Гидрогеология и инженерная геология

М ИНИС Т Е РС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО ОБ РА З О ВА Н И Я РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ 
 
Кафедра геологии и маркшейдерского дела
А.М. Гальперин 
В.С. Зайцев 
В.В. Мосейкин 
С.А. Пуневский
ГИДРОГЕОЛОГИЯ  
И ИНЖЕНЕРНАЯ  
ГЕОЛОГИЯ 
Учебник
Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета
Москва  2019

УДК 556.3:550.81:622 
 
Г15
Р е ц е н з е н т ы: 
д-р техн. наук, проф. Ю.И. Кутепов (ВНИМИ) 
д-р техн. наук, проф. А.Н. Понкратенко
А в т о р ы: 
А.М. Гальперин, В.С. Зайцев, В.М. Мосейкин, С.А. Пуневский
 
Гидрогеология и инженерная геология: Учебник / 
Г15  
А.М.  Гальперин [и др.]. – М.  : Изд. Дом НИТУ 
 
«МИСиС», 2019. – 424 с.
ISBN 978-5-907061-48-4
Изложены основные сведения по гидрогеологии и инженерной петрографии применительно к практике горного дела. Приведены сведения по общей гидрогеологии, динамике подземных вод, горно-промышленной гидрогеологии. Описаны мероприятия по управлению 
техногенным режимом подземных вод, а также методика изучения 
гидрогеологической обстановки территорий освоения геологической 
среды. Рассмотрены современные представления об особенностях 
массива горных пород и методах их исследования. Приведена методика изучения инженерно-геологических условий территорий освоения. Проанализированы характерные этапы составления прогнозных 
оценок условий разработки месторождений полезных ископаемых.  
Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 
«Горное дело».  
УДК 556.3:550.81:622
Коллектив авторов, 2019
ISBN 978-5-907061-48-4
НИТУ «МИСиС», 2019

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................................................................ 10
ЧАСТЬ I. ГИДРОГЕОЛОГИЯ.
......................................... 13
Раздел I. ОБЩАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЯ.............................. 13
1. Водные ресурсы Земли и круговорот воды в природе.
...... 14
1.1. Запасы воды........................................................ 14
1.2. Круговорот воды.................................................. 15
1.3. Уравнения водного баланса................................... 21
1.4. Теории происхождения подземных вод................... 22
Контрольные вопросы.
................................................ 23
2. Сведения о свойствах горных пород.............................. 24
2.1. Факториальные и результативные характеристики 
горных пород.
............................................................ 24
2.2. Показатели плотности.......................................... 25
2.3. Показатели пористости......................................... 26
2.4. Показатели трещиноватости.
................................. 28
2.5. Показатели влажности......................................... 29
Контрольные вопросы.
................................................ 31
3. Воды подземной гидросферы....................................... 31
3.1. Виды воды в горных породах................................. 31
3.2. Факторы формирования состава подземных вод....... 37
3.3. Процессы формирования состава подземных вод...... 39
3.4. Физические свойства подземных вод...................... 41
3.5. Химический состав подземных вод......................... 44
Контрольные вопросы.
................................................ 52
4. Строение подземной гидросферы и классификации  
подземных вод.............................................................. 53
4.1. Строение подземной гидросферы............................ 53
4.2. Классификации подземных вод.
............................. 55
Контрольные вопросы.
................................................ 62
5. Характеристика основных типов подземных вод............ 62
5.1. Условия питания подземных вод. Дренирование 
водоносных горизонтов............................................... 62
5.2. Грунтовые воды................................................... 67
3

5.3. Артезианские воды.............................................. 68
5.4. Карстовые воды................................................... 70
5.5. Подземные воды криолитозоны............................. 72
Контрольные вопросы.
................................................ 74
Раздел II. ДИНАМИКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД..................... 75
6. Физические основы динамики подземных вод............... 75
6.1. Понятия о движении подземных вод.
...................... 75
6.2. Напряжения в водонасыщенных горных породах..... 77
6.3. Гидродинамические элементы подземного потока.
.... 79
6.4. Фильтрационные и емкостные свойства горных  
пород....................................................................... 82
6.5. Законы фильтрации............................................. 84
6.6. Классификация потоков и виды движения  
подземных вод........................................................... 89
6.7. Движение подземных вод в напорном пласте........... 92
6.8. Движение подземных вод в безнапорном пласте....... 93
Контрольные вопросы.
................................................ 95
7. Движение подземных вод к искусственным дренам 
при установившейся фильтрации.................................... 95
7.1. Общие сведения................................................... 95
7.2. Движение подземных вод к одиночной  
совершенной вертикальной дрене в безнапорном  
пласте...................................................................... 98
7.3. Движение подземных вод к совершенной  
вертикальной дрене в напорном пласте........................103
7.4. Расход воды поглощающими дренами.
...................106
7.5. Приток воды в совершенную горизонтальную  
дрену.
......................................................................107
Контрольные вопросы.
...............................................110
8. Взаимодействие вертикальных дрен  
при установившейся фильтрации...................................110
8.1. Расчет системы произвольно расположенных 
взаимодействующих скважин.
....................................110
8.2. Расчет закономерно расположенных 
взаимодействующих скважин.
....................................115
Контрольные вопросы.
...............................................118
4

Раздел III. ГОРНО-ПРОМЫШЛЕННАЯ  
ГИДРОГЕОЛОГИЯ.......................................................119
9. Гидрогеологические условия освоения  
месторождений полезных ископаемых.
...........................119
9.1. Формирование водопритоков в горные выработки...119
9.2. Влияние подземных вод и атмосферных осадков  
на условия строительства и эксплуатации  
горнодобывающих предприятий.................................122
Контрольные вопросы.
...............................................127
10. Дренаж карьерных и шахтных полей.
........................128
10.1. Классификация карьерных и шахтных полей  
по условиям дренирования.........................................128
10.2. Мероприятия по дренированию месторождений  
полезных ископаемых...............................................131
10.3. Системы дренажа карьерных и шахтных полей.....137
Контрольные вопросы.
...............................................144
11. Прогноз гидрогеологических условий освоения 
месторождений.
...........................................................145
11.1. Расчет водопритоков в горные выработки  
аналитическими методами.........................................145
11.2. Определение водопритоков в открытые горные 
выработки.
...............................................................151
11.3. Определение водопритоков при прорывах  
подземных вод..........................................................159
Контрольные вопросы.
...............................................160
12. Управление техногенным режимом подземных вод.
.....160
12.1. Мероприятия по регулированию поверхностного  
стока на карьерных и шахтных полях..........................160
12.2. Охрана подземных вод от истощения  
и загрязнения.
..........................................................161
12.3. Гидрогеологические наблюдения  
при ликвидации горных выработок, рекультивации 
карьеров и отвалов....................................................164
Контрольные вопросы.
...............................................166
13. Изучение гидрогеологических условий освоения  
месторождений.
...........................................................166
5

13.1. Гидрогеологические работы при разведке  
месторождений полезных ископаемых.........................166
13.2. Гидрогеологические наблюдения и эксперименты  
на стадиях строительства и эксплуатации  
горно-добывающих предприятий................................174
Контрольные вопросы.
...............................................176
Библиографический список ..........................................176
ЧАСТЬ II. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ..........................179
Раздел IV. ИНЖЕНЕРНАЯ ПЕТРОГРАФИЯ...................180
14. Общие вопросы петрографии....................................180
14.1. Принципы изучения горных пород......................180
14.2. Инженерно-геологические классификации  
горных пород.
...........................................................183
Контрольные вопросы.
...............................................191
15. Инженерно-геологические особенности твердых 
горных пород.
..............................................................191
15.1. Вещественный состав и структурно-текстурные  
особенности.
.............................................................191
15.2. Трещиноватость и выветрелость твердых  
горных пород.
...........................................................194
15.3. Водно-физические свойства................................199
15.4. Механические свойства......................................201
15.5. Специальные горно-технические  
характеристики........................................................218
Контрольные вопросы.
...............................................223
16. Инженерно-геологические особенности глинистых  
(связных) горных пород................................................224
16.1. Вещественный состав и структурно-текстурные  
особенности.
.............................................................224
16.2. Водно-физические свойства................................229
16.3. Механические свойства......................................236
16.4. Специальные горно-технические  
характеристики........................................................254
Контрольные вопросы.
...............................................257
17. Инженерно-геологические особенности 
раздельнозернистых пород............................................258
6

17.1. Вещественный состав и структурно-текстурные  
особенности.
.............................................................258
17.2. Водно-физические свойства................................261
17.3. Механические свойства......................................264
Контрольные вопросы.
...............................................270
18. Инженерно-геологическая характеристика горных  
пород и отложений особого состава и состояния.
...............271
18.1. Общие сведения................................................271
18.2. Мерзлые горные породы.....................................274
18.3. Насыпные грунты.............................................279
18.4. Намывные грунты.............................................284
Контрольные вопросы.
...............................................290
Раздел V. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ МАССИВОВ 
ГОРНЫХ ПОРОД.........................................................291
19. Инженерно-геологическая типизация массивов 
горных пород.
..............................................................291
19.1. Инженерно-геологическая структура массива  
горных пород.
...........................................................291
19.2. Натурные методы определения свойств горных  
пород......................................................................302
Контрольные вопросы.
...............................................315
20. Инженерно-геологические особенности  
месторождений полезных ископаемых.
...........................316
20.1. Массивы пород и месторождения полезных  
ископаемых.............................................................316
20.2. Инженерно-геологические особенности угольных 
месторождений.
........................................................317
20.3. Инженерно-геологические особенности рудных  
месторождений.
........................................................323
Контрольные вопросы.
...............................................332
Раздел VI. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОДИНАМИКА..................333
21. Геодинамическая обстановка производства  
горных работ...............................................................333
21.1. Содержание и задачи инженерной геодинамики....333
21.2. Общая характеристика горно-геологических  
явлений...................................................................335
7

Контрольные вопросы.
...............................................337
22. Горно-геологические явления при разработке 
месторождений полезных ископаемых открытым  
способом.....................................................................337
22.1. Классификация горно-геологических явлений......337
22.2. Факторы, влияющие на устойчивость откосных  
сооружений.
.............................................................345
22.3. Оползневые деформации на подрабатываемых  
склонах...................................................................351
22.4. Техногенный карст............................................357
Контрольные вопросы.
...............................................363
23. Горно-геологические явления при разработке 
месторождений полезных ископаемых подземным  
способом.....................................................................364
23.1. Классификация горно-геологических явлений......364
23.2. Сдвижение горных пород.
...................................365
23.3. Опускание и обрушение кровель в выработанное  
пространство............................................................370
23.4. Выдавливание пород.
.........................................371
23.5. Горные удары...................................................373
23.6. Внезапные выбросы пород, угля, газа.
..................377
23.7. Деформации массива вследствие глубокого 
водопонижения........................................................379
23.8. Внезапные прорывы воды в горные выработки......384
Контрольные вопросы.
...............................................387
Раздел VII. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ  
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГОРНЫХ РАБОТ.................................389
24. Инженерно-геологические исследования  
в горном деле.
..............................................................389
24.1. Требования к инженерно-геологической  
изученности горных пород и массивов.
.........................389
24.2. Состав инженерно-геологических изысканий........390
24.3. Инженерно-геологические исследования  
при разработке месторождений открытым способом.
......392
24.4. Инженерно-геологические исследования  
при подземной разработке месторождений  
и подземном строительстве.........................................396
8

25. Прогнозирование горно-геологических условий  
освоения недр..............................................................398
25.1. Цель и задачи прогнозирования..........................398
25.2. Методы инженерно-геологических прогнозов........400
25.3. Инженерно-геологическое районирование объектов  
горного производства.
................................................404
25.4. Инженерно-геологическое изучение намывных  
массивов..................................................................408
25.5. Прогноз экзогенных геологических процессов.......413
Контрольные вопросы.
...............................................417
Библиографический список.
..........................................418
9

ПРЕДИСЛОВИЕ
Согласно сложившейся методике преподавания геологических дисциплин на технологических факультетах МГГУ, после изучения курсов «Основы геологии» (учебник «Геология», 
часть  I, изд. МГГУ ), «Геология и разведка» (учебник «Геология», часть II, изд. МГГУ ) следуют курсы «Гидрогеология» и 
«Инженерная геология». В соответствии с утвержденной специальной программой этих курсов кафедрой геологии подготовлен 
для издания в НИТУ «МИСиС» объединенный учебник «Гидрогеология и инженерная геология».
В предлагаемой студентам части I учебника «Гидрогеология» 
выделены три раздела: «Общая гидрогеология», «Динамика подземных вод» и «Горно-промышленная гидрогеология», которые 
дают представление о современном уровне развития этой отрасли геологических знаний. 
Проблемы гидрогеологии месторождений полезных ископаемых и строительства подземных сооружений рассматриваются 
с учетом конкретных горно-технологических задач, что способствует выработке эффективных мероприятий по управлению состоянием массива горных пород в ходе освоения геологической 
среды и восстановления экологического равновесия.
Принцип совместного рассмотрения гидрогеологических и 
инженерно-геологических процессов с гидрогеомеханических 
или природоохранных позиций служит надежной базой принятия адекватных горно-технических решений в условиях современного производства.
В 1989 г. в издательстве «Недра» вышел учебник «Гидрогеология и инженерная геология» (А.М. Гальперин, В.С. Зайцев, 
Ю.А. Норватов) для студентов горно-технологических специальностей вузов. В 1993 г. издательством «Балкема» была опубликована на английском языке новая редакция этого учебника.
За прошедшее время накопилась научно-техническая и производственная информация, дополняющая и иногда меняющая наши представления в рассматриваемых областях знаний. 
 
Кроме того, в этот период неоднократно менялись программы 
курсов данных дисциплин для студентов различных специальностей. 
10