CC BY
78
ний, говорят о перспективности обнаружения в районе коренных источников золота.
--------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Фондовая
1. Григорович Л.П. и др. Геологическое строение и полезные ископаемые бассейна нижнего течения р. Амазар. Отчёт Багаджинской партии за 1987-1995гг. Чита. 1995.
2. Мишарин Ю.П. Отчёт по выделению площадей перспективных на промышленные полигенические россыпи золота тектонических уступов в мезозойско-кайнозойских впадинах Читинской области. ФГУП ЗабНИИ, тема 381, 2002г.
3. Шевчук Г.А. и др. Отчёт Утенинской партии за 1981-1987 гг.
— Коротко об авторах ------------------------------
Абушкевич С.А. - Читинский государственный университет.
© А.Г. Верхотуров, 2007
УДК 551.345 (571.55)
А.Г. Верхотуров
ПРОЦЕССЫ НАЛЕДЕОБРАЗОВАНИЯ
НА ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
ЗАБАЙКАЛЬЯ
1. Природные наледи
Геологическая деятельность наледей на сегодняшний день наиболее полно охарактеризована в работах В.Р. Алексеева и Н.Н. Романовского [1, 2]. Широко проявлена она в горноскладчатых областях криолитозоны, таких как Забайкалье, где подчиняется широтной зональности и высотной поясности. [2]. Механизм и закономерности наледеобразования в Кодаро-Удоканской, Селенгино-Витимской геоструктурных зонах и в Южном и Центральном Забайкалье существенно отличаются друг от друга. Это относится как к природным, так и к природно-техногенным наледям [4] .
Геоморфологическая и геологическая деятельность природных наледей определяется их объемами, составом пород, слагающих ложе и борта наледной поляны, уклонами русла и зависит от парагенетически связанных с наледеобразованием процессов. К ним относятся: криогенное выветривание, мо-розное трещинообразова-ние, пучение, инъекционное льдооб-разование, термокарст, термоэрозия, термоабразия, суффозия и эрозионные процессы.
Наледи воздействуют на горные породы непосредственно или активизируют криогенное выветривание, что связано с фазовыми переходами вода-лед в результате циклического замораживания и оттаивания горных пород, при непосредственном участии наледеобразующих вод. Наиболее активно оно протекает, когда на охлажденные горные породы (иногда до -30 оС) воздействуют налед-ные воды с температурами близкими к 0 оС. Это так называемый "тепловой удар". Результаты исследований при "тепловом ударе" и последующем субаквальном замораживании образцов показывают, что интенсивность выветривания возрастает почти на порядок, как и при процессах нивации [3]. Процесс проявляется практически по всей поверхности, где формируется наледь, особенно по ее периметру, в виде десквамации и шелушения валунов, дезинтеграции обломочных пород. Объемы выветрелого материала зависят от состава пород, мощности наледей, числа циклов и периодов излияния наледеобразующих вод.
Кроме криогенного выветривания на наледных участках интенсивно протекают процессы морозного трещинообразования, которое в отдельных случаях приводит к формированию полигонально-жильных и пластовых льдов. На участках разгрузки (выклини-
вания) подземных вод широко распространено инъекционное льдообразование, возможно формирование ледогрунтовых комплексов и развитие суффозионных процессов, сопровождающиеся выносом мелкозема.
При таянии наледей развиваются интенсивные эрозионные процессы. На участках развития высокольдистых многолетнемерзлых пород это зачастую приводит к развитию термокарста и термоэрозии. В ряде случаев наледные процессы активизируют ку-румы и солифлюкцию и другие гравитационные процессы на склонах, обводняя нижние части склонов, или создавая дополнительную пригрузку за счет наледного льда.
Интенсифицируя криогенное выветривание, наледи, в частности, обуславливают формирование тонкодисперсного листового золота, которое легко удаляется в период таяния наледей и при прохождении паводков. Это в конечном итоге приводит к разубоживанию с поверхности золотоносных россыпей.
2. Природно-техногенные и техногенные наледи
Образование и распространение природно-техногенных наледей Забайкалья отмечается практически на всей территории. Наибольший ущерб они вызывают на участках строительства и эксплуатации линейных сооружений, особенно автомобильных и железных дорог, а также при разработке месторождений полезных ископаемых.
Формирование техногенных наледей связано с фильтрацией техногенных вод через дамбы шламохранилищ и гидрозолоотва-лов, утечкой техногенных вод из коммуникаций и т.п. Характеристика воздействий, которые оказывают наледи на инженерные сооружения Забайкалья, в том числе и на горные предприятия представлена в таблице.
162
Только за в зимний период 1998-1999 гг. общая сумма ущерба нанесенного наледями экономике Читинской области составила около 4 млн руб.
