Лекция 18

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ (ОСНОВЫ ГИДРОГЕОЛОГИИ)

Подземные воды, содержащиеся в полезном ископаемом и вмещающих породах, во многом определяют инженерно-геологические условия МПИ. Гидрогеология изучает условия залегания подземных вод, их физические свойства, химический состав, движение, поиски и разведку подземных вод.

Рассматривая подземные воды, необходимо отметить, что их невозможно отделить от поверхностных и атмосферных вод. Подземные воды в том числе определяют степень обводнённости месторождений, свойства горных пород, соответственно условия проходки горных выработок и их устойчивость, водопритоки и характер осушения.

Влияние подземных вод на условия разработки месторождений полезных ископаемых выражается в снижении производительности горно-транспортного оборудования на всех обводнённых шахтах и карьерах; в увеличении потерь и степени разубоживания полезного ископаемого; в ухудшении устойчивости горных выработок; в снижении степени безопасности ведения горных работ.

Особенно важно влияние подземных вод на устойчивость пород вокруг горных выработок. С одной стороны, под воздействием воды горные породы меняют свою естественную прочность и деформируемость за счёт размокания, растворения, разуплотнения, выщелачивания, что приводит к оползням, вывалам и другим видам нарушения устойчивости горных выработок. С другой стороны, вода действует как сила, в том числе оказывая давление на крепление горных выработок. Кроме того поток подземных вод вызывает ряд механических и фильтрационных деформаций: прорыв глин, вымывание и вынос рыхлого материала, активизацию карста, плывуны и др.

Говоря о взаимодействии подземных вод с горными работами нельзя упускать из виду вопрос отрицательного влияния горного производства на природные воды. Гидрогеологические наблюдения показывают, что в горнодобывающих районах происходит снижение уровня подземных вод, иссушение пород, заболачивание, загрязнение как подземных, так и поверхностных вод. Необходимо внимательно изучать условия взаимодействия горного производства с природными водами. Вода – ценное полезное ископаемое.

Характеристика подземных вод по условиям их залегания.

В зависимости от характера занимаемых пустот в горных породах различают поровые (между зёрнами минералов, в порах рыхлых пород), трещинные и карстовые воды.

По условиям залегания в земной коре подземные воды могут быть временными (верховодка), грунтовыми и межпластовыми.

Временные подземные воды (верховодка). При инфильтрации в верхней части земной коры атмосферные осадки встречают на своём пути водонепроницаемые глинистые прослойки и линзы, на которых они временно задерживаются, образуя своеобразные маломощные водоносные горизонты местного значения. Обычно это происходит в период обильных дождей и снеготаяния, а в засушливые периоды вода частично испаряется, частично стекает в нижележащие породы, и водоносный горизонт исчезает. В засушливые периоды верховодку часто не обнаруживают, поэтому её отрицательное влияние в этих случаях приходит неожиданно.

Грунтовые воды – это подземные воды, залегающие на первом от поверхности водоупоре, выдержанном по простиранию. Грунтовые воды формируются за счёт инфильтрации атмосферных и поверхностных вод и во многом зависят от них. Область питания совпадает с областью распространения водоносного горизонта. Поверхность воды (водное зеркало) свободная, безнапорная и имеет различный наклон на разных участках. Её положение определяется гидроизогипсами грунтового горизонта, то есть линиями, соединяющими точки с одинаковыми абсолютными отметками установившегося уровня воды.

Межпластовые воды могут быть безнапорными и напорными или артезианскими. Безнапорные межпластовые воды залегают в водопроницаемых породах между двумя водоупорными слоями. Для них характерно ограниченное питание в местах выхода водоносных пород на поверхность или к водным объектам (поверхностным и подземным). Ограничена и разгрузка этих вод, поэтому они отличаются замедленным водообменом в отличие от грунтовых вод.

Межпластовые напорные воды называют артезианскими. Эти воды формируются в моноклинальных и синклинальных структурах. Водоносный горизонт (водопроницаемые горные породы) залегает между двумя водоупорами. Главная характерная черта артезианских вод – наличие в них напора, то есть отметка уровня воды при вскрытии устанавливается выше верхней границы водоносного горизонта. Напор рассматривается как давление на водоупоры и часто определяет напряжённое состояние вокруг горных выработок и условиях их устойчивости.

Физические свойства подземных вод: температура, плотность, цвет, прозрачность, вкус, запах, электропроводимость, радиоактивность (основные свойства). Плотность химически чистой воды при температуре 4⁰С равна 1 г/см³. В зависимости от содержания и состава минеральных примесей плотность достигает 1,1-1,3 г/см³ и более.

Химический состав подземных вод определяется составом растворённых в них твёрдых веществ и газов. В зависимости от содержания основных анионов различают подземные воды гидрокарбонатные (HCO₃^-), хлоридные (Cl^-) и сульфатные (SO₄^2-). В каждой группе выделяют виды в зависимости от содержания основных катионов: Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺.

Концентрация растворённых в воде твёрдых минеральных веществ определяет минерализацию воды. По степени минерализации различают воды пресные – до 1 г/л, солоноватые – 1-10 г/л, солёные – 10-50 г/л и рассолы – более 50 г/л.

Термин «минеральные воды» относится к водам, содержащим ряд специфических компонентов (углекислоту, сероводород, литий, йод, бром, железо) в количествах от 0,001 г/л и более.