Применение инженерно-геологических и гидрогеологических методов исследований для информационного обеспечения геотехнологий
Покупка
Тематика:
Инженерная геология
Издательство:
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»
Год издания: 2017
Кол-во страниц: 114
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Специалитет
ISBN: 978-5-906846-39-6
Артикул: 754416.01.99
Учебное пособие содержит общие сведения о методах проведения инженерно-геологических и гидрогеологических исследований на объектах горнодобывающей отрасли и строительства. Рассмотрены статистические способы обработки данных опробования, методы проектирования сетей выработок при проведении изысканий, а также принципы проектирования и организации мониторинга на горных предприятиях. Предложены для самостоятельного выполнения задания с разобранными примерами. Предназначено для аспирантов направленности «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Специалитет
- 21.05.05: Физические процессы горного или нефтегазового производства
- 21.05.06: Нефтегазовые техника и технологии
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
№ 2823 В.В. Ческидов Применение инженерногеологических и гидрогеологических методов исследований для информационного обеспечения геотехнологий Учебное пособие
ǘǔǙǔǝǞǑǜǝǞǎǚ ǚǍǜnjǓǚǎnjǙǔǫ ǔ Ǚnjǟǖǔ ǜǠ ȱ 2823 ǠǑǐǑǜnjǗǨǙǚǑ ǏǚǝǟǐnjǜǝǞǎǑǙǙǚǑ njǎǞǚǙǚǘǙǚǑ ǚǍǜnjǓǚǎnjǞǑǗǨǙǚǑ ǟǣǜǑǒǐǑǙǔǑ ǎǧǝǤǑǏǚ ǚǍǜnjǓǚǎnjǙǔǫ «ǙnjǢǔǚǙnjǗǨǙǧǕ ǔǝǝǗǑǐǚǎnjǞǑǗǨǝǖǔǕ ǞǑǡǙǚǗǚǏǔǣǑǝǖǔǕ ǟǙǔǎǑǜǝǔǞǑǞ «ǘǔǝǴǝ» ǖǬȀDZǰǼǬ ǯDZǺǷǺǯǴǴ Ǵ ǸǬǼǶȄDZǵǰDZǼǽǶǺǯǺ ǰDZǷǬ ǎ.ǎ. ǣDZǽǶǴǰǺǮ ǛǼǴǸDZǹDZǹǴDZ ǴǹDzDZǹDZǼǹǺ-ǯDZǺǷǺǯǴȃDZǽǶǴȁ Ǵ ǯǴǰǼǺǯDZǺǷǺǯǴȃDZǽǶǴȁ ǸDZǾǺǰǺǮ ǴǽǽǷDZǰǺǮǬǹǴǵ ǰǷȋ ǴǹȀǺǼǸǬȂǴǺǹǹǺǯǺ ǺǭDZǽǻDZȃDZǹǴȋ ǯDZǺǾDZȁǹǺǷǺǯǴǵ ǟȃDZǭǹǺDZ ǻǺǽǺǭǴDZ ǘǺǽǶǮǬ 2017
УДК 55 Ч-51 Р е ц е н з е н т ы : проф., д-р техн. наук Ю.И. Кутепов (НПО ООО «КАРБОН»); проф., д-р техн. наук К.С. Коликов Ческидов В.В. Ч-55 Применение инженерно-геологических и гидрогеологических методов исследований для информационного обеспечения геотехнологий : учеб. пособие / В.В. Ческидов. - М. : Изд. Дом МИСиС, 2017. - 114 с. ISBN 978-5-906846-39-6 Учебное пособие содержит общие сведения о методах проведения инженерно-геологических и гидрогеологических исследований на объектах горнодобывающей отрасли и строительства. Рассмотрены статистические способы обработки данных опробования, методы проектирования сетей выработок при проведении изысканий, а также принципы проектирования и организации мониторинга на горных предприятиях. Предложены для самостоятельного выполнения задания с разобранными примерами. Предназначено для аспирантов направленности «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр». УДК 55 В.В. Ческидов, 2017 ISBN 978-5-906846-39-6 НИТУ «МИСиС», 2017 2
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие .............................................................................................. 5 1. Цели инженерно-геологических и гидрогеологических исследований на этапах жизненного цикла горного предприятия и строительных площадках ...................................................................... 6 1.1. История развития инженерно-геологических исследований в России .............................................................. 10 1.2. Инженерно-геологические и гидрогеологические работы на стадии поиска и разведки месторождений .......................... 11 1.3. Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания на стадиях строительства и эксплуатации горных предприятий .................................................................. 17 Библиографический список .............................................................. 21 2. Инженерно-геологические и гидрогеологические факторы освоения месторождений ....................................................................... 23 2.1. Факторы обводненности месторождений полезных ископаемых ................................................................................. 23 2.2. Количественные показатели обводненности ........................... 26 2.3. Режим подземных вод и их влияние на горные и строительные работы .............................................................. 30 2.4. Инженерно-геологические факторы освоения территорий .... 32 2.5. Разрабатываемость горных пород ............................................. 37 Библиографический список .............................................................. 40 3. Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания при освоении месторождений полезных ископаемых и строительстве .......................................................................................... 42 3.1. Принципы, состав и стадии инженерно-геологических работ ............................................................................................ 45 3.2. Гидрогеологические изыскания для обеспечения геотехнологий ............................................................................. 48 3.3. Нормативно-правовая база проведения инженерногеологических и гидрогеологических изысканий ................... 50 Библиографический список .............................................................. 54 4. Обработка инженерно-геологической информации ........................ 55 4.1. Инженерно-геологическая информация: свойства методы получения ..................................................................... 55 4.2. Статистическая обработка инженерно-геологической и гидрогеологической информации ............................................. 58 3
