Шахтные воды Прибалтийского бассейна

19.03.2020

Горючие сланцы на территории Эстонии и Ленинградской области всюду заключены в толще карбонатных пород среднего ордовика, в различной степени закарстованных и трещиноватых. В этих породах по очень сложной системе трещин и карстовых полостей циркулируют пресные, а на Чудовском месторождении — слабо минерализованные (соленые) воды. Только в северной части Эстонского месторождения и на Веймарнском месторождении сланценосная пачка местами находится выше уровня грунтовых вод. Однако здесь в осенний и весенний периоды на короткое время уровень подземных вод поднимается выше горизонта горючих сланцев. Учет шахтных вод и методика борьбы с ними, судя по опыту эксплуатации ряда шахт на Эстонском и в особенности на Ленинградском (Гдовском) месторождениях, чрезвычайно важны для развития горнодобывающей промышленности Прибалтийского бассейна.

На Эстонском месторождении на действующих шахтных полях и на площади балансовых запасов категорий A + B + C1 обнажаются водоносные карбонатные породы среднего ордовика, а южнее до границы балансовых запасов категории С2 — водоносные карбонатные породы верхнего ордовика.

Эти карбонатные породы находятся в зоне свободного водообмена, чему в значительной мере способствуют вертикальные тектонические трещины и развитый по ним глубинный древний карст (до 100 м и более и поверхностный (современный) карст (до 20 м ниже вреза современных речных долин).

В местах обнажений ордовикской карбонатной толщи и песчаной толщи кемброордовикского водоносного горизонта происходит интенсивная инфильтрация атмосферных осадков и вод поверхностного стока. При погружении и удалении от области питания водоносных пород инфильтрационные воды переходят в подземный сток, часть которого в некотором удалении от области питания выходит на поверхность в виде источников, а часть продолжает свой путь более глубокой циркуляции. С углублением существенно уменьшается естественная разгрузка подземных вод, нарушается общность единого водоносного комплекса; прослои глинистых пород, мергелей и монолитных известняков способствуют дифференциации подземных вод ордовикского водоносного комплекса на водоносные зоны, которые по мере погружения из свободных постепенно переходят в напорные. Интенсивная вертикальная циркуляция подземной воды сменяется замедленным движением ее по плоскостям наслоения и трещиноватым известнякам определенных стратиграфических горизонтов. Полной изоляции между водоносными зонами нет, так как гидравлическая связь между ними осуществляется через тектонические трещины, плоскости сбросов и современные и погребенные древние долины, но с глубиной она все более и более затрудняется.

Этим в основном и определяется характер обводнения горных выработок шахт в зависимости от их глубины и местоположения.

Обводнение мелких шахт Эстонского месторождения глубиной до 40 м, расположенных непосредственно в области питания водоносных горизонтов вмещающей разрабатываемый пласт сланца толщи известняков, связано главным образом с режимом поверхностного стока; оно обусловлено повышением горизонта подземных вод при выпадении атмосферных осадков, а также попаданием поверхностных водотоков в горные выработки через шурфы, разведочные скважины, трещины оседания над выработанным пространством, через тектонические трещины и карсты. Повышение горизонта подземных вод и вместе с тем значительное увеличение притока шахтных вод происходит в начале апреля в связи со снеготаянием и продолжается до середины этого месяца, после чего идет более плавный спад, продолжающийся до июня—июля. Атмосферные осадки летом и осенью также повышают горизонт подземных вод и увеличивают приток воды в горные выработки. Коэффициент сезонной неравномерности притока воды на эстонских шахтах достигает 20 и более. С увеличением глубины шахт этот коэффициент резко снижается.

Водоносность четвертичных отложений, за исключением локальных мест (погребенные долины, озы), в общем незначительная из-за небольшой их мощности, невыдержанного распространения и преимущественно глинистого состава. Воды девонских отложений также существенно не влияют на обводнение горных выработок. Сложный многослойный гидрогеологический разрез осадочной толщи на разрабатываемых и проектируемых шахтных полях Гдовского месторождения может быть подразделен на два водоносных комплекса (горизонта), имеющих значение при горно-эксплуатационных работах: I (нижний) приурочен к песчаным толщам среднего (?) кембрия и нижнего ордовика и к известнякам ордовика; мощность этого горизонта достигает 150 м; II (верхний) охватывает водоносные песчаные и доломитово-известняковые горизонты среднего и верхнего девона, суммарно достигающие мощности 50 м на Гдовском месторождении и более 100 м — на Чудовском.

Наровская глинисто-мергелистая толща рассматривается как водоупор между этими двумя водоносными комплексами.

Площадь питания атмосферными осадками I водоносного комплекса находится на ордовикском плато (Ижорская возвышенность), а II водоносного комплекса — на Главном девонском поле и частично в пределах Плюсско-Наровской низменности к северу от «Везенбергского» уступа. Характерная особенность I водоносного комплекса — наличие современного и древнего карста в толще ордовикских известняков. Средняя величина закарстованности известняков, по данным И. А. Романовского, составляет около 0,65%. В зоне активного карста (Веймарнское месторождение, северная часть Гдовского и Лужско-Волосовского месторождений) динамические запасы и притоки вод в карьеры и шахты могут быть значительными.

Н.Г. Паукер в результате своих последних работ на Гдовском месторождении считает, что для успешной борьбы с шахтными водами на сланценосной площади необходимо более детально стратифицировать гидрогеологический разрез, выделив в толще ордовикских известняков водоносные подгоризонты, оказывающие различное влияние на обводнение горных выработок. В настоящее время нельзя рассматривать, как это делалось ранее, всю известняковую толщу ордовика и подстилающую ее песчаную толщу среднего кембрия и нижнего ордовика в качестве единого гидравлически водоносного горизонта.

В толще известняков можно выделить три водоносных подгоризонта и в нижележащих песках четвертый подгоризонт (или самостоятельный горизонт) с разными пьезометрическими уровнями. Различие этих подгоризонтов особенно отчетливо выявляется в процессе осушительных мероприятий и при разработке горючих сланцев.

Имеются данные, позволяющие судить о том, что на Гдовском месторождении наибольшая закарстованность известняков наблюдается в третьем подгоризонте, залегающем ниже промышленной пачки горючих сланцев, но с пьезометрическим уровнем выше ее. Удельный дебит скважин для третьего подгоризонта имеет очень широкий диапазон и достигает в карстовых зонах 15 м3/час, средний коэффициент фильтрации 1,8 м/сутки (пределы от 0,05 до 14,3 м/сутки).

В связи с развитием горных работ второй водоносный подгоризонт в известняковой толще на Гдовском месторождении, залегающий над промышленной пачкой, в настоящее время в наибольшей степени сдренирован, имеет свободный уровень или слабый напор, и питание его происходит из области более удаленной, чем для других подгоризонтов. По данным гидрогеологических скважин коэффициент фильтрации для этого подгоризонта колеблется от 0,01 до 3,6 м/сутки, в среднем 0,8 м/сутки, а удельные дебиты по скважинам составляют от 0,004 до 2 м3/час.

Первый подгоризонт, самый верхний, обладающий свободной поверхностью или пьезометрическим уровнем, меньшим, чем у всех нижележащих подгоризонтов, интенсивно дренируется реками. Относительным водоупором для него служат глинистые разности известняков шундоровского горизонта. Несмотря на подработку поверхности при системе разработки месторождения камер-лавами, воды первого подгоризонта по трещинам проседания лишь в небольшом количестве проникают в горные выработки.

Водообильность подгоризонта характеризуется коэффициентом фильтрации от 0,2 до 21 м/сутки, в среднем около 6,7 м/сутки, и удельным дебитом по скважинам от 0,1 до 5 мг/час.

В естественный режим подземных вод на шахтных полях Гдовского месторождения за 30 лет (исключая военные годы) эксплуатации горючих сланцев внесены существенные изменения. Достаточно указать, что за 16 лет (с 1945 по 1961 г.) на гдовских шахтах откачали 320 млн. м3 воды, а за один 1961 г. — 26,5 млн. м3. В 1958—1961 гг. коэффициент водообильности составлял в среднем 8—9 м3/т, а в довоенные годы доходил до 30—40 м3/т. За все время строительства и эксплуатации шахт было 38 прорывов воды в горные выработки, некоторые из них имели начальный приток до 1000 3/чac и более (шахта им. Кирова, прорывы 1936—1941 гг.) из верхнего надсланцевого горизонта. В 1941 г., когда приток подземных вод на шахте им. Кирова был максимальным (1840 м3/час), коэффициент водообильности достигал 42.

В настоящее время осушительные мероприятия сказались больше всего на втором и третьем водоносных подгоризонтах, граничащих с промышленной пачкой. Уровень второго и третьего подгоризонтов понизился на 50—70 м. При этом приток из них составляет соответственно в среднем 30 и 48% от суммарного по шахтам.

Уровень первого водоносного горизонта понизился максимально на 18 At, но остаточный напор над отработанной площадью местами доходит до 20 м; в среднем приток из этого подгоризонта в шахты составляет около 17%.

Четвертый подгоризонт затронут шахтным водоотливом, и понижение его уровня связано главным образом с водозабором питьевой воды скважинами. В общем притоке шахтных вод на долю этого подгоризонта приходится около 5%.

Депрессионная воронка на Гдовском месторождении хотя и является глубокой и имеет большой радиус (до 30 км), все же в краевой (южной) части шахтных полей № 1 и 3 остаточные напоры доходят до 60 м по третьему подгоризонту и 70 м по второму подгоризонту, считая от подошвы промышленной пачки. Несмотря на то, что фронт горных работ на Гдовском месторождении стал теперь во много раз больше, чем в первые годы строительства шахт, суммарный приток в 1960 г. был 2100 м3/чac.

В настоящее время накоплен большой опыт разработки сланцев в сложной гидрогеологической обстановке Гдовского месторождения. Выяснилось, что при условии предварительного осушения с помощью дренажных скважин можно ослабить угрозу прорывов больших масс воды из карстовых зон и значительно снизить напоры как верхних (первого и второго), так и нижних (третьего и четвертого) водоносных горизонтов. Важное профилактическое значение от влияния верхних вод имеет сохранение кровли выработок. Глинистый характер известняков, залегающих непосредственно над промышленной пачкой, препятствует активной фильтрации вод сверху.

Другим аспектом рассматриваемой проблемы является использование шахтных вод на Гдовском месторождении для промышленных и питьевых целей, так как уже в 1965 г. местная потребность в одной питьевой воде исчисляется в 750—800 м3/час. Для этой цели используются воды четвертого и в меньшей мере — третьего водоносных горизонтов.

Касаясь вопроса обводненности двух других месторождений — Лужско-Волосовского и Чудовского, следует отметить, что оба они в этом отношении не изучены. По самым общим соображениям, Лужско-Волосовское месторождение по горнотехническим условиям на значительной площади будет близким к Гдовскому; Чудовское месторождение по ориентировочным гидрогеологическим данным, полученным при поисковой разведке 1939 г., будет значительно более трудным для разработки, чем Гдовское, учитывая высокие дебиты почти повсеместно фонтанирующих скважин (до 76—144 м3/час) и наличие больших напоров водоносных горизонтов (10—15 ат).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна