учебное пособие. Основы инженерной геологии
 Скачать 1.18 Mb.
|
|
10. Использование армогрунтов – это армированные грунты, повы- шенная прочность которых достигнута с использованием: а) свайных и траншейных стен как несущих и удерживающих конструкций; б) грунто- вых геокомпозитов с армирующими элементами в виде лент и других из геотекстиля (пленка, сетки, ткани и т.п.); в) металлических полос, стерж- ней, стальных сеток и т.п. 123 Приложение 2 ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Общие положения В ходе разведки и передачи месторождений полезных ископаемых в эксплуатацию изучаются инженерно-геологические и гидрогеологиче- ские условия деятельности будущих горнодобывающих предприятий. В зависимости от сложности инженерно-геологических условий отработки месторождений полезных ископаемых разработана классификация их типов. В ней учитываются ожидаемые геологические и инженерно- геологические процессы и явления и необходимость проведения защит- ных мероприятий. Содержание классификации: Первый тип. Месторождения с простыми инженерно-геологическими условиями. Их разработка открытым или подземным способами не вызы- вает особых осложнений. Защитные мероприятия не требуются. Второй тип. Месторождения с инженерно-геологическими условия- ми средней сложности. При их разработке могут возникать инженерно- геологические явления, требующие защитных мероприятий (например, предварительное осушение горных пород, более усиленное крепление стенок выработок и др.). Третий тип. Месторождения со сложными инженерно-геологи- ческими условиями. Их разработка требует проведения специальных предварительных и дорогостоящих защитных мероприятий (например: сложная система осушения рудного поля, специальные методы проходки выработок и т.д.). Разработан ряд дополнительных классификаций. Так, месторождения полезных ископаемых, разрабатываемые открытым способом, по инже- нерно-геологическим условиям делятся на 4 группы: 1. Простые месторождения. Инженерно-геологические условия вы- емки полезного ископаемого являются благоприятными. Необходима только организация поверхностного стока. 2. Сложные месторождения. Нужны защитные меры от обводнения карьеров и обеспечению устойчивости бортов карьеров. 3. Весьма сложные месторождения. Инженерно-геологические усло- вия месторождений относительно простые, гидрогеологические условия – весьма сложные. Необходимо предварительное осушение карьерного поля и постоянные работы по водоосушению в ходе эксплуатации. 124 4 группа. Особо сложные месторождения. Месторождения характе- ризуются особо сложными инженерно-геологическими и гидрогеологи- ческими условиями. Имеется классификация инженерно-геологических комплексов по условиям устойчивости бортов карьеров. В ней учитываются физико- механические свойства и вещественно-структурные особенности горных пород геологических комплексов. В классификации Г.Л. Фисенко выделяется 3 группы инженерно- геологических комплексов по степени прочности горных пород: I) комплек- сы крепких скальных горных пород; II) комплексы менее крепких изменен- ных скальных и полускальных горных пород; III) – комплексы слабых гор- ных пород с пониженной прочностью. По условиям залегания каждая группа комплексов в классификации делится на 3 подгруппы: 1) простые условия залегания горных пород; 2) условия залегания горных пород средней слож- ности; 3) сложные условия залегания горных пород. На основе классифика- ции Г.Л. Фисенко разрабатываются рекомендации по программе и объему инженерно-геологических изысканий и защитных мероприятий. Месторождения полезных ископаемых, разрабатываемые подземным спо- собом, по сложности инженерно-геологических условий делятся на 3 группы: 1. Простые месторождения. Инженерно-геологические условия благоприятны для проведения горных работ, предварительные защитные мероприятия не требуются. 2. Месторождения средней сложности. При проведении горных работ необходимы защитные мероприятия для повышения устойчивости горных пород (осушение, усиленное крепление выработок и др.). 3. Сложные месторождения. При ведении горных работ требуется проведение крупных защитных мероприятий (предварительное осуше- ние, отвод поверхностных вод, специальное крепление выработок и др.). Гидрогеологические условия месторождений полезных ископаемых Подземные воды отрицательно влияют на условия разработки место- рождений полезных ископаемых: 1) ухудшается устойчивость горных выработок; 2) снижается производительность горно-транспортного обо- рудования; 3) увеличиваются потери и растет степень разубоживания добываемых полезных ископаемых; 4) снижается безопасность проводи- мых горных работ. Гидрогеологические условия разных типов угольных и рудных место- рождений существенно различны и имеют определенные специфические особенности (табл. 1 и 2; Иванов, 2007). 125 Т а б л и ц а 1 Гидрогеологические условия угольных месторождений Тип Вмещающие геологические комплексы Основной водонасыщенный горизонт Водопри-токи, м 3 /ч Защитные меры I Скальный дислоцирован- ный Трещиноватые известняки и песчаники От 20–30 до50–60 Тампонаж при проходке шахтных стволов, опе- режающие и водоспуск- ные скважины II Песчано- глинистый Пески От 5–15 до 25 Предварительное осу- шение III Песчано- глинистый Подугольные напорные воды От 20–50 до 120 Поверхностное и под- земное осушение, спе- циальные способы про- ходки IV Карбонатный закарстован- ный Известняки (закарстованные) От 20–100 до 170–250 Тампонаж, опережаю- щие и водоспускные скважины V Трещиноватый, аллювиальные пески Аллювиальные пески, трещиноватые горные породы От 100–150 до 200–2800 Водопонижающие сква- жины, отвод рек, обва- лование территорий VI Песчаный (кровля) Напорные воды в песках 10–40 Поверхностное и под- земное осушение; замо- раживание VII Многолетне- мерзлый Подмерзлотные воды Не требуется до нижней границы мерзлоты Т а б л и ц а 2 Гидрогеологические условия рудных месторождений Тип Источники обводнения Прогнозные водо- притоки, м 3 /ч Защитные меры I Трещинно-грунтовые и трещинно-жильные воды, реже поверхностные воды От 50–100 до 300 Осушение водоотливом, отвод речных вод II Грунтовые, трещинно- грунтовые и трещинно- жильные воды, поверх- ностные воды От 200–300 до 800–12 000 Опережающее осушение, отвод поверхностных вод III Трещинно-карстовые воды, поверхностные воды От 8 000–12 000 до 25 000–32 000 Сложные системы осушения, специальные способы проходки выработок, отвод речных вод IV Подземные воды сложного водоносного комплекса 2 000–5 000 Сложные системы предваритель- ного, опережающего, эксплуата- ционного осушения, специальные способы проходки и поддержания выработок 126 Прогнозирование инженерно-геологических условий месторождений полезных ископаемых Существует два вида прогнозов инженерно-геологических условий будущей разработки месторождений полезных ископаемых: 1) регио- нальный 2) локальный. Региональное прогнозирование охватывает группу месторождений и выявляет общие особенности проявления инженерно-геологических и гидрогеологических условий. Выясняются районы с благоприятными и неблагоприятными сочетаниями инженерно-геологических факторов. Основанием для такого анализа являются комплекты инженерно- геологических и гидрогеологических карт и разрезов в масштабах l : 500 000 до l : 25 000. Локальное прогнозирование проводится для отдельных месторожде- ний и их частей. При этом выясняются закономерности проявления ин- женерно-геологических и гидрогеологических факторов. На месторожде- ниях определяются участки и условия их вскрытия и эксплуатации, ха- рактер будущих деформаций, необходимость дополнительных инженер- но-геологических исследований. Материалами для локального прогнози- рования являются данные регионального прогноза, инженерно- геологические и гидрогеологические карты, планы и разрезы в масшта- бах 1:100 000–1:1 000. В ходе прогнозирования решаются следующие задачи: 1) оценка при- родных условий строительства и деятельности горного предприятия; 2) изменение природных условий в ходе освоения месторождения; 3) проведение защитных мероприятий. При решении перечисленных за- дач используются следующие методы: 1) метод аналогий; 2) метод оцен- ки действующих факторов (когда выбираются и оцениваются наиболее существенные факторы, влияющие на инженерно-геологические условия и развитие негативных инженерно-геологических процессов); 3) анали- тический метод (c использованием математического аппарата для полу- чения расчетных параметров); 4) метод моделирования (когда создаются физические и математические модели, отражающие инженерно- геологические явления). Прогнозирование инженерно-геологических условий при открытой разработке месторождений полезных ископаемых На открытую разработку месторождений полезных ископаемых карь- ерным способом влияют следующие группы факторов: 127 I. Геологические факторы. 1. Наличие глинистых грунтов во вскрышной части разреза карьера ведет к деформации откосов. При этом ограничивается выбор методов систем разработки, затрудняется проходимость горнотранспортного обо- рудования. Возникает необходимость уменьшения углов откоса карьера. 2. Неблагоприятные структурные особенности и условия залегания массивов горных пород вызывают опасность деформации откосов, осложняют строительство и эксплуатацию карьера. Необходимо прогно- зировать участки возникающих деформаций и своевременно изменять направление фронта горных работ. 3. Низкая водопроницаемость горных пород приводит к деформации откосов, удоражанию строительства и эксплуатации карьера, усложняет осушение карьерного поля. Меры обеспечения: использование специаль- ных методов осушения горных пород, устройство прибортовых песчано- гравийных пригрузок для поддержания дренажа и устойчивости откосов. 4. Наличие в разрезе горных пород, склонных к набуханию, ведет к деформации откосов, осложняет строительство и эксплуатацию карьеров. В этом случае необходимо применять специальные средства дренажа. 5. Наличие в разрезе горных пород с низкой несущей способностью является причиной просадки уступов карьеров и отвалов, ограничивает применение тяжелого горнотранспортного оборудования. Меры обеспе- чения работ – искусственное укрепление прочности горных пород (желе- зобетонные плиты, песчано-гравийные подушки и т.д.), а также примене- ние горнотранспортного оборудования с низким удельным давлением. 6. Наличие горных пород с низким сопротивлением сдвигу. 7. Тиксотропность, которая ведет к разжижению грунтов. II. Гидрогеологические факторы. 1) Наличие водоносных горизонтов; 2) обводненность вдоль тектони- ческих зон и различных структурных элементов; 3) развитие карста. Пе- речисленные гидрогеологические факторы вызывают деформацию отко- сов карьеров и их обводнение. Во всех случаях проявления этих факторов прогнозируется осушение карьерного поля. III. Климатические факторы. 1) Большое количество атмосферных осадков; 2) наличие многолет- ней мерзлоты; 3) значительные колебания температуры воздуха (ускоря- ющие процессы выветривания); 4) близость поверхностных водотоков и водоемов (гидрологический фактор). Все они влияют на устойчивость откосов, производительность горно-транспортного оборудования и тре- буют соответствующих защитных мероприятий. 128 Материалы прогнозных оценок инженерно-геологических условий должны решать главные задачи, от которых зависит эксплуатация карье- ра на весь срок его службы: 1) обеспечение устойчивости бортов карьера и 2) защита карьерного поля от воздействия поверхностных и подземных вод. Для повышения устойчивости бортов карьеров применяются следу- ющие способы: 1) механическое укрепление с использованием железобе- тонных свай и шпонов, штанг и гибких тросовых тяжей, защитных сте- нок, железобетонных подпорных стен и контрфорсов (специальных от- сыпок); 2) техническая мелиорация горных пород, слагающих борта ка- рьера – цементация, нагнетание укрепляющих растворов, силикатизация, электроосмос и электрическая обработка (водонасыщенных глинистых горных пород), термическая обработка (лессов, суглинков, глин), уплот- нение горных пород энергией взрыва; 3) возведение изолирующих и за- щитных покрытий (бетонирование с металлической сеткой и др.); 4) ком- бинированные – сочетание способов механического укрепления, техни- ческой мелиорации и изоляции горных пород. Содержание водозащитных мероприятий: 1) перехват, экранирование и отвод поверхностных вод из водотоков и водоемов; 2) устройство дре- нажных систем поверхностных (скважины, траншеи), подземных (штре- ки, колодцы, скважины и др.) и комбинированных; 3) возведение проти- вофильтрационных завес; организация карьерного водоотлива. Прогнозирование инженерно-геологических условий при подземной разработке месторождений полезных ископаемых В ходе прогнозирования инженерно-геологических условий ведения подземных горных работ для отработки месторождений решаются сле- дующие задачи: 1) оценка устойчивости горных пород в стенках горных выработок; 2) определение горного давления на выработки с применени- ем различных расчетных методов; 3) прогноз и оценка сдвижения горных пород в зонах кровли и ниже уровня выработанного пространства; 4) предупреждение вязкопластичных деформаций в стенках горных вы- работок (пример: вскрытые глинистые грунты могут затапливать выра- ботки); 5) оценка и прогноз деформаций массивов горных пород, связан- ных с нарушением их напряженного состояния при глубоком водопони- жении или по другим причинам. Материалы прогнозной оценки инженерно-геологических условий месторождений полезных ископаемых используются для разработки про- граммы мероприятий по обеспечению устойчивости горных пород вокруг подземных выработок и защиты их от подземных вод. Для решения пер- 129 вой задачи применяются методы механического укрепления горных по- род, технической мелиорации и другие, а водозащитные меры преду- сматривают организацию откачек воды из подземных выработок, обору- дование серий водопонижающих скважин, систем подземного дренажа, устройство водонепроницаемых тампонажных завес и т.д. ЛИТЕРАТУРА Основная Бондарик Г.К., Пендин Л.А. Инженерная геодинамика: учеб. для вузов. М.: КДУ, 2007. 439 с. Бондарик Г.К., Ярг Л.А. Инженерно-геологические изыскания: учеб. М.: КДУ, 2008. 418 с. Бондарик Г.К., Ярг Л.А. Инженерная геология. Вопросы теории и практики. Фи- лософские методологические основы геологии: учеб. пособие. М.: КДУ, 2015. 295 с. Золотарев Г.С. Методика инженерно-геологических исследований: учеб. для ву- зов. М.: Изд-во МГУ, 1990. 383 с. Инженерная геология России: в 3 т. / В.Т. Трофимов и др.; под ред. В.Т. Трофи- мова, Е.А. Вознесенского, В.А. Королева. М.: КДУ, 2011. Т. 1: Грунты России. 672 с. Инженерная геология России: в 3 т. / под ред. В.Т. Трофимова и Э.В. Калинина. М.: КДУ, 2013. Т. 2: Инженерная геодинамика территории России. 816 с. Инженерная геология России: в 3 т. / под общ. ред. В.Т. Трофимова. М.: КДУ, 2015. Т. 3: Инженерно-геологические структуры России. – 710 с. Королев В.А. Мониторинг геологических, литотехнических и экологических си- стем: учеб пособие / под ред. В.Т. Трофимова. М.: КДУ, 2007. 415 с. Королев В.А., Трофимов В.Т. Инженерная геология: история, методология и но- мологические основы. М.: КДУ, 2016. 292 с. Королев В.А. Мониторинг геологической среды: учеб. / под ред. В.Т. Трофимова. М.: КДУ, 2016. 270 с. Огородникова Е.Н. и др. Практикум по грунтоведению: учеб. пособие / под ред. В.Т. Трофимова, В.А. Королева. М.: КДУ, 2016. 389 с. Сергеев Е.М. Инженерная геология. М.: ИД Альянс, 2011. 248 с. Трофимов В.Т., Аверкина Т.И., Спиридонов Д.А. Инженерно-геологические структуры Земли. М.: Изд-во МГУ, 2001. 176 с. Трофимов В.Т. Зональность инженерно-геологических условий континентов Зем- ли. М.: Изд-во МГУ, 2002. 348 с. Трофимов В.Т., Королев В.А., Вознесенский Е.А. и др. Грунтоведение / под ред. В.Т. Трофимова. М.: Изд-во МГУ, 2005. 1023 с. Трофимов В.Т., Аверкина Т.И. Теоретические основы региональной инженерной геологии. М.: Изд-во МГУ, 2007. 463 с. 130 Трофимов В.Т. Инженерно-геологические карты: учеб. пособие. М.: КДУ, 2008. 383 с. Трофимов В.Т. и др. Лабораторные работы по грунтоведению: учеб. пособие / под ред. В.Т. Трофимова, В.А. Королева. М.: ВШ, 2008. 519 с. Дополнительная Ананьев В.П., Потапов А.Д. Инженерная геология: учеб. для вузов по направле- нию «Строительство». М.: ВШ, 2006. 574 с. Ананьев В.П., Потапов А.Д., Филькин Н.А. Специальная инженерная геология: учеб. для вузов по направлению «Строительство». М.: ИНФРА-М, 2016. 263 с. Богословский В.А. и др. Экологическая геофизика: учеб. пособие. М.: Изд-во МГУ, 2000. 253 с. Бондарик Г.К. Экологическая проблема и природно-технические системы. М.: Икар, 2004. 152 с. Ветошкин А.Г. Теоретические основы защиты окружающей среды: учеб. пособие. М.: ВШ, 2008. 396 с. Ветошкин А.Г., Таранцева К.Р. Технология защиты окружающей среды (теорети- ческие основы): учеб. пособие / под ред. А.Г. Ветошкина. М.: ИНФРА-М, 2015. 360 с. Воронкевич С.Д. Основы технической мелиорации грунтов: учеб. М.: Научный мир, 2005. 504 с. Габдуллин Р.Р., Иванов А.В. Прикладная стратиграфия в инженерной и экологи- ческой геологии: учеб. пособие. М.: Изд-во МГУ, 2013. 276 с. Иванов И.П. Инженерная геология месторождений полезных ископаемых. М.: КДУ, 2007. 440 с. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. (Актуализированная редакция СНиП 22-02- 2003) СП 116. 13330.2012 (Введено 01.01.2013 г.) Королев В.А. Инженерная защита территорий и сооружений: учеб. пособие / под ред. В.Т. Трофимова. М.: КДУ, 2013. 470 с. Кофф Г.Л. и др. Методические основы оценки техногенных изменений геологи- ческой среды городов / отв. ред. Г.Л. Котлов, В.И. Осипов. М.: Наука, 1990. 196 с. Ломтадзе В.Д. Словарь по инженерной геологии. СПб.: Санкт-Петерб. горн. ин- ститут, 1999. 360 с. Мирзаев Г.Г. и др. Экология горного производства: учеб. М.: Недра, 1991. 319 с. Огородникова Е.Н., Николаева С.К. Техногенные грунты: учеб. пособие. М.: Изд- во МГУ, 2004. 250 с. Мазур И.И., Молдаванов О.И. Курс инженерной экологии: учеб. для вузов. М.: ВШ, 2001. 510 с. Пашкин Е.М., Когон А.А., Кривоногова Н.Ф. Терминологический словарь- справочник по инженерной геологии / под ред. Е.М. Пашкина. М.: КДУ, 2011. 949 с. 131 Пендин В.В. Комплексный количественный анализ информации в инженерной геологии: учеб. пособие. М.: КДУ, 2009. 350 с. Рациональное природопользование в горной промышленности / под ред. В.А. Харченко. М.: Изд-во МГУ, 2000. 444 с. Ревзон А.Л. Картографирование состояний геотехнических систем. М.: Недра, 1992. 223 с. Сластунов С.В. и др. Горное дело и окружающая среда: учеб. М.: Логос, 2001. 272 с. Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Инженерная геология и экологическая геология: Теоретико-методологические основы и взаимоотношения. М.: Изд-во МГУ, 1999. 120 с. Трофимов В.Т. и др. Экологические функции литосферы / под ред. В.Т. Трофи- мова. М.: Изд-во МГУ, 2000. 432 с. Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологическая геология: учеб. М.: Геоинформмарк, 2002. 415 с. Трофимов В.Т. и др. Эколого-геологические карты: Теоретические основы и ме- тодика составления / под ред. В.Т. Трофимова. М.: ВШ, 2007. 407 с. Чернышев С.Н., Чумаченко А.Н., Ревелис И.Л. Задачи и упражнения по инженер- ной геологии: учеб. пособие. М.: ВШ, 2001. 254 с. Экогеология России. Т. 1: Европейская часть / гл. ред. Г.С. Вартанян. М.: Геоин- форммарк, 2000. 300 с. Электронные ресурсы Инженерно-геологические изыскания. Геобурсервис. URL: http://www.gbse- rvice.ru/ (дата обращения: 06.03.2017). Инженерно-геологические изыскания. Инженерно-геологическая съемка. Петро- бурсервис. URL: http://www.petroburservis.ru/ (дата обращения: 06.03.2017). Территориальный центр Томскгеомониторинг. URL: http://www.tgm.ru (дата об- ращения: 06.03.2017). Охрана геологической среды. URL: http://ecos.org.ua/ (дата обращения: 06.03.2017). |