Подземные воды при разработке полезных ископаемых

Подземные воды при разработке полезных ископаемых thumbnail

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ (ОСНОВЫ ГИДРОГЕОЛОГИИ)

Подземные воды, содержащиеся в полезном ископаемом и вмещающих породах, во многом определяют инженерно-геологические условия МПИ. Гидрогеология изучает условия залегания подземных вод, их физические свойства, химический состав, движение, поиски и разведку подземных вод.

Рассматривая подземные воды, необходимо отметить, что их невозможно отделить от поверхностных и атмосферных вод. Подземные воды в том числе определяют степень обводнённости месторождений, свойства горных пород, соответственно условия проходки горных выработок и их устойчивость, водопритоки и характер осушения.

Влияние подземных вод на условия разработки месторождений полезных ископаемых выражается в снижении производительности горно-транспортного оборудования на всех обводнённых шахтах и карьерах; в увеличении потерь и степени разубоживания полезного ископаемого; в ухудшении устойчивости горных выработок; в снижении степени безопасности ведения горных работ.

Особенно важно влияние подземных вод на устойчивость пород вокруг горных выработок. С одной стороны, под воздействием воды горные породы меняют свою естественную прочность и деформируемость за счёт размокания, растворения, разуплотнения, выщелачивания, что приводит к оползням, вывалам и другим видам нарушения устойчивости горных выработок. С другой стороны, вода действует как сила, в том числе оказывая давление на крепление горных выработок. Кроме того поток подземных вод вызывает ряд механических и фильтрационных деформаций: прорыв глин, вымывание и вынос рыхлого материала, активизацию карста, плывуны и др.

Говоря о взаимодействии подземных вод с горными работами нельзя упускать из виду вопрос отрицательного влияния горного производства на природные воды. Гидрогеологические наблюдения показывают, что в горнодобывающих районах происходит снижение уровня подземных вод, иссушение пород, заболачивание, загрязнение как подземных, так и поверхностных вод. Необходимо внимательно изучать условия взаимодействия горного производства с природными водами. Вода – ценное полезное ископаемое.

Характеристика подземных вод по условиям их залегания.

В зависимости от характера занимаемых пустот в горных породах различают поровые (между зёрнами минералов, в порах рыхлых пород), трещинные и карстовые воды.

По условиям залегания в земной коре подземные воды могут быть временными (верховодка), грунтовыми и межпластовыми.

Временные подземные воды (верховодка). При инфильтрации в верхней части земной коры атмосферные осадки встречают на своём пути водонепроницаемые глинистые прослойки и линзы, на которых они временно задерживаются, образуя своеобразные маломощные водоносные горизонты местного значения. Обычно это происходит в период обильных дождей и снеготаяния, а в засушливые периоды вода частично испаряется, частично стекает в нижележащие породы, и водоносный горизонт исчезает. В засушливые периоды верховодку часто не обнаруживают, поэтому её отрицательное влияние в этих случаях приходит неожиданно.

Грунтовые воды – это подземные воды, залегающие на первом от поверхности водоупоре, выдержанном по простиранию. Грунтовые воды формируются за счёт инфильтрации атмосферных и поверхностных вод и во многом зависят от них. Область питания совпадает с областью распространения водоносного горизонта. Поверхность воды (водное зеркало) свободная, безнапорная и имеет различный наклон на разных участках. Её положение определяется гидроизогипсами грунтового горизонта, то есть линиями, соединяющими точки с одинаковыми абсолютными отметками установившегося уровня воды.

Межпластовые воды могут быть безнапорными и напорными или артезианскими. Безнапорные межпластовые воды залегают в водопроницаемых породах между двумя водоупорными слоями. Для них характерно ограниченное питание в местах выхода водоносных пород на поверхность или к водным объектам (поверхностным и подземным). Ограничена и разгрузка этих вод, поэтому они отличаются замедленным водообменом в отличие от грунтовых вод.

Межпластовые напорные воды называют артезианскими. Эти воды формируются в моноклинальных и синклинальных структурах. Водоносный горизонт (водопроницаемые горные породы) залегает между двумя водоупорами. Главная характерная черта артезианских вод – наличие в них напора, то есть отметка уровня воды при вскрытии устанавливается выше верхней границы водоносного горизонта. Напор рассматривается как давление на водоупоры и часто определяет напряжённое состояние вокруг горных выработок и условиях их устойчивости.

Физические свойства подземных вод: температура, плотность, цвет, прозрачность, вкус, запах, электропроводимость, радиоактивность (основные свойства). Плотность химически чистой воды при температуре 40С равна 1 г/см3. В зависимости от содержания и состава минеральных примесей плотность достигает 1,1-1,3 г/см3 и более.

Химический состав подземных вод определяется составом растворённых в них твёрдых веществ и газов. В зависимости от содержания основных анионов различают подземные воды гидрокарбонатные (HCO3), хлоридные (Cl) и сульфатные (SO42). В каждой группе выделяют виды в зависимости от содержания основных катионов: Na+, Ca2+, Mg2+.

Концентрация растворённых в воде твёрдых минеральных веществ определяет минерализацию воды. По степени минерализации различают воды пресные – до 1 г/л, солоноватые – 1-10 г/л, солёные – 10-50 г/л и рассолы – более 50 г/л.

Термин «минеральные воды» относится к водам, содержащим ряд специфических компонентов (углекислоту, сероводород, литий, йод, бром, железо) в количествах от 0,001 г/л и более.

Источник

Обводнённость месторождений

Обводнённость месторождения показывает степень влияния подземных и поверхностных вод на условия ведения горных работ при вскрытии и разработке месторождения. При расположении уровня подземных вод ниже залежи полезного ископаемого они не оказывают влияния на ведение горных работ. Обводненньми называются месторождения, на которых подземные воды залегают выше пласта полезного ископаемого или под пластом залегает водоносный горизонт с напорной водой, пьезометрический уровень которой стоит выше почвы полезного ископаемого. При карьерной разработке месторождения, вскрываются водоносные горизонты, в результате чего по всему периметру через борта карьера происходит фильтрация воды в выработанное пространство. Обводненность вскрышных пород и пластов полезных ископаемых осложняет ведение горных работ, поскольку создает угрозу внезапного прорыва воды в горные выработки, создает опасность оползней и обвалов бортов карьера.

Следует отметить, что поверхностные и подземные воды тесно связаны, поэтому при оценке обводнённости, следует учитывать факторы, влияющие на оба типа вод.

Приток воды в шахту или карьер характеризуется коэффициентом водообильности, представляющим собой отношение количества откачиваемой воды (в кубических метрах) к количеству добытого полезного ископаемого (в тоннах) за тот же промежуток времени (за год, месяц, сутки). Как показали исследования, проведенные М. В. Масленниковым по 12 угольным карьерам, значения коэффициентов водообильности находятся в пределах 0,3–10,7 (преобладают 0,6–3,4) и зависят от обводнённости месторождения.

Водоприток в карьеры можно оценивать величиной притока на 1 км длины карьера, который обычно изменяется от 200 до 500 м3/ч, а в сильнообводненных карьерах (например, в КМА) может достигать 1000–2000 м3/ч. обводнённость карьерный дренажный вода

Капитальные затраты и эксплуатационные расходы на откачку воды и борьбу с ней в шахтах и карьерах повышают себестоимость добываемого полезного ископаемого. Увеличение себестоимости происходит нередко из-за пониженной в 2–3 раза производительности труда в мокром забое и высокой влажности добываемого полезного ископаемого. Затопление шахты или отдельных выработок приносит большие убытки. Водоотлив, особенно в глубоких шахтах с агрессивной водой, сильно влияющий на срок работы насосного оборудования и трубопроводов, составляет одну из основных статей расходов при эксплуатации месторождения.

Большие осложнения при вскрытии и эксплуатации месторождений создают плывуны. При прорывах плывунов в горные выработки они заносят штреки на десятки метров, а иногда выводят из строя предприятие.

Также, одним из отрицательных проявлений обводненности горного массива является осложнение во взрывной подготовке вскрышных пород и экскавации. Поэтому при проектировании параметров буровзрывных работ, выборе типа взрывчатого вещества, технологии ведения взрывных работ необходимо учитывать обводненность массива.

На обводненность месторождений оказывают влияние естественно-исторические условия развития района, искусственно созданные факторы, а также система разработок.

К основным природным факторам, определяющим обводнение месторождений, относятся: 1) климат; 2) многолетняя мерзлота; 3) рельеф местности; 4) просачивание воды из поверхностных водотоков и водоемов; 5) обнаженность коренных лород и состав покровных слабопроницаемых отложений; 6) литологический состав вмещающих пород; 7) тектоника района; 8) изменение водообильности с глубиной горных выработок; 9) формы погребенного рельефа.

К искусственно созданным факторам относятся: 1) влияние старых затопленных выработок; 2) влияние незатампонированных разведочных скважин; 3) неправильное ведение горных работ.

В задачу геологических и гидрогеологических исследований при разведке месторождений входит выяснение основных факторов, определяющих обводненность месторождения.

По П. П. Климентову все месторождения по степени и характеру обводненности подразделяются на семь типов.

  • 1 тип — месторождения, в геологическом разрезе которых широко развиты карстующиеся породы (известняки, доломиты, гипсы). Эти месторождения отличаются наиболее высокой водообильностыо. Отдельные притоки иногда достигают 10 000 м3/ч, а коэффициент водообильности 250–300. Особенно значительные притоки наблюдаются при наличии взаимосвязи между подземными и поверхностными водами и водоемами.
  • 2 тип — месторождения соляные. Обводненность данных месторождений обычно незначительна. Это обусловливается тем, что соляные месторождения сверху перекрываются мощными глинистыми пластами, которые предохраняют залежи соли от размыва. Существенным фактором, также предотвращающим залежи соли от размыва, является высокая степень пластичности солей, в силу чего образующиеся в них при тектонических движениях трещины очень быстро смыкаются, что исключает возможность движения подземных вод непосредственно в соляной залежи.
  • 3 тип — месторождения, приуроченные к мощной толще рыхлых осадочных пород (песчано-глинистых, песчаных и т. п.). Водообильность месторождений этого типа зависит от общих физико-географических условий (климата, рельефа и т. п.). При наличии благоприятных условий для инфильтрации, водообильность может быть высокой, притоки достигают 100–400 м3и более.) Коэффициент водообильности, разрабатывающих эти месторождения, колеблется от 2 до 15 и более. Особенностью данных месторождений являются также частые прорывы плывунов в горных выработках, что значительно осложняет ведение эксплуатационных работ.
  • 4 тип — месторождения, приуроченные к скальным трещиноватым породам, перекрытым рыхлыми образованиями, залегающими в верхней части. Водообильность этих месторождений зависит от степени трещиноватости скальных пород и от общих физико-геологических условий. При наличии гидравлической связи с поверхностными водами притоки в горные выработки могут достигать 400–600 м3и более, возрастая с увеличением глубины выработок. Коэффициент водообильности в отдельных случаях достигает 10–15.
  • 5 тип — месторождения, приуроченные к скальным трещиноватым породам. Водообильность месторождений зависит главным образом от общих физико-географических условий, а также от степени трещиноватости и тектонической нарушенности. Водообильность обычно невелика. Притоки не превышают нескольких десятков кубических метров в час, увеличиваясь до 100–150 м3/ч только при наличии вблизи выработок поверхностных водотоков и водоемов. Коэффициент водообильности изменяется от долей единицы до 1–3.
  • 6 тип — месторождения с любым геологическим разрезом, расположенные на междуречье с относительно высокими отметками, а также в горных районах выше местных базисов эрозий, в результате чего они хорошо сдренированы. Притоки небольшие и борьба с рудничными водами никаких трудностей не вызывает.
  • 7 тип — месторождения, расположенные в толще многолетнемерзлых пород. В большинстве своем они безводные или слабоводообильные. Исключением являются месторождения, расположенные на побережье полярных морей и обводняемые морскими водами, температура которых на глубине до 200 м составляет минус 4–5° С; притоки воды в этих случаях могут достигать 100–300 м3и более.

Значительные осложнения при эксплуатации месторождений, приуроченных» к многолетнемерзлым породам, вызывают участки распространения таликов. Основное внимание в подобных случаях должно быть обращено на борьбу с притоками в горные выработки поверхностных вод, которые могут поступать через талые участки, причем вследствие привноса тепла циркулирующими водами их отепляющее действие способствует размораживанию пород, что влечет за собой увеличение притоков с течением времени. В качестве профилактической меры разработку рекомендуется вести начиная с участков, наиболее удаленных от таликов, а в последнюю очередь следует форсированными темпами отрабатывать полезное ископаемое в талых породах. Имеются и другие способы ведения горных работ на месторождениях, где промороженные участки чередуются с талыми, излагаемые в специальных руководствах.

Источник

Геологическая деятельность подземных вод важная часть горнодобывающей промышленности. Она изучает наличие подземных источников, залегание и протяженность водных пластов, и их влияние на скорость выработки. В толще земли вода содержится в разных агрегатных состояниях: парообразное, жидкое и даже твердое. Это всегда учитывается при изучении местности, а также при поиске гидроминеральных полезных ископаемых. Они оказывают значительное влияние на геологическую ситуацию местности.

Вода в горных породах

Подземные воды образуются в результате просачивания осадков в толщу земной коры, а также во время химических реакций. При исследовании полезных ископаемых, всегда отдельный вопрос отводится на определение типа подземных вод. Предварительная оценка делается на основе чертежей, сделанных геологической разведкой. Также исследуются и результаты сейсмологической разведки, и керна, полученные при бурении скважин.

Геологическая деятельность подземных вод

В горных породах встречается несколько видов:

  1. Кристаллизационная – входит в состав кристаллических решеток. При нагревании ее соединения разрушаются, и она выделяется в виде пара или жидкости.
  2. Твердая – в виде льда. Ее состояние зависит от климатической среды месторождения, при бурении она может растаять, что значительно влияет на выработку и устойчивость сооружений.
  3. Пар – в горных породах, залегающих рядом с местами высокой магматической активности. Структуры могут быть герметично закрытыми, а при их разрушении происходят взрывы.
  4. Капиллярная – содержится в трещинах породы.
  5. Прочносвязанная – удерживается на поверхности молекул из-за магнитного заряда. Она не стекает с поверхности, не поддается гравитационному притяжению.
  6. Рыхлосвязанная – также удерживается на поверхности молекул, но может перемещаться относительно более сильного магнитного поля.
  7. Гравитационная – перемещается в толще породы под воздействием силы тяжести.

Геологическая деятельность подземных вод значительно зависит от ее агрегатного состояния, что всегда учитывается во время исследования. Также влияет и растворимость породы, ее химическое взаимодействие с минералами.

Поведение воды в зависимости от залегания

Взаимодействие воды с близлежащими структурами может быть достаточно разнообразным. Растворением называют карст, при этом химические реакции не происходят. Перенос мелких частиц потоком называется суффозией. Поток постоянно деформирует и разрушает породы. Со временем большое количество полезных ископаемых могут переместиться на значительное расстояние с водным потоком.

Геологическая деятельность подземных вод

Когда подземные источники вызывают текучесть песков и глинистых отложений, это явление называется плывуном. В горнодобывающем деле это опасная ситуация, она может привести к обрушению зданий, шахт, неустойчивости строений.

Движение и режим грунтовых вод

Геологическая работа подземных вод основана на постоянном движении. Оно происходит относительно законов физики – по градиенту давления или под воздействием силы притяжения. Зная особенности перемещения подземных вод, можно построить план геологических работ на местности.

Под землей встречаются напорные и безнапорные источники. Первый вид – грунтовые воды, они не отличаются чистотой, могут использоваться в технических нуждах или требуют очистки. Напорные источники еще называют артезианскими. Они находятся в постоянном движении, чистые и пригодны для питья.

Воды, которые находятся вблизи разломов, имеющие высокую температуру, используются в качестве гидротермальных источников для отопления помещений и в курортных, санаторных комплексах. Одним из важнейших полезных ископаемых является минеральная вода – содержащая большое количество микроэлементов.

Источник

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ (а. underground waters; н. Grundwasser; ф. eaux souterraines, eaux de sous-sol; и. aguas subterraneas) — воды, находящиеся в толщах горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и парообразном состоянии. Подземные воды являются частью водных ресурсов. В областях существования подземных вод температура колеблется от -93 до 1200°С, давление — от нескольких до 3000 МПа. В зависимости от характера пустот водовмещающих пород подземные воды делятся на: поровые — в песках, галечниках и других обломочных породах; трещинные (жильные) — в скальных породах (гранитах, песчаниках); карстовые (трещинно-карстовые) — в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.).

Подземные воды, перемещающиеся под влиянием силы тяжести, называются гравитационными или свободными водами, в отличие от связанных вод (гигроскопические, плёночные, капиллярные и кристаллизационные воды). Слои горных пород, насыщенные гравитационной водой, образуют водоносные горизонты, или пласты, составляющие водоносные комплексы, горные породы которых обладают различной степенью влагоемкости, водопроницаемости и водоотдачи.

Первый от поверхности Земли постоянно существующий безнапорный водоносный горизонт называется горизонтом грунтовых вод. Непосредственно над их поверхностью (зеркалом грунтовых вод) распространены капиллярные воды, которые могут быть подвешенными, т.е. несообщающимися с зеркалом грунтовых вод. Всё пространство от поверхности Земли до зеркала грунтовых вод называется зоной аэрации, в которой происходит просачивание вод с поверхности. В зоне аэрации на отдельных разобщённых прослоях пород, обладающих меньшей фильтрационной способностью, в период питания грунтовых вод могут образовываться временные, или сезонные, скопления подземных вод, называющиеся верховодкой.

Глубина залегания грунтовых вод зависит от географических условий, закономерно изменяющихся от полюсов к экватору. В Европейской части CCCP средняя глубина зеркала грунтовых вод постепенно увеличивается с севера на юг (в зоне тундр — близ поверхности, в средней полосе — несколько метров, на юге — несколько десятков метров). Нижняя граница грунтовых вод располагается на глубине более 10-12 км. Водоносные горизонты, залегающие ниже грунтовых вод, отделяются от них пластами водонепроницаемых (водоупорных) или слабопроницаемых пород и называются горизонтами межпластовых вод. Они обычно находятся под гидростатическим давлением (артезианские воды), реже имеют свободную поверхность — безнапорные воды. Область питания межпластовых вод находится в местах выхода водовмещающих пород на дневную поверхность (или в местах их неглубокого залегания); питание происходит также и путём перетекания воды из других водоносных горизонтов.

Подземные воды — природные растворы, содержащие свыше 60 химических элементов (в наибольших количествах — К, Na, Ca, Mg, Fe, Cl, S, С, Si, N, О, Н), а также микроорганизмы (окисляющие и восстанавливающие различные вещества). Как правило, подземные воды насыщены газами (CO2, О2, N2, С2H2 и др.). По степени минерализации подземные воды подразделяют (по В. И. Вернадскому) на пресные (до 1 г/л), солоноватые (от 1 до 10 г/л), солёные (от 10 до 50 г/л) и подземные рассолы (свыше 50 г/л); в более поздних классификациях к подземным рассолам относят воды с минерализацией свыше 36 г/л. В зависимости от температуры (°С) различают: переохлаждённые подземные воды (ниже 0), холодные (от 0 до 20), тёплые (от 20 до 37), горячие (от 37 до 50), весьма горячие (от 50 до 100) и перегретые (свыше 100).

