Лаборатория геологии техногенных процессов
Горбунова К.А., Максимович Н.Г., Андрейчук В.Н. Техногенное воздействие на геологическую среду Пермской области.- Пермь, 1990.-44с. /3.0/
Техногенные воздействия на геологическую среду носят сложный комплексный характер, охватывая все ее компоненты (породы, рельеф, почвы, поверхностные и подземные воды, приповерхностную атмосферу, современные геологические процессы). Они имеют наступательную, прогрессирующую тенденцию развития, что обусловлено строительством и вводом в эксплуатацию новых калийных рудников и перерабатывающих предприятий, а также неуклонно возрастающим изменением самой среды.
К техногенным мероприятиям, воздействующим на геологическую среду, относятся шахтная разработка, складирование на поверхности отходов обогащения руд, застройка территории. Как следствие этих мероприятий происходят процессы сдвижения массивов горных пород на подрабатываемых участках, оседание и провалы поверхности, засоление и изменение свойств грунтов, загрязнение поверхностных и подземных вод. Источниками загрязнения (засоления) являются промплощадки, солеотвалы, рассолосборники, шламохранилиша, на территории древних рассолопромыслов — фонтанирующие скважины.
Как отмечает Д. Г. Зилинг (1983), основные изменения геологической среды, охватывающие значительные площади, должны учитываться при разработке природоохранных мероприятий.
4.2. Сдвижение пород, оседание поверхности, провалы
Сдвижение пород над выработанным пространством, сопровождающееся опусканием земной поверхности и проявлением наведенной трещиноватости, по мнению И. А. Кудряшова и других, изменяет на отдельных участках гидравлические уклоны и приводит к появлению новых базисов дренирования водоносных горизонтов. Эти процессы влияют на условия водоснабжения, способствуют подтоплению, заболачиванию, изменению площадей поверхностных водоемов. Наведенная трещиноватость увеличивает инфильтрацию из шламохранилищ и миграцию загрязненных растворов, что в конечном итоге ведет к засолению грунтов и водоносных горизонтов.
Данные об оседаниях поверхности базируются на многолетних инструментальных наблюдениях, выполненных по опорным профилям. По данным А. Г. Шадрина и Н. Ф. Аникина (1974), при первичной подработке одного пласта месторождения скорость оседания поверхности над ним составляет 2—10 мм/год, а при повторной подработке она возрастает до 20—30 и даже 100 мм/год. На Соликамском руднике суммарные оседания за 19 лет составили 558 мм. На третьем Березниковском руднике за 1974—1976 гг. максимальные просадки 74 мм, а прогнозируемые на 1977—1980 гг. составят в сумме 1834 мм (Шадрин и др., 1978). Согласно прогнозам, просадка поверхности в районах шахтных полей в конечную стадию не превысит 3—5 м. Однако опыт работы на СКРУ-1 показал, что при определенных горно-геологических условиях скорость просадки поверхности может возрастать до 1,5 м/год, а ее амплитуда достигать 3,5 м. Такие просадки представляют опасность для зданий и сооружений. При глубоком залегании грунтовых вод и интенсивном эрозионном расчленении поверхности плавные опускания со скоростями 5—10 мм/год не окажут существенного воздействия на природные условия. При неглубоком залегании грунтовых вод осадки на 1—2 м приведут к заболачиванию и подтоплению территории.
Сдвиги пород над выработками, раскрытие трещин, просадки и изменение гидрогеологических условий могут быть причиной катастрофических провальных явлений. По данным А. Н. Котельникова, в начале января 1986 г. в одном из блоков рудника БПКРУ-3 в районе г. Березники было зафиксировано рассолопроявление из кровли выработки в виде отдельных струй (Проблемы…, 1988). С течением времени водопритоки увеличились, что привело к затоплению рудника. К концу июня все выработанное пространство шахтного поля заполнилось рассолами, расчетный объем которых составил 16 млн. куб. м. При производстве буровых работ с поверхности в районе прорыва рассолов отмечались провалы бурового инструмента. По трем скважинам выделялся периодически газ, отмечалась тяга воздуха.
В ночь с 23 на 24 июля 1986 г. произошло обрушение горных пород и взрыв газа со световым эффектом в районе скважины № 10. На месте скважины образовался провал в плане 40Х80 м. Провал возник в толще пород мощностью более 400 м, что практически исключало вскрытие полости (Андрейчук, Лукин, 1988). Обломки породы с поперечником до 70 см выброшены взрывом на расстояние до 600 м. Провальная впадина заполнилась водой. Развитие ее проявляется в оплывании и оползании 20—25-метровой супесчано-суглинистой флювиогляциальной толщи, залегающей на уфимских породах. В настоящее время в разрезе провала выделяются 2 части: верхняя с оползневыми склонами (20—40°) и нижняя с вертикальными обрывистыми бортами в уфимской толще глубиной (до воды) около 25 м. В одном из бортов провала отмечено нарушение с разрывом, смещением и дроблением пластов, прослеживающееся также в противоположном борту. На поверхности к нему приурочен небольшой лог, по которому течет ручей. С нарушением связана зона повышенной инфильтрации поверхностных и подземных вод.
Предпосылкой провала явилась отработка калийного пласта методом податливых целиков. При такой отработке ширина выработанных камер больше, нежели целиков между ними, что ведет к раздавливанию последних, деформациям кровли и возникновению в ней трещин, проникающих вверх на десятки метров. При пересечении их с уже существовавшим нарушением создались условия для проникновения в камеры рассолов, экранирующих соляную залежь. Формирование вертикальных каналов, усиление фильтрации, образование депрессионной впадины в рассольном горизонте привело к притоку по нарушению пресных агрессивных вод верхних горизонтов. Их воздействие обусловило прогрессивный рост полости растворения в соляной и покрывающей ее соляно-мергельной толщах, которая при достижении критических размеров вызвала обрушение. Изучение условий возникновения провала позволит прогнозировать развитие подобных явлений с целью предотвращения обрушений кровли выработанного пространства калийных рудников.
4.3. Отвалообразование
На рудниках Уралкалия ежегодно появляется 16—18 млн.т солеотходов и 3 млн. т глинисто-солевых шламов. Каждый из отвалов занимает площадь до 10—15 га, достигает высоты 50—80 м, объем десятки и сотни миллионов кубометров. Материал отвалов состоит из крошки соляных пород, чешуек глины и различных включений, содержащихся в соляной толще. Размеры зерен от 1 мм до 2 см. В процессе перекристаллизации материала они увеличиваются. Форма зерен неправильная, окраска светло-серая, пестрая.
В результате естественного уплотнения и цементации отвальный материал превращается из рыхлой и сырой массы в плотную полиминеральную крупнозернистую соляную породу. Пористость свежеотсыпанного материала составляет 40—45 %, а отсыпанного ранее (в основании отвала) 2 %. Осадка отвальных насыпей за счет уплотнения материала достигает 15—20 %. Постоянное досыпание свежего материала и его уплотнение, резкие различия свойств грунта в разных частях разреза обусловливают развитие валов выдавливания по контуру и катастрофических оползней объемом до 100—300 тыс. куб. м.
Крупная зернистость, трещиноватость (уплотнения, выветривания, разгрузки), рыхлость насыпной толщи обусловливают высокую водопроницаемость отвалов на значительную глубину. На поверхности отвалов формируется своеобразный карстовый рельеф, отличающийся от коррозионного на естественных выходах соляных пород.
С. В. Белоглазов и В. П. Костарев (1989) отмечают, что в Соликамско-Березниковском регионе формируются на больших площадях искусственные техногенные грунты, интенсивность образования которых превышает 1000 куб. м/кв. км в год. Среди них намывные, насыпные и преобразованные под влиянием химических производств в природном залегании грунты. Типичными особенностями искусственных грунтов являются неоднородность состава, неравномерная сжимаемость, длительный процесс самоуплотнения, просадочность, наличие линз льда, пониженная прочность. Такие грунты не могут быть надежным основанием сооружений. В них также могут формироваться агрессивные водоносные горизонты.
|
|
|
