заключенных между водонепроницаемыми, полностью заполняют пустоты в пласте и находятся под напором. Установившийся в скважине УВ называют пьезометрическим, который выражается в абсолютных отметках. Самоизливающиеся напорные воды имеют локальное распространение и больше известны у садоводов как «ключи». Геологические структуры, к которым приурочены артезианские водоносные горизонты, называются артезианскими бассейнами. 1_92.png Рис. 1. Типы подземных вод: 1 - почвенные; 2 - верховодка; 3 - грунтовые; 4 ~ межпластовые; 5 - водонепроницаемый горизонт; 6 - водопроницаемый горизонт 1_93.png Рис. 2. Схема строения артезианского бассейна: 1 - водонепроницаемые породы; 2 - водопроницаемые породы с напорной водой; 4 - направление стока подземных вод; 5 – скважина. Карстовые воды залегают в карстовых пустотах, образовавшихся за счет растворения и выщелачивания горных пород. Трещинные воды заполняют трещины горных пород и могут быть как напорными, так и безнапорными.