УДК 622. 51 Анализ Влияния Горных Работ На Формирование Гидродинамических Особенностей Водоносных Горизонтов Центрального Углепромышленного Района ДОНБАССА Канд. Геол. - минерал. Наук И. И. Цабут (ДонГТУ), О. А. Улицкий (Укруглеструктуризация) Проблема подтопления территории населенных пунктов и промышленных зон, являющаяся следствьем отрицательного воздействия большого числа природных и
27.11.2000 | 16 Kb | koi8-r | http://www.mine.donntu.ru/fm/eco891/16.html

УДК 622.51

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ НА ФОРМИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ ЦЕНТРАЛЬНОГО УГЛЕПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА ДОНБАССА

Канд. геол.-минерал. наук И.И.Цабут (ДонГТУ), О.А.Улицкий (Укруглеструктуризация)

 

Проблема подтопления территории населенных пунктов и промышленных зон, являющаяся следствием отрицательного воздействия большого числа природных и техногенных факторов, приобрела в последние годы особую актуальность во многих регионах Украины. Это в полной мере относится к Центральному углепромышленному району Донбасса, где намечается закрытие нескольких угольных шахт.

Представляется целесообразным произвести анализ материалов производственных организаций с тем, чтобы выявить особенности динамики обводнения угледобывающих предприятий Центрального района с целью уточнения гидродинамического режима фильтрационных потоков подземных вод.

Район характеризуется высокой степенью геологической изученности. В виду отсутствия ресурсов питьевых подземных вод меньшее внимание уделялось проведению гидрогеологических работ. Исключение составляют исследования, проводившиеся при доразведке шахтных полей и анализе данных о водопритоках в действующие шахты (Н.И.Беседа, В.В.Ильин, Н.А.Краснопольский, И.М.Ксенда, Л.А.Лисянская, Р.Ю.Марченко, В.В.Усенко, Ю.С.Ярцев и др.). По этому вопросу имеется ряд научных публикаций [1-5].

Природные условия Центрального углепромышленного района, расположенного в западной части Главной антиклинали Донбасса, в целом благоприятны для ведения горных работ. Они характеризуются:

спокойным и слабо расчлененным равнинным рельефом, отсутствием крупных водотоков и водоемов, предопределяющим незначительные объемы инфильтрации вод поверхностного стока;

малоснежной зимой, преобладанием ливневых осадков, высоким уровнем годового испарения, наличием покрова слабоводопроницаемых суглинисто-глинистых отложений четвертичного возраста, существенно снижающим возможность питания водоносных горизонтов за счет просачивания атмосферных осадков.

Формированию значительных естественных ресурсов подземных вод в регионе препятствует преобладание в разрезе угленосной толщи карбона глинистых разностей пород (от 50 до 70% мощности разреза), слабые фильтрационные свойства водопроницаемых пород, относительно невысокая обводненность разрывных тектонических нарушений. Водоносные горизонты четвертичных отложений имеют ограниченные площади распространения. В связи с этим малые объемы емкостных запасов грунтовых вод не оказывают существенного влияния на формирование ресурсов и на качественный состав подземных вод каменноугольной толщи. Роль известняков как водоносных горизонтов незначительна из-за малой мощности и невысокой доли (около 1–1,5%)в общем объеме пород угленосной толщи.

Преобладающее значение в формировании водопритоков к горным выработкам принадлежит водоносным трещиноватым песчаникам, на долю которых приходится от трети до половины мощности разреза. Вместе с тем возможности пластов песчаника относительно невелики вследствие их невыдержанности по мощности и литологическому составу низких фильтрационных свойств, затухания трещиноватости с глубиной и больших углов падения.

По состоянию на 1.01.1998 года в пределах Центрального углепромышленного района насчитывалось 27 действующих шахт трех производственных угледобывающих объединений. Каждая из шахт разрабатывала от 19 до 26 угольных пластов на горизонтах от 150–450 м до 1100 м и более. В таблице 1 приведена динамика годовой производительности и средне годового притока указанных шахт. Если проанализировать их динамику по группам шахт производственных объединений, рассчитанных на основе среднегодовых значений, взяв за точку отсчета “благополучный” 1986 год, можно отметить следующее:

  1. На протяжении 1987–1989 годов суммарная добыча угля трех объединений уменьшилась более чем на 1,0 млн. тонн в год. При этом общий среднегодовой водоприток возрос на 700 м3/ч, т.е. примерно на 10%. Вероятно это обусловлено некоторым увеличением годовой суммы атмосферных осадков.
  2. В период с 1990 по 1995 год наблюдалось устойчивое снижение суммарного водопритока в шахты района. В 1989 году он составлял 8134 м3/ч, а в 1995 году — 7255 м3/ч. Таким образом, он уменьшился на 879 м3/ч или на 11%. Этот период отмечался низкими годовыми суммами осадков (420–746 мм/год), а годовая добыча угля сократилась за эти шесть лет примерно в три раза;
  3. В 1995–1997 годах заметно возросло количество осадков (до 736–813 мм/год), что отразилось на обводненности шахт. В 1997 году водоприток возрос по сравнению с 1995 годом на 1389 м3/ч, т.е. на 19%. При этом годовая добыча угля продолжала снижаться в целом по району, хотя и более медленными темпами. Четыре шахты были практически закрыты к 1997 году, а двенадцать других добывали каждая менее 100 тыс. тонн в год.
  4. Каждое из трех производственных объединений характеризуется некоторым своеобразием многолетней динамики водопритоков. Так характерный для объединений “Артемуголь” и “Орджоникидзеуголь” спад водопритоков в 1990–95 годах практически не был отмечен в шахтах объединения “Дзержинскуголь”. Своеобразный “потенциал” водопритока, достигнутый к 1986 году (7418 м3/ч) снижался в засушливые годы незначительно. В основном наблюдалась отчетливая тенденция к его росту, особенно, во “влажные” годы, хотя годовая добыча угля по району упала с 12,72 млн. тонн в 1986 году до 2,56 млн. тонн в 1997 году, т.е. в 5 раз.
  5. Среди шахт, принятых для анализа динамики обводнения, имеются шахты, которые характеризуются стабильным водопритоком последние 12 лет (шахты им. Дзержинского, “Комсомолец”, “Новодзержинская”, им. Румянцева, им. Калинина). На ряде предприятий он заметно возрастал (шахты “Новая”, им. Гагарина, им. Гаевого, “Юнком”, “Полтавская”, “Енакиевская”, “Северная”, “Булавинская”, “Ольховатская”) или существенно снижался (шахты “Южная”, “Красный Октябрь”, им. Изотова, “Александр-Запад”). Колебания величины водопритока объясняются в основном изменением горно-эксплуатационных параметров шахт, а также уменьшением либо увеличением годовой суммы атмосферных осадков.

В целом анализ показывает, что водопритоки в шахтах в настоящее время уже не зависят, как это наблюдалось несколько десятков лет тому назад, от их производительности. Сформированная за длительный период эксплуатации шахт и карьеров геотехногенная система, включающая в себя искусственно нарушенную природную среду и сложнейшую сеть погашенных и действующих выработок, существует в настоящее время как бы автономно, независимо от производственной активности и динамики добычи отдельных шахт и объединений.

Имеющийся в настоящее время фактический материал [1, 3, 6] относительно основных гидрогеологических параметров водоносных пород углевмещающей толщи представлен в систематизированном виде в таблице 2.

Не вдаваясь в детальный анализ этой таблицы, можно отметить следующее:

величины взаимосвязанных показателей водопроницаемости, пористости песчаников и водопритока в шахтные стволы закономерно уменьшаются с глубиной. Особенно заметно это происходит до глубин 300–400 м, а на глубинах 800–1100 м величины названных параметров достигают минимальных значений;

аналогичное уменьшение с глубиной характерно для изменения частоты первоначальных поглощений промывочной жидкости. Максимальные ее величины (35–55%) наблюдаются на глубинах до 400 м, минимальные (менее 10–15%), начиная с глубины 1000 м;

величина общего содержания солей в подземных водах (минерализация) относительно равномерно возрастает с глубиной от 2–3 г/дм3 на глубинах 0–300 м до 3,5–5 г/дм3 на глубинах, превышающих 1000 м. Химический состав подземных вод меняется в этом направлении от сульфатно-натриевого до хлоридно-натриевого.

