УДК 550.83:622.7

Канд. техн. наук Соболев Е.Г. (ОАО "УкрНТЭК")

Существующие подходы к оценкам аварийной опасности эксплуатации дамб (плотин) грунтовых гидротехнических сооружений (ГТС) оговорены в “Правилах безопасности” [1] и в многочисленных ведомственных инструкциях, правилах и т.п.

Согласно требованиям [1] служба эксплуатации ГТС обязана: проводить ППР всего оборудования; ежегодно составлять ПЛА; содержать в исправном состоянии КИА; фиксировать видимые деформации провалов грунтов на гребнях, откосах, ярусах, основаниях; производить ряд других операций.

Однако, анализ проводимых многочисленных операций, согласно правилам [1], на различных ГТС стран СНГ показывает следующее:

1. по результатам геотехнического контроля ГТС, особенно контроля состояния насыпных грунтов, не выясняется истинная причина происходящих процессов деформаций и просадок (провалов); при этом объективно оценивается только состояние технических средств и устройств (насосные станции, трубопроводы, дренажные колодцы и т.п.).
2. ПЛА составляются ежегодно без уточнения, в большинстве случаев, даже без знания фактических местоположений аварийно-опасных участков дамб (плотин);
3. Предрасположенность того или иного участка дамбы (плотины) к авариям объясняется тогда, когда аварийная ситуация наступила и проходит свою последнюю стадию развития (суффозия грунтов на элементах дамбы (плотины), зияющие трещины, промоины);
4. Возникающие скоротечные аварии на дамбах (плотинах) ГТС, как правило, относят к категории “внезапных”, а причиной свершившейся аварии, в основном, считают нарушение технологии складирования хвостов (шламов), переполнение ёмкостей и т.д., но только не состояние горного массива основания ГТС;
5. Возможность возникновения экологической катастрофы, согласно [1], рассматривается только на случай разрыва тела плотины, расположенной в овражно-балочной части рельефа; в то же время всем известно, что загрязнённые воды подземными путями могут распространяться на десятки километров от ГТС даже при сохранении целостности дамбы (плотины);
6. техногенная безопасность эксплуатации ГТС временно обеспечивается путём производства пригрузки откосов первичных дамб (плотин), ярусов из камненабросных материалов, причём размеры пригрузки превышают размеры проектной ширины дамбы (плотины) иногда в несколько раз, например на хвостохранилищах ГОКов Кривбасса. Производство пригрузки не устраняет фильтрации загрязнённых вод подземными путями, т.е. сохраняется экологическая опасность эксплуатации ГТС.

Возросшие требования к экологической безопасности эксплуатации, как правило, требуют новых подходов к оценке техногенно-экологической безопасности эксплуатации дамб (плотин), основанной на результатах геолого-геофизических исследований.

Геолого-геофизические методы должны быть основаны на последних достижениях геологии, геомеханики, геодинамики и геофизики, отличаться мобильностью, повторяемостью, всепогодностью.

Предлагаемые новые подходы к оценке техногенно-экологической безопасности эксплуатации дамб (плотин) водо-, шламо и хвостохранилищ основаны на следующих положениях, подтверждённых многочисленными примерами успешного прогноза скрытой фазы развития аварийных ситуаций на дамбах (плотинах) в различных странах СНГ:

1. целостность и экологическая безопасность эксплуатации дамб (плотин) и всего ГТС в целом определяется, главным образом, состоянием горного массива основания сооружения [2,3];
2. современное состояние горного массива определяется составом (веществом), тектоническим строением (структурой), геодинамическими процессами;
3. горный массив имеет блочное строение, повсеместно блоки стыкуются между собой геодинамическими зонами, которые могут быть представлены складками, разрывами, участками с повышенной трещиноватостью, с аномально-напряжённым состоянием коренных пород (растяжение, сжатие);
4. на состояние дамб (плотин) ГТС влияют геодинамические зоны (особенно узлы их пересечений); как правило, геодинамические зоны (кроме тектонических нарушений) не выявляются как на стадиях инженерно-геологических изысканий при выборе площадей под строительство, так и на стадиях проектирования и эксплуатации водо-, шламо- и хвостохранилищ [3];
5. при оценке техногенно-экологической безопасности изучается система [4,5,6]: горный массив в основании сооружения, его тектоническое строение и напряжённо-деформированное состояние; влияние геодинамического состояния горного массива основания ГТС на возникновение и развитие в насыпных грунтах ослабленных и аварийно-опасных участков и возможность свершения аварий; анализ последствий возможных аварий для природной окружающей среды; разработка рекомендаций по предотвращению аварий.

