Научные работы

Учебное пособие составлено по результатам изучения инженерно-геологических и гидрогеологических условий месторождений Урала на различных стадиях разведки, проводимых сотрудниками кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Уральского государственного горного университета на протяжении ряда лет, с использованием накопленного опыта ряда учёных и практического опыта инженерно-геологического изучения рудных месторождений полезных ископаемых при их разведке.

На современном научном уровне рассмотрены требования к инженерно-геологической изученности месторождений твердых полезных ископаемых, задачи, цели изучения, виды и объемы работ, а также различные методы прогноза инженерно-геологических условий разработки месторождений.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 130302 «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания».

Настоящее учебное пособие посвящено проблемам изучения инженерно-геологических условий месторождений твёрдых полезных ископаемых.

Согласно принятому в последние годы Закону Российской Федерации «О недрах» Рекомендациям по содержанию, оформлению и порядку представления на государственную экспертизу материалов подсчёта запасов металлических и неметаллических полезных ископаемых, Методическим указаниям к экологическому обоснованию проектов разведочных кондиций на минеральное сырье, повышаются требования к изучению и прогнозным оценкам инженерно-геологических условий месторождений твёрдых полезных ископаемых.

Согласно указанным положениям, требуется полная изученность месторождения, в том числе инженерно-геологических условий, с детальностью, обеспечивающей получение исходных данных, необходимых для составления проекта разработки месторождения с учётом требований природоохранного законодательства и безопасности ведения горных работ.

В предлагаемой работе собраны, систематизированы и сформулированы основные аспекты изучения месторождений полезных ископаемых.

В данном учебном пособии обобщены материалы института ВСЕГИНГЕО, Г.Г. Скворцова, В.В. Фрома, Л.И. Романовской, Б.В. Смирнова, Л.А. Ярг, В.Д. Ломтадзе, Г.А. Фисенко, Г.А. Голодковской, И.П. Иванова, В.И. Кузькина и др. по инженерной геологии месторождений, однако часть курса написана по материалам собственных исследований авторов.

Изучение, постановка и решение вопросов формирования инженерно-геологических условий их оценки и прогноза является сложной и актуальной задачей разработки месторождений твердых полезных ископаемых, как одного из моментов определяющих безопасность горных работ и экономическую ценность полезного ископаемого. При решении таких задач необходимо использовать комплекс методов инженерной геологии и смежных наук.

Работа рассчитана на специалистов в области геологии, инженерной геологии месторождений полезных ископаемых. Рекомендуется для использования при чтении курса «Инженерная геология месторождений полезных ископаемых».

Введение

С распадом СССР основной объем твердого минерального ресурса оказался за пределами России, поэтому создание минерально-сырьевой базы страны требует введения в строй новых месторождений. Одним из основных разделов геологии месторождений твердых полезных ископаемых (МТПИ) является инженерная геология месторождений, которая исследует широкий круг геологических и практических задач, возникающих при разведке месторождений, проектировании, строительстве и эксплуатации горных предприятий по добыче и переработке руд цветных, черных благородных, редких, радиоактивных металлов, горно-химического сырья и строительных материалов.

Проектирование шахт, карьеров и всей инфраструктуры горно-технических предприятий в ряде случаев задача более ответственная, чем любых других инженерных сооружений, поэтому инженерно-геологическое изучение месторождений твердых полезных ископаемых имеет свои особенности: 1) значительная мощность тел горных пород, в которых закладываются выработки, достигающая сотен метров; 2) горный массив является одним из основных конструктивных элементов всей горно-технической системы; 3) карьеры и шахты существенно влияют на изменение природной обстановки, и это влияние распространяется на площади, превышающие размеры месторождения в плане иногда в десятки и тысячи раз; 4) существенные изменения инженерно-геологических условий (ИГУ) месторождений полезных ископаемых на больших площадях требуют разномасштабного подхода к изучению; 5) проходка горных выработок нарушает естественное напряженное состояние горных пород, вследствие чего развиваются инженерно-геологические процессы, осложняющие ведение горных работ, зачастую имеющие катастрофический характер, представляющие угрозу жизни людей. Борьба с уже возникшими и развивающимися явлениями в большинстве случаев оказывается более сложной, чем их прогноз и разработка профилактических мероприятий.

Изучение, постановка и решение задач формирования инженерно-геологических условий, их оценки и прогноза развития должны осуществляться последовательно, начиная с поисково-оценочных стадий, и продолжаться на стадиях эксплуатации месторождения.

Различные аспекты данной проблемы освещены в работах А.Ф. Алексеева, Э.И. Афанасиади, Г.К. Бондарика, К.-А.К. Вайтекунаса, Г.А. Голодковской, О.Н. Грязнова, О.М. Гуман, С.Г. Дубейковского, И.П. Иванова, Г.Н. Кашковского, В.И. Кузькина, В.Д. Ломтадзе, П.Н. Панюкова, М.Е. Певзнера, Г.Г. Скворцова, Б.В. Смирнова, Г.Л. Фисенко, В.В. Фромма, Н.С. Шабалиной, Л.В. Шаумян, Л.А. Ярг и мн. др. При этом большая часть работ датирована прошлым веком. В современных условиях использование новых методов и технологий ведения геолого-разведочных и горных работ предъявляют и новые требования к изучению, оценке и прогнозу ИГУ МТПИ.

Настоящая работа посвящена теоретическому и методологическому обоснованию особенностей изучения, оценки и прогноза ИГУ МТПИ на базе разработанной научно обоснованной модели природно-технической системы МТПИ, в основе которой лежат элементы системы, условия их функционирования и компоненты, определяющие устойчивость горных сооружений и сложность ИГУ их отработки.

Предлагаемый алгоритм изучения, оценки и прогноза ИГУ рассмотрен на одиннадцати МТПИ различной категории сложности ИГУ. При решении поставленных задач использовался широкий комплекс методов инженерной геологии и смежных наук, включающий изучение геолого-структурных условий, физико-механических свойств, параметров геотермического и геодинамического состояния. Кроме известных геологических методов, широко использовались методы математической статистики, геоинформатики и геомеханики.

Основанием для решения поставленных задач изучения, оценки и прогноза ИГУ МТПИ стали результаты исследований, полученные лично автором или совместно с сотрудниками кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии (ГИГ) Уральского государственного горного университета (УГГУ) в период с 1985 по 2011 гг. при проведении научно-исследовательских работ, а также при работах ООО «ГИНГЕО» на месторождениях Урала и Восточной Сибири, запасы которых утверждены в ГКЗ, ТКЗ.

Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (Госконтракт № 02.740.11.0679 от 29.03.2010 г.), руководитель проекта профессор О.Н. Грязнов.

В монографии охарактеризованы природные условия долинных областей криолитозоны ЯНАО на примере двух ключевых площадей – Салехардской и Надымской — рассмотрены история формирования, строение, закономерности распространения, температурный режим, свойства многолетнемерзлых пород (ММП); детально охарактеризован деятельный слой как фактор инженерно-геологических условий; проведено инженерно-геологическое районирование долинных областей криолитозоны; выполнена типизация инженерно-геологических условий Салехардской и Надымской площадей, исследована трансформация инженерно-геологических условий под воздействием техногенеза; даны рекомендации по минимизации негативных последствий проявления экзогенных геологических процессов урбанизированных территорий долинных областей криолитозоны.

Книга рассчитана на специалистов в области инженерно-геологических условий криолитозоны, может быть полезна преподавателям, аспирантам, студентам вузов.

Введение

Кафедрой грунтоведения и инженерной геологии МГУ и ВСЕГИНГЕО по инициативе Е. М. Сергеева и под его научным руководством в 50-70-х годах прошлого века впервые было выполнено инженерно-геологическое районирование долин рек Оби, Надыма, Пура, Таза, составлен комплект карт масштаба 1:500000.

Несмотря на многолетнюю историю изучения долинных областей криолитозоны ЯНАО, остается ряд проблем, требующих решения. На наш взгляд, наиболее актуальными являются: необходимость объективной оценки инженерно-геологических условий (ИГУ) территорий, базирующейся на выявлении основных природных компонентов и закономерностей их пространственной изменчивости, выполнение типологического инженерно-геологического районирования в масштабе не мельче 1:50000 для целей дальнейшего освоения территории, оценка трансформации инженерно-геологических условий в пределах участков, подверженных техногенному воздействию.

Геологическая среда городской инфраструктуры является чрезвычайно чувствительной и неустойчивой к техногенным воздействиям. Она претерпевает серьезные нарушения, которые выражаются в интенсификации экзогенных геологических процессов, проявлении комплекса техноприродных процессов, приводящих к существенному изменению температурно-влажностных условий, глубин сезонного промерзания и оттаивания и, как следствие, к деформациям инженерных сооружений.

Предлагаемая работа выполнена с целью изучения и оценки закономерностей формирования инженерно-геологических условий долинных областей криолитозоны ЯНАО и их техногенной трансформации в пределах урбанизированных территорий.

Основными задачами исследований являлись:

• выявление факторов формирования инженерно-геологических условий долинных областей криолитозоны ЯНАО и основных закономерностей их пространственной изменчивости;
• изучение деятельного слоя, как компонента ИГУ, разработка методики его изучения и оценки;
• выполнение типологического инженерно-геологического районирования территории долинных областей криолитозоны ЯНАО;
• оценка техногенной трансформации ИГУ в пределах урбанизированных территорий долинных областей криолитозоны ЯНАО;
• разработка рекомендаций по минимизации негативных последствий техногенной трансформации урбанизированных территорий долинных областей криолитозоны ЯНАО.

В основу монографии положен фактический материал, полученный авторами в процессе полевых и камеральных работ при комплексной гидрогеологической, инженерно-геологической и геоэкологической съемке масштаба 1:50000 Салехардской (2000-2004 гг.) и Надымской (2004-2007 гг.) площадей в составе Ямальской научно-исследовательской геологической экспедиции (ЯНИГЭ) Уральского государственного горного университета, а также результаты НИР, полученные в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. (Госконтракт № 02.740.11.0679 от 29.03.2010).

В процессе исследований использован комплекс методов, включающий: изучение, анализ и обобщение геологических, инженерно-геологических и гидрогеологических материалов; маршрутные наблюдения при гидрогеологической, инженерно-геологической и геоэкологической съемке масштаба 1:50000 Салехардской и Надымской площадей; опробование грунтов; лабораторные исследования проб грунтов, подземных и поверхностных вод в аккредитованных лабораториях по аттестованным методикам; математические методы обработки информации с использованием компьютерных технологий; методы создания картографических моделей и баз аналитической информации.

Результаты исследований, отраженные в монографии, позволяют минимизировать негативные последствия техногенной трансформации ИГУ при освоении новых территорий долинных областей криолитозоны. Основные положения работы используются Комитетом по архитектуре и градостроительству администрации Муниципального образования г. Надым при планировании осваиваемых территорий, а также при совершенствовании генерального плана развития города. Они могут быть использованы проектными и изыскательскими организациями в качестве базовых положений для оценки ИГУ естественных территорий и городской инфраструктуры в сходных природных и природно-техногенных условиях, оценки глубин сезонного оттаивания и сезонного промерзания, обоснования технических методов защиты зданий и сооружений.

Авторы благодарны руководству Департамента природно-ресурсного регулирования и развития нефтегазового комплекса, администрации ЯНАО, администрации г. Салехарда и г. Надыма, руководству «Ямалнедра» за оказанное содействие при сборе материалов и проведении работ.

Абатурова Ирина Валерьевна

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ, ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ В СКАЛЬНЫХ МАССИВАХ — 2012 г.

Специальность 25.00.08 – «Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение»

Писецкий Владимир Борисович

ПРОГНОЗ ФЛЮИДОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ БАССЕЙНОВ ПО СЕЙСМИЧЕСКИМ ДАННЫМ — 2005 г.

Специальность 25.00.12 — Геология, поиски и разведка горючих ископаемых

Писецкий Владимир Борисович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРИМЕНЕНИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ С ЦЕЛЬЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕСКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ (НА ПРИМЕРЕ ГРУНТОВ УРАЛА) – 1976 г.

Специальность 04.00.12 – Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных

Абатурова Ирина Валерьевна

МЕТОДИКА ПРОГНОЗА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ МЕСТОРОЖДЕНИЙ «СВЕТЛИНСКОГО» ТИПА НА СТАДИИ РАЗВЕДКИ – 1994 г.

Специальность 04.00.07 – Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Иванов Юрий Константинович

ТЕХНОГЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ СОСТАВА ПРИРОДНЫХ ВОД ПУРОВСКОГО РАЙОНА ЯМАЛО-НЕНЕЦКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА – 2002 г.

Специальность 25.00.36– Геоэкология

Петрова Ирина Геннадьевна

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ СОБСКО-РАЙИЗСКОЙ ПЛОЩАДИ ПОЛЯРНОГО УРАЛА НА РАННЕЙ СТАДИИ УРБАНИЗАЦИИ – 2004 г.

Специальность 25.00.36– Геоэкология

Стороженко Любовь Александровна

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ СЕВЕРНОГО ПРИОБЬЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ – 2008 г.

Специальность 25.00.36– Геоэкология

Королева (Емельянова) Ирина Андреевна

ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЯ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ГОРОДСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ В КРИОГЕННОЙ ЗОНЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ (НА ПРИМЕРЕ Г. НАДЫМ) – 2010 г.

Специальность 25.00.08 – Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Зудилин Александр Эдуардович

СИСТЕМА ИНТЕГРИРОВАНИЯ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ С ЦЕЛЬЮ ПРОГНОЗА ПАРАМЕТРОВ ФЛЮИДОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОСАДОЧНОГО БАССЕЙНА : НА ПРИМЕРАХ НЕФТЕГАЗОВЫХ РАЙОНОВ ХМАО – ЮГРА – 2011 г.

Специальность 25.00.10 – Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Савинцев Иван Андреевич

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ДОЛИННЫХ ОБЛАСТЕЙ КРИОЛИТОЗОНЫ ЯНАО (НА ПРИМЕРЕ САЛЕХАРДСКОЙ И НАДЫМСКОЙ ПЛОЩАДЕЙ) – 2012 г.

Специальность 25.00.08 – Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Шинкарюк Владислав Александрович

ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНОГО МАССИВА В ПРОЦЕССЕ ВЕДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ РАБОТ НА ОСНОВЕ СЕЙСМИЧЕСКИХ И ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ДАННЫХ – 2013 г.

Специальность 25.00.10 – Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых