Осушение месторождений полезных ископаемых. Водопонижение. Дренаж.

Научно-производственная группа "Тектоника"

Осушение месторождений и рудных полей является залогом их эффективной и безопасной эксплуатации. Снижение уровня подземных вод в горных массивах обеспечивает безаварийную отработку карьеров и шахтных полей. Обводненность горного массива может являться причиной прорывов подземных вод в горные выработки, снижения устойчивости бортов карьеров и сыпучих отвалов, оползней и обвалов. Кроме того, повышенная влажность может приводить к снижению качества руды, удорожанию процесса добычи и ее последующего обогащения. Выходы подземных вод на откосы карьеров приводит к увлажнению дорог, что в условиях карьера приводит к ускоренному износу тяжелой техники.

Проблема осушения породных массивов, строительного водопонижения и дренажа актуальна и для городских территорий. Сооружение линий метрополитена, подземных комплексов, многоуровневых подземных парковок требует проведения дренажных мероприятий и организации водоотлива. В настоящее время широкую популярность приобрела гидроизоляция фундаментов и подземных конструкций. Однако, как показывает практика, в большинстве случаев применение гидроизоляции оказывается недостаточным. Гидроизоляция не способна сдержать приток подземных вод, в связи с чем, требуется дополнительное снижение уровня подземных вод в основании зданий и сооружений, проектирование водоотлива и организация дренажных систем.

Осушение массивов горных пород выполняется с применением систем водоотлива как в самих горных выработках и котлованах (кольцевой дренаж), так и с применением опережающего дренажа (дренажные скважины и лучевые колодцы). Одним из наиболее эффективных и экономически выгодных методов водопонижения является сооружение дренажных скважин. Дренажные скважины имеют относительно низкую стоимость и позволяют перехватить поток подземных вод на внешнем контуре до поступления его в границы сооружения.

Организация дренажных систем требует детального изучения геологических и гидрогеологических условий участка, выполнения серии опытно-фильтрационных работ, проведения гидродинамических расчетов и организации наблюдательной сети, способной обеспечить непрерывный контроль за процессом снижения уровня в горном массиве. В отсутствие предварительных гидрогеологических исследований и инженерных расчетов дренажные системы зачастую не могут обеспечить необходимого снижения уровня подземных вод в основании сооружения, либо имеют неоправданно высокую стоимость и, условно говоря, низкий КПД. Кроме того, бесконтрольное снижение уровня подземных вод в пределах городских территорий может приводить к оседанию земной поверхности, что влечет за собой деформацию зданий и сооружений.

Ситуации, когда поток подземных вод угрожает полным затоплением карьеров, встречаются не часто. Такие условия могут складываться в закарстованных массивах, либо в горных массивах, имеющих высокую степень техногенной проработки, резко увеличивающей их проницаемость. Чаще всего, величина общего водопритока в горные выработки позволяет обходиться сооружением внутрикарьерного водоотлива.

Однако, растущие требования по обеспечению природоохранных мероприятий и экологической безопасности добычи полезных ископаемых приводят к тому, что организация водоотлива непосредственно из горных выработок может стать экономически невыгодной. Дело в том, что поступление подземных вод в карьер приводит к их непосредственному контакту с рудными компонентами. Это приводит к существенному изменению состава и облика природных подземных вод. Так, например, на медных месторождениях резко возрастает содержание в воде сульфатов, тяжелых металлов, мышьяка, возрастает общая минерализация, снижается pH, вплоть до образования слабого раствора кислоты. Всё это делает невозможным непосредственный сброс рудничных вод в поверхностные водотоки и делает необходимым организацию водоподготовки с возведением комплекса очистных сооружений. Стоимость такого комплекса может в десятки и сотни раз превышать стоимость мероприятий по организации опережающего дренажа и предотвращению контакта природных вод с рудой.

Более сложная ситуация наблюдается с гидрогеологическим обеспечением подземных работ. Сооружение шахтных стволов и подземных выработок требует обязательного учета притоков подземных вод, от которого зависит успешность и безопасноть их эксплуатации. Недоучет гидрогеологических особенностей и фильтрационной структуры породных массивов может приводить к прорывам подземных вод и частичному или полному затоплению шахтных полей.

Немаловажным аспектом подземных работ является ликвидация шахт или мокрая консервация рудников, в процессе которой происходит затопление горных выработок и общий подъем уровня подземных вод на прилегающей площади. Нередко это приводит к затоплению территорий, десятилетиями находившихся в зоне депрессии уровней от работы шахтного водоотлива. Известно множество случаев, когда ликвидация шахт приводила к подтоплению жилых районов, дачных участков и строений, возведенных над рудником во время его работы.

Многолетний опыт работы гидрогеологов научно-производственной группы «Тектоника» показывает, что недостаточное изучение гидрогеологических условий осваиваемых территорий очень часто приводит к неоправданному росту экономических затрат. В городах повышенные затраты связаны со строительством подземных сооружений, тоннелей и станций метрополитена в отсутствие грамотных проектов опережающего дренажа. В большинстве случаев строители возлагают высокие надежды на эффективность систем гидроизоляции сооружений. Очень часто эти надежды не оправдываются. Недостаточное внимание к проблеме осушения породных массивов на горных предприятиях приводит к формированию загрязненных рудничных вод. В особо тяжелых случаях, низкая изученность гидрогеологических условий может служить причиной прорывов подземных вод, потери устойчивости горных массивов и возникновения аварийных ситуаций.

В заключении следует отметить, что дренажные системы могут являться дополнительным источником технического водоснабжения предприятий и рудников. В настоящее время, основной объем дренажных вод, получаемых в результате работы дренажных систем метрополитена и других объектов на городских территориях, бесцельно сбрасывается в речную сеть. Аналогичная ситуация наблюдается и на многих горных предприятиях, когда получаемые дренажные воды не используются в технологических циклах. Совмещение дренажных систем и систем водоснабжения способствуетснижению затрат и является экономически выгодным.

Проектирование и организация совмещенных систем осушения и водоснабжения требует проведения полного комплекса поисковых работ на подземные воды, высокой изученности геологических и гидрогеологических условий, наличия квалифицированных специалистов-гидрогеологов, современного оборудования и методов ведения работ.