Для решения задач по оценке техногенно-экологической безопасности эксплуатации водо-, шламо- и хвостохранилищ обследуются дамбы (плотины) комплексным подходом: выявление геодинамических зон (линеаментов) по материалам аэрокосмических исследований и геоморфологического анализа топооснов участка поверхности основания ГТС; проведение полевых геофизических исследований с учётом геодинамических зон для определения степени их влияния на насыпные грунты дамб (плотин);

6. оценка влияния геодинамических зон на состояние дамб (плотин) на возникновение и развитие аварийно-опасных участков на основе многочисленных исследований в различных горно-геологических условиях стран СНГ основывается на следующих закономерностях [2,3]:

Эффективность новых подходов к оценке техногенно-экологической безопасности эксплуатации водо-, шламо- и звостохранилищ обеспечивается использованием результатов комплекса специально разработанных геолого-геофизических методов исследований [2,3]:

• аэрокосмические и геоморфологические;
• магнитодинамические;
• электрометрические;
• радиометрические.

Краткая характеристика и назначение геолого-геофизических методов исследований.

Методами геоморфологического (линеаментного) анализа топографической основы рельефа местности выявляются геодинамические зоны (узлы пересечения геодинамических зон) в породах основания. При этом учитывается, что геодинамические процессы в породах основания трансформируются насыпными грунтами дамб (плотин).

Методами магнитодинамической двухвысотной съёмки по продольным и поперечным (относительно продольной оси ГТС) профилям уточняются: местоположение геодинамических зон; степень разуплотнения и обводнения грунтов. Используются протонные и квантовые магнитометры ММП-203, М-33, М-60 [8].

Радиометрической съёмкой по тем же профилям определяется [3]: геодинамическая активность участков сжатия (растяжения) насыпных грунтов и пород основания ГТС; уточняется положение в плане путей фильтрации техногенных вод. Используется аппаратура – эманометр “Радон”, радиоконцентрометр РКП-305 (“Карат”), радиометр РГА-01П с модифицированнм, накладываемым на любую поверхность, датчиком для улавливания альфа-частиц – продуктов распада радона [5,9].

По результатам вертикальных электрозондирований (ВЭЗ) по продольным и поперечным профилям строятся геоэлектрические разрезы по элементам дамбы (гребень, ярусы, основание), где уточняется местоположение и конфигурация разуплотнённых и фильтрующих зон в насыпных грунтах и породах основания, а также уровень техногенных вод [7,10]. Используется комплект электроразведочной аппаратуры “Эра-89”.

По комплексу показателей всех способов геолого-геофизических исследований выявляется и исследуется аварийно-опасная ситуация на ранней стадии возникновения и развития, прогнозируется объём возможных оползней насыпных грунтов, рассчитывается объём фильтрационных потерь техногенных вод в окружающую подземную среду.

Результаты таких исследований позволяют: быстро и эффективно найти средства защиты от загрязнений подземной гидросферы и близлежащих водозаборов; разработать и провести мероприятия по укреплению аварийно-опасных участков дамб (плотин); исключить случаи “внезапных” аварий, тем более с экологическими катастрофами [6].

Практика дальнейшей эксплуатации полностью подтвердила выводы о техногенно-экологической опасности эксплуатации названных ГТС.

Соболев Евгений Григорьевич, 1935г. рождения,

заведующий лабораторией

“Геофизические исследования гидрогеологоэкологических процессов”,

ОАО “Украинский научный центр технической экологии” (ОАО “УкрНТЭК).

Факс (062) 345-00-43

e-mail sobolev@ukrntec.com