Библиографический список .............................................................. 66 5. Определение аналитических зависимостей изменения инженерно-геологических параметров в заданном направлении ...... 68 Библиографический список .............................................................. 81 6. Проектирование сетей инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий ............................................................ 82 Библиографический список .............................................................. 99 7. Комплексный мониторинг на объектах горной промышленности и строительстве ...................................................... 100 Библиографический список ............................................................ 112 4
Предисловие Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания на сегодняшний день неотъемлемая часть любой геотехнологии (открытой, подземной, строительной, физико-химической и т.д.). От правильности оценки инженерно-геологических условий и достоверности получаемой информации на стадиях разведки месторождений зависит успех их дальнейшего освоения. Данное учебное пособие предназначено для изучения дисциплины «Применение инженерно-геологических, гидрогеологических и геофизических методов исследований для информационного обеспечения геотехнологий», в том числе выполнения практических и расчетно-графических работ. Приведенные примеры и задания для самостоятельного изучения способствуют лучшему усвоению материала. В работе приведены краткие сведения о факторах освоения месторождений твердых полезных ископаемых, фундаментальных основах инженерно-геологического и гидрогеологического обеспечения геотехнологий, методах проведения изысканий на объектах горнодобывающей отрасли и строительства. Рассмотрены статистические способы обработки данных опробования, методы проектирования сетей выработок при проведении инженерно-геологических исследований, а также принципы проектирования и организации мониторинга на горных предприятиях. Рассмотренные в данном учебном пособии вопросы способствуют формированию у учащихся компетенций в области геологического обеспечения недропользования, а также методов и средств получения, хранения, анализа, обработки и интерпретации информации. 5
1. ЦЕЛИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ЭТАПАХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ГОРНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ И СТРОИТЕЛЬНЫХ ПЛОЩАДКАХ Мировое потребление минеральных ресурсов на протяжении всего XX и начала XXI в. отличается постоянным ростом, вовлечением новых полезных ископаемых в промышленную переработку, а также высокой неоднородностью залегания по регионам. Развитые и некоторые развивающиеся страны с высоким уровнем промышленного производства в десятки и сотни раз по валовому объему используют природного сырья больше в сравнении со странами Африки, ЮгоВосточной Азии. Кроме того, на сегодняшний день значительное число месторождений рудных, угольных и нефтегазоносных провинций, многие из которых используются уже более сотни лет, значительно истощены. Ярким тому примером служит ряд месторождений цветных, черных и благородных металлов, а также камнесамоцветного сырья на Среднем и Южном Урале. Перечисленные факторы, а также высокая стоимость, в некоторых случаях и невозможность транспортирования минеральных ресурсов, обусловливают необходимость разработки месторождений полезных ископаемых со сложными горно-геологическими условиями: большие глубины залегания, низкое содержание полезных компонентов, высокая обводненность, низкая устойчивость горных пород в массиве, распространение многолетней мерзлоты. Сложившиеся условия определяют: 1. Увеличение объемов вскрышных пород и хвостов (на некоторых разрезах Кузнецкого бассейна в ближайшие годы коэффициент вскрыши превысит отметку в 10 м3/т). Сформированные отвалы, гидроотвалы, хвостохранилища представляют высокую экологическую опасность, особенно вместе со сложными инженерногеологическими и гидрогеологическими условиями территории. 2. Высокую аварийную опасность на предприятиях добывающей отрасли. В последнее десятилетие в России и мире при ведении открытых горных работ увеличилось количество нештатных ситуаций, связанных со значительными объемами оползневых масс: отвал разреза «Заречный» (27 млн м3, Россия, Кузбасс, 2015 г.), хвостохранилище 6
алюминиевого завода AjkaiTimfoldgyarZrt (1,1 млн м3, Венгрия, в районе г. Айка, 2010 г.), отвал ОАО «Михайловский ГОК» (10 млн м3, Россия, Курская область, 2015 г.), борт разреза «Черниговец» (более 200 тыс. м3, Россия, Кузбасс, 3 человека погибло), хвостохранилище Карамкенского ГОКа (2 млн м3, Россия, Магаданская обл., 2009 г.) и ряд других менее масштабных происшествий. Основными их причинами являются нарушение технологического процесса (несоблюдение действующих норм и правил эксплуатации производственных объектов, отклонение от проектных режимов ведения работ) и недостаток или разрозненность и отсутствие структурированности информации о текущем состоянии природной среды (дефицит данных об инженерно-геологических и гидрогеологических условиях территории, отсутствие качественного прогноза изменения параметров эксплуатируемого объекта и т.д.). Второй фактор не позволяет своевременно предпринимать необходимые проектные и технологические решения по стабилизации ситуации на горном предприятии [1-4]. Прогнозирование поведения крупных техногенных массивов, сформированных в последнее пятидесятилетие в отечественной практике горного дела, осложняется отсутствием опыта их сооружения в прошлом, что в конечном итоге определяет необходимость проведения постоянных наблюдений за изменением инженерногеологической, гидрогеологической и геомеханической обстановки, позволяющих оценить влияние природных и техногенных факторов на устойчивость откосных сооружений. Таким образом, на всех стадиях жизненного цикла природнотехнической системы (ПТС) в рамках горного производства необходимо осуществлять комплексные гидрогеологические и инженерногеологические исследования для обеспечения промышленной и экологической безопасности, а также бесперебойного функционирования. ПТС - целостная, упорядоченная в пространственно-временном отношении совокупность взаимодействующих компонентов, включающая орудия, продукты и средства труда, естественные и искусственно измененные природные тела, а также естественные и искусственные поля. В рамках добывающего предприятия примерами природно-технических систем являются: карьер, шахта, отвал, эксплуатационная скважина, хвостохранилище, транспортная сеть и т.д. Взаимодействие природных и технических составляющих проявляется в разнообразных гидрогеологических, инженерногеологических, геомеханических, гидрологических, атмосферных и 7
биологических процессах. В горном деле с учетом специфических условий: климата, поверхностной гидросети, подземных вод, типа полезного ископаемого, технологии ведения вскрышных работ и отработки рудного тела или пласта, наличия большого количества сопутствующих производств и т.д. формируются горнопромышленные природно-технические системы (ГПТС) [1]. Жизненный цикл предприятия - совокупность стадий, в том числе создание, рост, зрелость, спад, реорганизация (реструктуризация) или санация, ликвидация, которые предприятие, как субъект хозяйствования, проходит в процессе функционирования. Е.А. Каменев определяет жизненный цикл горного предприятия в качестве оптимизационной модели функционирования горного предприятия, обеспечивающей достижение оптимального сочетания экономических интересов недропользователя, состояния и перспектив развития минерально-сырьевой базы, сохранения потенциала недр для будущих поколений, уровня использования технической базы при соблюдении природоохранных требований. Моделирование жизнедеятельности горного предприятия осуществляется в целях принятия оптимального решения при разработке вариантов технических проектов планирования, проектирования, строительства (реконструкции), эксплуатации и его ликвидации с учетом изменения рыночной конъюнктуры. Жизненный цикл охватывает период времени от подготовки сырьевой базы и эксплуатации до полной доработки запасов и ликвидации предприятия [5]. Для длительно функционирующих предприятий, разрабатывающих крупные месторождения (группы месторождений) с долгосрочной обеспеченностью подготовленными запасами, приведенная последовательность этапов разработки предстает в усложненном виде: разведочные работы могут выполняться поэтапно и одновременно с эксплуатацией; стабильная добыча также может неоднократно сменяться фазами роста и спада производства. Таким образом, этапы жизненного цикла теряют линейную последовательность, при этом возникают «возвратные» связи между периодами, которые позволяют вводить в эксплуатацию дополнительные участки. График объемов добываемого сырья (часто его называют графиком жизненного цикла) предприятия со сложной системой разрабатываемых месторождений отличается большим количеством периодов спада и подъема. При этом с течением времени может меняться и проектная мощность, как это показано на рис. 1.1. Для успешной реализации всех этапов жизненного цикла необходимо качественное 8
инженерно-геологическое и гидрогеологическое обеспечение, основой которых являются инженерно-геологические и гидрогеологические исследования [5]. Задачу получения информации о состоянии исследуемого массива пород необходимого объема и достоверности в требуемые сроки и с минимальными временными и материальными затратами можно решить лишь в случае, если соответствующие исследования будут проводиться по методике, базирующейся на достижениях современной науки (инженерной геологии, геодинамики, гидрогеологии, физики, статистики и др.). Основным источником достоверной информации о состоянии массивов пород являются инженерно-геологические исследования. Рис. 1.1. График жизненного цикла Кировского рудника апатитов Для определения данного термина введем понятие инженерногеологические работы - это производственный или научный процесс, занимающий определенное место в системе хозяйственной деятельности человека, в ходе которого получается информация производственного или научного характера. Ее используют при планировании, проектировании, строительстве, эксплуатации сооружений, рекультивации, а также при проведении мероприятий, обеспечивающих рациональное использование и охрану окружающей среды, в том числе ее геологической составляющей. Инженерногеологические работы производственного характера, выполняемые при проектировании, строительстве и эксплуатации различных сооружений (в том числе шахт, карьеров и других объектов горного производства), в отличие от научных исследований принято называть инженерно-геологическими изысканиями. Таким образом, инженерно-геологическая информация - конечный продукт, потребляемый на стадиях проектирования, строительства, эксплуатации и консервации 9