Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Применение инженерно-геологических и гидрогеологических методов исследований для информационного обеспечения геотехнологий

Покупка
Артикул: 754416.01.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину
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».
Ческидов, В. В. Применение инженерно-геологических и гидрогеологических методов исследований для информационного обеспечения геотехнологий : учебное пособие / В. В. Ческидов. - Москва : Изд. Дом МИСиС, 2017. - 114 с. - ISBN 978-5-906846-39-6. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1246173 (дата обращения: 25.07.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
№ 2823



            МИСиС



                                               Национальный исследовательский технологический университет



В.В. Ческидов





Применение инженерногеологических и гидрогеологических методов исследований
для информационного
обеспечения геотехнологий

Учебное пособие

© ® © @ @ ©





                0 @ @ @ @ ф 0


�� 2823          министерство образования и науки рф
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
     «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

   Кафедра геологии и маркшейдерского дела

   В.В. Ческидов





 Применение инженерно-геологических и гидрогеологических методов исследований для информационного обеспечения геотехнологий


 Учебное пособие





    МИСиС


Москва 2017


�ДК 55
     4-51



Рецензенты:
проф., д-р техн, наук Ю.И. Кутепов (НПО ООО «КАРБОН»); проф., д-р техн. наук КС. Коликов




     Ческидов В.В.
4-55 Применение инженерно-геологических и гидрогеологических методов исследований для информационного обеспечения геотехнологий : учеб. пособие /В.В. 4ескидов. - 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 геомет-риянедр».


УДК55

ISBN 978-5-906846-39-6

© В.В.4ескидов,2017
© НИТУ«МИСиС»,2017


�ГЛАВЛЕНИЕ

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


�редисловие
   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


. 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


�люминиевого 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), хво-стохранилище 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 Ц-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


�иологических 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


�нженерно-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


�ооружения, а также на последующих стадиях инженерно-геологическихработ [1, 6].
   Основная цель инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий - получение достоверной информации для разработки технически обоснованных и экономически целесообразных решений при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов с учетом требований по рациональному использованию геологической среды [7].
   Сущность, цель, структура, методы инженерно-геологических и гидрогеологических исследований достаточно близки и описаны в работах многих авторов. В рамках данного пособия детально рассмотрим вопросы, касающиеся осуществления только инженерногеологических изысканий как комплексного и более сложного процесса.

1.1. История развития инженерно-геологических исследований в России
   Первые известные исторические сведения о проведении инженерно-геологических изысканий восходят ко времени Древнего Рима; их проводили при строительстве крупных сооружений: дворцов, храмов, водопроводов и т.д. Интенсивное развитие они получили в конце XIX в., главным образом, в связи со строительством железных дорог. Как специфический вид деятельности сформировались в начале XX столетия в результате выделения проектирования в самостоятельную область деятельности [7].
   Хотя изначально изыскания возникли для получения информации на предпроектных этапах в строительстве, на сегодняшний день инженерно-геологические изыскания являются составной частью всех стадий (планирования, проектирования, строительства, эксплуатации) формирования ПТС.
   Теоретические основы проведения инженерно-геологических исследований в России начали формироваться в предвоенные годы. В учебнике Ф.П. Саваренского «Инженерная геология» (1937) впервые дано систематическое описание методов инженерно-геологических исследований для разных видов строительства. В отличие от чисто прагматического геотехнического подхода (исследования свойств грунтов в основании сооружений), свойственного иностранным специалистам, отечественная школа инженерной геологии всегда счита

10


�а важнейшей задачей разработку научно обоснованной методики инженерно-геологических исследований.
   Наиболее бурное развитие методы и технические средства проведения инженерно-геологических исследований получили в 60-70-е годы прошлого века: в этот период разрабатываются общие принципы ведения работ, большое количество методов, аппаратов и приспособлений для полевых и лабораторных испытаний, появляются государственные стандарты, рекомендации и своды правил.
   С середины 1990-х гг. в связи с упадком промышленного производства резко сократился объем изыскательских работ: практически прекратился выпуск технических средств для полевых исследований, был утрачен ряд технических достижений, наметилась тенденция к сокращению комплекса методов опытных полевых работ.
   Несколько изменилась ситуация в первые годы XXI столетия, в связи с подъемом промышленного производства и особенно гражданского строительства - в крупных городах объемы инженерногеологических изысканий стали расти (например, в Санкт-Петербурге в 2007 г. объем увеличился в два раза по сравнению с 2005 г.). Изыскательские организации начали приобретать новую буровую технику, установки статического зондирования, лабораторное оборудование, применять новые разработки в области инженерно-геологических изысканий. Кроме того, в последние годы чаще стали возводиться высотные здания, для проектирования которых требуется достоверная информация о свойствах пород основания; возобновились изыскания для энергетического строительства.

      1.2. Инженерно-геологические и гидрогеологические работы на стадии поиска и разведки месторождений
   При ведении горных работ инженерно-геологические изыскания проводятся, начиная от разведки месторождения полезного ископаемого и заканчивая рекультивационными работами и последующим мониторингом состояния созданной ПТС, под которым понимается наблюдение за состоянием объекта для определения значений и изменения его параметров во времени и предупреждения аварийных ситуаций. В России на сегодняшний день существует ряд положений и рекомендаций по проектированию и развертыванию систем мониторинга, в том числе на стадии рекультивации горного предприятия (карьер, шахта) и образующихся ландшатов [8, 9].


11


Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину