Виявлення і дослідження закономірностей розвитку й динаміки техногенно зумовленого карсту для різних типів геологічного середовища. Обґрунтування інженерного захисту процесонебезпечних природно-техногенних систем соляних і сірчаних родовищ Передкарпаття.
Аннотация к работе
Гірничодобувні підприємства є природно-техногенними системами (ПТС), що формуються в зоні активної взаємодії техногенного обєкта і геологічного середовища (ГС) та мають обмежений період функціонування (Рудько, 1992). Розробка родовищ калійних солей і сірки у Передкарпатті традиційними методами за останні десятиріччя посилила процеси просідання земної поверхні, провалоутворення, ерозії, суфозії тощо. Оскільки ризик активізації вилуговування евапоритів регіону існує на всіх періодах ПТС, у сучасних умовах карстонебезпечності територій родовищ особливо актуальною є проблема прогнозування і керованого контролю станом геологічного середовища, аналізу комплексних умов і чинників механізму й динаміки карсту з метою його локалізації, повної стабілізації й управління (інженерного захисту) на кожному з етапів функціонування копалень. Вперше для досліджуваних типів геологічного середовища розроблено наукові та методичні основи підходу до розгляду гірничодобувних підприємств як природно-техногенних систем з позицій різних стадій функціонування. Особистий внесок здобувача полягає у: - проведенні польових маршрутних досліджень протягом 1994-2000 рр., які включали: вивчення умов залягання гірських порід, їхнього складу i структури; гідрогеологічне обстеження територій; вивчення рельєфу як чинника карстоутворення; вивчення i систематизацію морфології поверхневих i підземних карстових форм, їхнє поширення; виявлення конкретних ділянок розвитку екзогенних геологічних процесів (ЕГП); визначення ступеня їхнього впливу на народногосподарські обєкти; вивчення й аналіз водоприпливу в гірничі виробки; порівняльну характеристику стану ГС у часі;У першому розділі “Геологічне середовище і його ресурсний потенціал” розглянуто питання передумов карстоутворення у Передкарпатті, які визначаються, здебільшого, літолого-стратиграфічними, тектонічними, геоморфологічними, природнокліматичними, гідрогеологічними і техногенними умовами геологічного середовища. Обстеження територій калійно-соляних і сірчаних рудників засвідчили збільшення кількості карстових форм, що дає підставу говорити про позитивну динаміку процесу. Розробка родовищ калійних солей спричинила осідання поверхні, утворення підземних і поверхневих карстових форм, кількість яких зростає в часі через складні гідрогеологічні умови рудників. У третьому розділі “Постійно діючі моделі стану геологічного середовища природно-техногенних систем (ПТС) в межах соляної і сірчаної провінції Передкарпаття” наведено методику оцінки небезпеки карстоутворення на основі моделювання стану ГС ПТС конкретних родовищ відповідно до стадій їхнього освоєння або ліквідації. Підхід до оцінки природно-техногенних систем з погляду періодів їхнього функціонування (ієрархія ПТС) дає змогу розробити заходи з інженерного захисту на кожному з етапів (рівнів) розвитку цих систем і поєднати їх в єдине ціле.Виконані дослідження засвідчили, що природні умови ГС сірчаної i калійно-соляної провінцій визначають реальний (у гіпсах) i потенційний (у калійних солях) розвиток карсту та його закономірну активізацію за рахунок гірничодобувної промисловості з формуванням нових механізмів i позитивної динаміки процесу. Виявлено, що загальні закономірності розвитку карсту Передкарпаття виявляються, насамперед, у звязку з відмінністю його регіональних передумов: - евапоритова формація Передкарпаття слугує середовищем для розвитку карсту у вапняках, гіпсах i калійних солях; рух вод, їхня циркуляція в гіпсах i вапняках зони зчленування Східно-Європейської платформи з Передкарпатським прогином забезпечується перевищенням областей живлення над областями дренування, що створюють відповідні градієнти падіння гідростатичних напорів, визначається місцевим базисом дренажу, яким у природних умовах служать ерозійні врізання річкових долин, тектонічно ослаблені зони (тріщини, розривні порушення) та штучні ділянки розвантаження (гірничі виробки). Зясовано, що техногенні чинники розвитку карсту в межах сірчаної і калійно-соляної провінцій Передкарпаття діють у трьох основних напрямах: 1) прискорюють водообмін; 2) посилюють агресивність води; 3) зменшують стійкість покривних порід i порід, що карстуються. Виявлено, що сірчані та калійно-соляні родовища Передкарпаття характеризуються покритим (глибинним) карстом, за винятком ділянок, де річкові долини повністю прорізують покривну товщу порід, що карстуються, і ділянок відкритої розробки, де вони відслонюються на денній поверхні.
План
Основний зміст роботи
Вывод
Виконані дослідження засвідчили, що природні умови ГС сірчаної i калійно-соляної провінцій визначають реальний (у гіпсах) i потенційний (у калійних солях) розвиток карсту та його закономірну активізацію за рахунок гірничодобувної промисловості з формуванням нових механізмів i позитивної динаміки процесу.
Виявлено, що загальні закономірності розвитку карсту Передкарпаття виявляються, насамперед, у звязку з відмінністю його регіональних передумов: - евапоритова формація Передкарпаття слугує середовищем для розвитку карсту у вапняках, гіпсах i калійних солях;
- головними шляхами руху води в породах, здатних до розчинення, є різного роду тріщини епігенетичного походження: тектонічні, екзогенні й розширені тріщини напластування, техногенні (гірничі виробки);
- рух вод, їхня циркуляція в гіпсах i вапняках зони зчленування Східно-Європейської платформи з Передкарпатським прогином забезпечується перевищенням областей живлення над областями дренування, що створюють відповідні градієнти падіння гідростатичних напорів, визначається місцевим базисом дренажу, яким у природних умовах служать ерозійні врізання річкових долин, тектонічно ослаблені зони (тріщини, розривні порушення) та штучні ділянки розвантаження (гірничі виробки). Переміщення агресивних розчинників у калійно-соляних товщах прогину цілком підпорядковане наявності природних (зрідка) або штучних (частіше) порожнин.
Зясовано, що техногенні чинники розвитку карсту в межах сірчаної і калійно-соляної провінцій Передкарпаття діють у трьох основних напрямах: 1) прискорюють водообмін; 2) посилюють агресивність води; 3) зменшують стійкість покривних порід i порід, що карстуються. Розробка сірчаних руд і будівельних матеріалів у межах сірконосної провінції карєрним способом та калійних руд в межах калієносної - відкритим і шахтним способами закономірно активізує гіпсовий карст i спричинює появу й активізацію калійно-соляного. Калійно-соляний карст розвивається там, де раніше в природних умовах не проявлявся, але де для нього існують геологічні та гідрогеологічні передумови. У звязку з цим у межах регіону розрізняють природно-історичний та техногенно-активізований природно-історичний сульфатний карст і техногенний соляний карст.
Техногенно-зумовлений і техногенно-активізований карстовий процес на досліджуваних територіях характеризується надзвичайно великою масштабністю та катастрофічною інтенсивністю прояву, що в десятки разів перевищують природні.
4. Виявлено, що сірчані та калійно-соляні родовища Передкарпаття характеризуються покритим (глибинним) карстом, за винятком ділянок, де річкові долини повністю прорізують покривну товщу порід, що карстуються, і ділянок відкритої розробки, де вони відслонюються на денній поверхні. На територіях поширення непотужної, тріщинуватої, з літологічними вікнами покрівлі розвинені провальні, провально-суфозійні, суфозійні, схилові, просадні поверхневі (поодинокі або згруповані) карстові процеси.
5. Зясовано, що катастрофічний розвиток і активізація карстового процесу та різні форми його прояву зумовлені стадіями розвідки, експлуатації, ліквідації і постліквідації кожної з розглянутих природно-техногенних систем спеціального рівня організації ГС калійно-соляної і сірчаної провінцій Передкарпаття. Складено спеціальні постійно діючі моделі стану ГС ПТС з метою контролю, прогнозування i управління (інженерного захисту) ГС у межах зон впливу сірчаних i калійних гірничодобувних підприємств, які відбивають високе техногенне навантаження на ГС, визначають зміну стану порід i спричинюють розвиток процесів розчинення.
6. Виконані прогнозні оцінки стану ГС ПТС калійно-соляних і сірчаних родовищ однозначно підтверджують безперервну в часі подальшу активізацію карсту в умовах техногенезу. Припинення експлуатації гірничих виробок відновить порушений гідрогеологічний режим і стабілізує процеси розчинення порід.
7. Перевірена ефективність застосованих методів з інженерного захисту карстонебезпечних територій на основі комплексного аналізу результатів затоплення калійного рудника “Калуш” і Розвадівського карєру глин підтверджує доцільність їхнього використання під час ліквідації аналогічних копалень.
8. Обґрунтовані оптимальні заходи з інженерного захисту ГС територій калійних і сірчаних родовищ для запобігання, припинення або послаблення активізації карсту на кожній із стадій розвитку природно-техногенних систем враховують їхнє подальше народногосподарське використання.
Для ПТС стадії постліквідації (рудник “Калуш”, ділянка “Димівка” тощо), де відновлено природно-історичні умови в результаті застосування затоплення виробок як заходу з інженерного захисту, потрібна остаточна ліквідація старих поверхневих карстових форм та рекультивація територій. Для Калуша, де процеси провалоутворення повністю не стабілізувалися, необхідний комплексний моніторинг.
Для ПТС стадії ліквідації (Язівське, Подорожненське та інші родовища сірки, ділянка “Хотинь” Калуш-Голинської групи калійних родовищ) інженерним захистом є відновлення гідродинамічного i гідрохімічного режимів ГС шляхом затоплення карєрів прісними та заповнення шахт високомінералізованими розчинами. Ліквідацію відкритих виробок треба здійснювати поетапно, що одночасно розвяже питання з досягнення інженерної та екологічної безпеки прилеглих територій і практичного використання рекультивованих земель. Заповнення відробленого простору високомінерализованими розсолами як метод інженерного захисту (з метою досягнення стійкості території та наближення умов ПТС до природно-історичних) пропонуємо на ділянці “Хотинь” (з урахуванням досвіду провалоутворень під час ліквідації шахт Центрального й Північного каїнітового полів рудника “Калуш”).
Для ПТС стадії оптимального функціонування (експлуатації) у разі шахтного способу розробки (Стебник, ділянка “Пійло” Калуш-Голинської групи родовищ) калійних родовищ інженерним захистом повинна стати оптимальна система відробки руд, яка виключає попадання прісних і слабомінералізованих вод у підземні гірничі виробки, що призводить до розвитку карстових процесів (розробка родовища знизу догори із закладкою виробленого простору); у разі відкритого способу видобутку солей (Домбровський карєр) - створення протифільтраційної завіси для перехоплення агресивних дренажних вод.
9. Контроль за станом ГС i карстовими процесами в межах зони впливу рудників повинні здійснювати спеціальні служби за допомогою режимної сітки спостережень із вивчення гідрологічних і гідрогеологічних умов карстових вод та площинного поширення карстових форм. З метою детального дослідження й обліку (кадастру) карстових форм необхідно організовувати періодичні карстологічні обстеження.
Список литературы
Рудько Г.I., Бондаренко М.Д. Наукові основи розрахунку ризику та методичні аспекти інженерного захисту процесонебезпечних територій сірчаних та соляних родовищ Передкарпаття // Мін. ресурси України. - 1997. - № 3. - С. 32-35.
Рудько Г.I., Бондаренко М.Д. Постійно діючі моделі стану геологічного середовища природно-техногенних систем в межах соляної і сірчаної провінцій Передкарпаття (методологічні аспекти) // Мін. ресурси України. - 2000. - № 4. - С. 41-42.
Бондаренко М.Д. Карстова денудація в умовах техногенезу // Мінерал. зб. - 2000. - № 50, вип. 1. - С. 147-149.
Бондаренко М.Д., Сметанка Р.О. Зміна стану геологічного середовища Західних регіонів України за даними дешифрування космоаерофотознімків // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. геол. - 1999. - Вип. 13. - С. 143-145.
Рудько Г.I., Кошіль М.Б., Бондаренко М.Д. Регіональний, спеціальний та локальний режим небезпечних геологічних процесів як основа зниження потенційного ризику техно-природних аварій i катастроф. - К.: Вид-во Укр. будинку екон. та науково-техн. знань тов-ва “Знання “ України, 1997. - 87 с.
Рудько Г.I., Бондаренко М.Д., Озерко Л.М. Методика організації спеціального моніторингу та прогноз техногенної карстонебезпечності в межах Передкарпатської сірконосної провінції // Матеріали наук. конф., присв. 50-річчю геол. ф-ту ЛДУ. 19-21 жовтня 1995 р. - Львів: Вид-во ЛДУ, 1995. - С. 374-375.
Рудько Г.I., Бондаренко М.Д. Методичні основи підходу до проблеми раціонального використання геологічного середовища в межах Передкарпатської соленосної провінції (на прикладі Калуш-Голинського родовища калійних солей) // Там же. - С. 372-373.
Рудько Г.I., Бондаренко М.Д. Наукові i методичні основи прогнозу та інженерного захисту території техногенно-активізованого сульфатного i галогенного карсту Передкарпаття // Матеріали Міжнар. науково-практ. конф. Львів, 24-26 вересня 1996 р. - К.: Вид-во Укр. будинку екон. та науково-техн. знань, 1996. - С. 113-116.
Рудько Г.I., Бондаренко М.Д. Методика оцінки інженерного ризику та керований контроль за станом геологічного середовища в межах Передкарпатської галогенної провінції (на прикладі Калуш-Голинських родовищ) // Там же. - С. 141-145.
Рудько Г.I., Бондаренко М.Д. Типизация и оценка техногенных воздействий на геологическою среду Карпатского региона (инженерно-геомеханические аспекты) // Тез. докл. 1-ой научно-практ. конф. “Проблемы охраны геологической среды”. Минск, 19-21 апреля 1995 г. - Минск, 1995. - С. 35-37.
Рудько Г.И., Бондаренко М.Д. Инженерный риск и инженерная защита территорий серных и соляных месторождений Предкарпатья // Тез. докл. Междунар. конф. “Экологическая геология и рациональное недропользование. Становление научного направления и образования”. Санкт-Петербург, 18-20 ноября 1997 г. - Санкт-Петербург: Изд-во СПГУ, 1997. - С. 90-92.
Рудько Г.И., Бондаренко М.Д. Методика инженерной защиты карстоопасных территорий соляной и серной провинций западного региона Украины // Тез. докл. Междунар. конф. “Современные проблемы геологии, поисков, разведки и оценки месторождений полезных ископаемых”. Москва, 23-25 октября 1997 г. - М.: Изд-во РУ Дружбы народов, 1997. - С . 90-91.
Bondarenko M.D., Smetanka R.O. Ekologichne problemy Ukrainy Zahodney // Euroregion Press. - 2000. - № 1/2. - S. 10-11.