УДК 550.83:622.7

Рассмотрены концептуальные и методические особенности принципиально нового комплекса геолого-геофизических методов, основанного на геодинамической концепции обеспечения безопасной эксплуатации грунтовых дамб (плотин) гидротехнических сооружений. Предложенный комплекс оптимизирует и кардинально изменяет организационно-методические основы проектно-изыскательских работ и геолого-геофизического мониторинга.

Оценка аварийной опасности грунтовых дамб (плотин) водо-, шламо-, хвостохранилищ Донбасса является актуальной проблемой обеспечения техногенной безопасности их эксплуатации и защиты гидросферы региона от загрязняющих промстоков.

В последнее время в научной литературе появилось множество публикаций по применению для решения такого рода задач геофизических методов, как экспрессных и более дешёвых по сравнению с традиционными гидрогеологическими, геодезическими и инженерно-геологическими методами. Со стремительным развитием вычислительной техники нового поколения и внедрением её в практику полевых и камеральных работ появились новые способы извлечения полезной информации из геофизических данных и использования автоматизированных систем геофизических наблюдений при организации мониторинга состояния дамб (плотин) гидротехнических сооружений.

На основании выполненных теоретических, экспериментальных и опытно-промышленных работ разработана принципиально новая технология комплексных геолого-геофизических исследований. В её основе лежит разработанная концепция влияния геодинамических процессов в массивах горных пород на техногенно-экологическую безопасность эксплуатации любого сооружения. Земная кора геодинамически неоднородна на разных уровнях организации вещества. Основным элементом такой неоднородности массивов горных пород является геодинамическая (микрогеодинамическая) зона (МГДЗ).

МГДЗ представляют собой границы геодинамических блоков.

В горном массиве МГДЗ проявляются дезинтеграцией пород, локальным изменением тектонической структуры и литологического состава пород, что обуславливает над такими зонами аномалии различных физических полей.

Насыпные грунты трансформируют естественные геодинамические процессы, протекающие в породах основания, что определяет физико-техническое состояние всего сооружения. Предложено оценивать это состояние двумя группами параметров, определяемым геолого-геофизическими методами (по технологии ОАО "УкрНТЭК"):

• статическими (место положение ослабленных и геодинамических зон, депрессионных кривых, зон повышенной фильтрации загрязнённых вод и т.п.);
• динамическими (геодинамическая активность насыпных грунтов и грунтов основания, периоды нагрузки и разгрузки в МГДЗ, скорость фильтрации, коэффициент аварийной опасности).

Накопленные нами результаты геолого-геофизических исследований шламонакопителей Ясиновского и Макеевского КХЗ, Селидовской ЦОФ, шахты "Красноармейская-Западная №1", ОАО "Лиссода"
(г. Лисичанск), Никопольского завода ферросплавов, Запорожского алюминиевого комбината, хвостохранилищ Ингулецкого и Ново-Криворожского горно-обогатительных комбинатов, концерна "Ориана" (г. Калуш), Алмалыкского горно-металлургического комбината (Узбекистан) и др. свидетельствуют о том, что аварийно-опасная ситуация определяется узлами пересечения МГДЗ на элементах дамб (плотин), а опасность аварии в конкретном месте оценивается интегральным коэффициентом, рассчитываемым по результатам режимных наблюдений на узлах пересечений с использованием всех перечисленных статических и динамических параметров.

Оригинальность разработанной технологии микрогеодинамических исследований состоит в стадийности выполнения работ:

I этап. Оценка априорной информации об объекте исследований (орогидрография, стратиграфия, гидрогеология, тектоника, дешифрирование аэрокосмической информации). Выделяются геодинамические зоны высших иерархических уровней.

II этап. Рекогносцировочные (наиболее мобильные и дешевые) геоморфологические и геофизические работы: геоморфологический (линеаментный) анализ топографической основы рельефа местности, магнитодинамическая интроскопия, структурно-геодинамическое картирование (азимутальное). Вероятностно-статистическими методами разрабатывается физико-геодинамическая модель района исследований. Рекогносцировочно выделяются микрогеодинамические зоны.

III этап. Детальные геофизические работы: электрометрия, радиометрия, газовая съёмка. Аналитическими и вероятностно-статистическими методами уточняется физико-геодинамическая модель района исследований (детализация). Строится карта инженерно-микрогеодинамической зональности.

Для реализации разработанной технологии микрогеодинамических исследований применяются как современные серийные технические средства (электрометрия - АНЧ-3, ЭРА-89; магнитодинамическая съёмка (дискретная) - М-60, М-33, ММП-203; эманационная съёмка - эманометр РАДОН, газовая съёмка - шахтный интерферометр ШИ-10), так и специально разработанные новые технические средства:

а) накладные датчики для измерения α-излучений РИГДА -1 (отсчёт по шкале прибора) и РИГДП-2 (запись процесса излучения α-частиц на термочувствительную бумагу, которые защищены патентом Украины [1];

б) датчики непрерывной магнитодинамической съёмки ∆Т - МДИМ -1 с записью информации на магнитную плёнку и МДИМ-2 (Соболев Е.Г.,1982г.) с записью на термочувствительную плёнку (а.с. № 1073727 СССР, МКИ G01V 3/08);

в) полевой прибор "ЭФА" (Тахтамиров Е.П., 1980г.) для измерения азимутальной неоднородности электропроводности поверхностных сред (а. с. СССР №693317, патент Канады №1206201 (Рябоштан Ю.С., Тахтамиров Е.П.).

Разработаны новые методы геофизического контроля изменения напряжённого состояния дамб (плотин):

• магнитодинамический способ определения изменения напряжённого состояния дамбы (плотины); защищён патентом Украины [2];
• способ выявления и исследования участков изменения напряжённого состояния грунтовых дамб (плотин); защищён патентом Украины [3];
• радиометрический способ и устройство регистрации и исследования геодинамических процессов в приповерхностных слоях Земли; защищён патентом Украины [1].

Разработанная микрогеодинамическая технология позволяет решать следующие задачи:

1. выбор площадей для безопасного строительства шламонакопителей и хвостохранилищ;
2. картирование путей фильтрации загрязнённых вод;
3. обнаружение аварийно-опасных участков;
4. прогноз свершения аварий;
5. контроль качества противофильтрационных завес, дренажных устройств.

Результатом применения предлагаемой технологии являются карты инженерно-микрогеодинамической зональности на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации водо-, шламо - и хвостохранилищ. Они окажут наибольшую эффективность в продлении срока безаварийной службы объектов.

Библиографические ссылки