В первом приближении можно выделить следующие интервалы распространения существующих в настоящее время гидродинамических и гидрохимическиих зон подземных вод Центрального района в техногенно нарушенных условиях их залегания:

  1. Зона интенсивной циркуляции (активного водообмена) развита до глубины 200–400 м. Она характеризуется максимальной частотой первоначальных поглощений промывочной жидкости при бурении скважин — до 50–55%, повышенной водопроницаемостью обводненных пород (коэффициент фильтрации до 0,06 м/с), относительно высокой открытой трещиноватостью (пористость до 9%). По химическому составу воды этой зоны преимущественно сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатные натриево-магниевые с минерализацией 2–3,9 г/дм3 (в порядке убывания преобладающих ионов);
  1. Зона замедленной циркуляции (затрудненного водообмена) выделяется в интервале 400–800 м. Частота поглощений промывочной жидкости снижается до 6–34%, что свидетельствует о постепенном затухании открытой трещиноватости (пористость 2,5–3,6%) и уменьшении водопроницаемости водоносных пород (коэффициент фильтрации менее 0,013 м/с). Преобладают воды сульфатно-гидрокарбонатно-хлоридного натриевого состава с минерализацией 3,10–3,35 г/дм3;
  2. Зона застойного режима залегает на глубинах, превышающих 800 м; частота поглощений промывочной жидкости снижается до 6 — 14%, коэффициент фильтрации достигает минимальных значений (менее 0,003 м/с), пористость водовмещающих пород уменьшается до 2% и менее. Преобладают воды хлоридно-сульфатного и хлоридного натриевого состава с минерализацией 3,50–4,85 г/дм3.

Таким образом, Центральный углепромышленный район представляет собой сложную многопластовую гидродинамическую систему, обладающую чрезвычайно сложной уровенной поверхностью десятков водоносных горизонтов. Действительную форму этой поверхности практически невозможно установить при любом числе наблюдательных скважин, что не исключает необходимости режимных гидрогеологических наблюдений.

Основываясь на анализе многолетней динамики обводнения шахт Центрального района, а также на изучении гидродинамической зональности подземных вод углевмещающей толщи, можно заключить, что шахты южного и северного крыльев Главной антиклинали Донбасса, а возможно, что и Центрального района в целом представляют собой своеобразные групповые взаимодействующие водозаборы, сформировавшие единую в гидравлическом отношении депрессионную воронку осушенных пород. Их дренирующее воздействие препятствует широкому развитию процессов подтопления застроенных территорий, имеющих место в других соседних регионах с примерно аналогичными инженерно-геологическими условиями.

Проблема возможного восстановления водоносных горизонтов и обводнения техногенно-осушенных зон на подработанных территориях в случае прекращения откачки шахтных вод на ликвидируемых шахтах является чрезвычайно актуальной и должна быть исследована с целью разработки системы защитных мероприятий.

Библиографический список

1. Беседа Н.И. Особенности гидрогеологических условий вскрытия и разработки углей на больших глубинах в юго-западной части Донбасса. — К.: УкрНИИНТИ, 1970, — 49 c.

2. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. — М.: Изд. литературы по геологии и охране недр, 1963. — 1081 c.

3. Гидрогеология СССР. Том VI. Донбасс. — М.: Недра, 1971. — 601 c.

4. Инструкция по изучению и прогнозированию гидрогеологических условий угольных месторождений при геологоразведочных работах. ВНИГРИуголь, 1985. — 137 c.

5. Рудаков В.С., Бабаянц Г.М. Защита горных предприятий от подземных вод. — М.: Недра, 1986. — 182 c.

6. Фондовые материалы геологоразведочных и производственных организаций (ПО “Донбассгеология”, ПО “Укруглегеология”, Минуглепром Украины).

a И.И.Цабут, О.А.Улицкий, 1998