Существующий опыт строительства и эксплуатации линейных сооружений в криолитозоне показывает на тесную причинноследственную связь процессов образования природно-техногенных наледей с изменением геокриологических и гидрогеологических
условий при горнопроходческих работах, строительстве инженерных сооружений, вырубке лесов, дренажных и и т. п.
Динамика развития природно-техногенных наледей при разработке месторождений полезных ископаемых имеет свои характерные особенности. Как правило, эти наледи образуются в карьерах и на первом этапе они формируются в виде гирляндообразных ледяных образований, верхняя граница развития которых указывает на максимальную глубину залегания кровли многолетнемерзлых пород, как это наблюдалось в карьере россыпного месторождения золота Г орохон в Центральном Забайкалье [4].
На первом этапе строительства карьеров или при неглубоком залегании подошвы наледные воды могут перекрывать их полностью, или образовывать плащеобразные ледяные тела мощностью до 0,5 м в подножьях уступов карьеров, как, например, на Уртуй-ском угольном разрезе. В случае, когда карьеры достигают больших глубин, гирляндообразные наледи могут образовывать несколько ярусов. Это происходит при наличии прерывистой криоли-тозоны по разрезу горных пород, а также при чередовании пластов горных пород, служащих водоупорами и коллекторами подземных вод, как это наблюдалось в карьере Шерловогорского ГОКа, разрезе «Восточный» Татауровского месторождения угля в Центральном Забайкалье и ряде других месторождений. Природно-техногенные наледи интенсивно развиваются при строительстве нагорных канав. В случае, когда нагорные канавы служат не только для перехвата стока поверхностных вод со склонов, но и кюветами для сбора фильтрующихся вод из шламохранилищ, мощность наледей вследствие дополнительных притоков существенно увеличивается [4].
Образование природно-техногенной наледи наблюдалось при создании противофильтрационного экрана из полиэтиленовой пленки. Наледь, активно развиваясь на одном из участков ложа строящегося шламохранилища, обусловила поднятие пленки грунта на высоту до 0,5 м, что привело к ее разрывам и нарушению сплошности экрана [4].
Утечки вод из гидротехнических сооружений (прудов-отстойников, хвостохранилищ и др.) могут приводить к формированию техногенных наледей, а в случае фильтрации в нижележащие водоносные горизонты, повышать уровни воды в них, и в дальнейшем приводить к возникновению природно-техногенных наледей.
Например, на прииске Усть-Кара в декабре 2003 г. произошло подтопление домов по ул. Юбилейной, связанное со сбросом воды из верхнего пруда-отстойника в нижележащий дражный полигон для сохранения на плаву драги № 53. Повышение уровня поверхностных вод р. Кара и напоров, тесно связанных с ними вод подруслового талика, привело к формированию значительно большей по объему наледи, чем в многоводные, а тем более обычные в климатическом отношении годы. Это привело к возникновению чрезвычайной ситуации и потребовало значительных материальных затрат при ее ликвидации.
Техногенные наледи вследствие утечек вод из водонесущих сетей, как правило, встречаются при строительстве зданий с проветриваемыми подпольями. Их мощность может достигать 1,0-2,0 и более метров. Таким образом, природно-техноген-ные и техногенные наледи, несмотря на свои небольшие объемы, часто представляют для инженерных сооружений и для безопасной жизнедеятельности людей не меньшую опасность, чем природные гигантские наледи.
3. Управление наледными процессами
Управление наледными процессами, включает и разработку мероприятий по защите от вредного воздействия наледей и связанных с ними процессов. В настоящее время известно свыше 100 различных противоналедных мероприятий, которые мало адаптированы в отношении горных предприятий.
В Читинском государственном университете разработаны и запатентованы с участием автора два способа предотвращения на-ледеобразования, которые можно использовать при защите угольных разрезов и других объектов горной промышленности. По первому варианту в русле наледеобразующего водотока устанавливают забивные трубчатые фильтры с шагом 5-7 м на глубину 2,02,5 м. Забивной фильтр облегчает раз-
Рис. 1. Конструкция дренажной противоналедной системы с утепленной траншеей и фильтрами (патент на изобретение № 2151232 от 20. 06. 2000 г.):
1 - траншея; 2 - распределительная решетка; 3 - трубчатый фильтр; 4 - бревна; 5 - настил; 6 - утеплитель (шлак); 7 - подошва сезонно-мерзлого слоя; 8 - барраж-ная завеса; 9 - угольный пласт; 10 - вмещающие породы; 11 - направление движения подземных вод)
грузку подземных вод в русло ручья за счет снижения фильтрационного сопротивления грунта. Над руслом устраивается распределительная решетка для снижения удельного давления на слабые грунты и обеспечения свободного стока воды. Затем на поперечные элементы укладываются продольные бревна-лежни с настилом, на который укладывается утеплитель (рис. 1).
Работа предлагаемой системы безналедного пропуска водотоков заключается в следующем. При промерзании грунтов наледной поляны в слое, ограниченном сверху и снизу мерзлыми грунтами, возникают криогенные напоры, которые при реализации способа, будут обеспечивать транзит надмерзлотных вод в зону талика - утепленного естественного русла ручья. Далее надмерзлотные воды отводятся за пределы опасного участка. Для повышения эффективности работы системы А.Е. Беляков предложил дополнить способ устройством про-тивофильтрационной завесы (8) для защиты угольных разрезов Забайкалья от наледей.
По второму варианту настил выполняется в виде короба, например треугольной формы, разделенного на секции с помощью вертикальных штор, выполненных из хорошо фильтрующего материала. Это предотвращает доступ холодного воздуха в короб и обеспечивает надежный транзит по естественному руслу. Изобретение позволяет в отличие от прототипов повысить эффективность и надежность предотвращения наледеобразования при низкой
стоимости реализации способа, за счет использования местных материалов.
Рис. 2. Применение дренажно-противоналедной системы защиты карьера (патент на изобретение № 21524823 от 10. 07. 2000 г.): 1 - трубчатый фильтр; 2 - трубчатый коллектор; 3 - утеплитель; 4 - вмещающие породы; 5 - непроницаемый материал; 6 - направление движения подземных вод; 7 - сезонномерзлые породы; 8 - пьезометрическая кривая)
Второй способ, также как и предыдущий, предназначен для использования в транспортном строительстве и при защите других объектов от вредного воздействия наледей. При осуществлении способа трубчатые фильтры устанавливают под углом к склону до водоупора и соединяют на поверхности трубой в единую магистраль, закрывая затем трубу слоем утеплителя (рис. 2)
В зимний период трубчатые фильтры собирают наледные воды за счет криогенных напоров, возникающих при промерзании грунтов наледной поляны, в утепленную трубу. Далее наледные воды по утепленной магистрали отводятся за пределы опасного участка. Свободному движению подземных вод вниз по склону препятствует непроницаемая завеса из глинистого материала, создаваемая в траншее непосредственно за трубчатыми фильтрами, и глинистая отмостка на поверхности.
Использование рассмотренных способов, как показал опыт, очень эффективно в южных районах криолитозоны. Кроме этого,
хорошие результаты дает установка гофрированных труб большого диаметра для защиты от наледных процессов на малых водотоках. Также широко используется создание закрытых трубчатых подземных горизонтальных дренажей в виде перфорированных труб на участках выхода подземных вод с гравийной засыпкой (по типу обратного фильтра) и отвод наледных вод за пределы участка с разгрузкой на рельеф. Для предотвращения промерзания труб на участках транзита они должны быть утеплены или заложены ниже глубины сезонного промерзания. Закрытый дренаж должен быть оборудован системой смотровых колодцев.
Таким образом, природно-техногенные оказывают резко негативное воздействие на устойчивость бортов карьеров, нарушают состояние земляного полотна автомобильных и железных дорог, а техногенные наледи на состояние покрытий дорог, устойчивость оснований зданий и сооружений, экологическую безопасность эксплуатации месторождений. Прогноз наледных процессов должен осуществляться с учетом многосторонних зависимостей наледеоб-разования от природных и антропогенных факторов. Выбор проти-воналедных мероприятий на горных предприятиях должен определяться генетическим типом наледи, ее параметрами, видом сооружения и экономической целесообразностью.
-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексеев, В.Р. Наледи /В.Р. Алексеев. - Новосибирск: Наука, 1987. - 160 с.
2. Романовский, Н.Н. Подземные воды криолитозоны / Н.Н.Романовский. -М.: Изд-во МГУ, 1983. - 231 с.
3. Шестернев, Д.М. К методике исследований динамики криогенного выветривания скальных и крупнообломочных пород в Забайкалье / Д.М. Шестернев, А.Г. Верхотуров, Г.Е. Ядрищенский // Сборник докладов и сообщений конференции «Инженерно-геокриологические проблемы Забайкалья, 1990» / Зап. За-байк. ф-ла Геогр. о-ва РФ. - Чита, 1992. - Вып. 125. - С. 114-117.
4. Шестернев Д.М. Криогенные процессы Забайкалья / Д.М. Шестернев. -Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. - 262 с.
— Коротко об авторах -------------------------------------------
Верхотуров Алексей Геннадьевич - доцент, Читинский государственный
университет кафедра гидрогеологии и инженерной геологии, г. Чита
© Г.Л. Зверева, 2007