По происхождению выделяется несколько типов подземных вод. Инфильтрационные воды образуются благодаря просачиванию с поверхности Земли дождевых, талых и речных вод. По составу они преимущественно гидрокарбонатно-кальциевые и магниевые. При выщелачивании гипсовых пород формируются сульфатно-кальциевые, а при растворении соленосных — хлоридно-натриевые воды. Конденсационные подземные воды образуются в результате конденсации водяных паров в порах или трещинах пород. Седиментационные воды формируются в процессе геологического осадкообразования и обычно представляют собой изменённые захороненные воды морского происхождения (хлоридно-натриевые, хлоридно-кальциево-натриевые и др.). К ним же относятся погребённые рассолы солеродных бассейнов, а также ультрапресные воды песчаных линз в моренных отложениях. Воды, образующиеся из магмы при ее кристаллизации и при метаморфизме горных пород, называются магматогенными или ювенильными водами.

Один из показателей природной обстановки формирования подземных вод — состав растворённых и свободно выделяющихся газов. Для верхних водоносных горизонтов с окислительной обстановкой характерно присутствие кислорода, азота, для нижних частей разреза, где преобладает восстановительная среда, типичны газы биохимического происхождения (сероводород, метан). В очагах интрузий и термометаморфизма распространены воды, насыщенные углекислым газом (углекислые воды Кавказа, Памира, Забайкалья). У кратеров вулканов встречаются кислые сульфатные воды (т.н. фумарольные термы). Во многих водонапорных системах, которыми являются часто крупные артезианские бассейны, выделяют три зоны, различающиеся степенью интенсивности водообмена с поверхностными водами и составом подземных вод. Верхние и краевые части бассейнов заняты обычно инфильтрационными пресными водами зоны активного водообмена (по Н. К. Игнатовичу) или активной циркуляции. В центральных глубоких частях бассейнов выделяется зона весьма замедленного водообмена или застойного режима, где распространены высокоминерализованные воды. В промежуточной зоне относительно замедленного или затруднённого водообмена развиты смешанные воды различного состава.

Многие качественные и количественные показатели параметров подземных вод (уровня, напора, расходов, химического и газового составов, температуры и др.) подвергаются кратковременным, многолетним и вековым изменениям, которые определяют режим подземных вод. Последний отражает процесс формирования подземных вод во времени и на различных территориях под влиянием естественных (климатических, гидрологических, геологических, гидрогеологических) и техногенных факторов. Наибольшие колебания показателей режима происходят при неглубоком залегании подземных вод.

Закономерности распространения подземных вод зависят от многих геологических и физико-географических особенностей территории. В пределах платформ и краевых прогибов развиты артезианские бассейны и склоны (на территории CCCP, например, Западносибирский артезианский бассейн, Московский артезианский бассейн, Прибалтийский артезианский бассейн). На платформах в районах поднятий докембрийского кристаллического фундамента (Украинский щит, Анабарский массив и др.) и в горноскладчатых областях развиты подземные воды трещинного типа. Своеобразные гидрогеологические условия, определяющие характер циркуляции и состав подземных вод, создаются в областях развития многолетнемёрзлых горных пород, где формируются надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные воды.

Подземные воды являются полезным ископаемым, запасы которого в отличие от других видов полезных ископаемых возобновимы в процессе эксплуатации. Площади водоносных горизонтов и их комплексов, в пределах которых имеются условия для отбора подземных вод определённого состава, отвечающего установленным кондициям, в количестве, достаточном для экономически целесообразного их использования, называется месторождениями подземных вод. По характеру использования подземные воды в CCCP подразделяются на 4 вида: питьевые и технические, применяемые для хозяйственно-питьевого и производственно-технического водоснабжения, орошения земель и обводнения пастбищ; лечебные минеральные воды, используемые в бальнеологических целях и в качестве столовых напитков; теплоэнергетические (включая пароводяные смеси) — для теплоснабжения промышленных, сельскохозяйственных и гражданских объектов, а в отдельных случаях — и для выработки электроэнергии (см. Геотермальные ресурсы); промышленные воды — для извлечения из них ценных компонентов. В ряде случаев подземные воды одновременно являются минеральными и теплоэнергетическими, промышленными и теплоэнергетическими, в связи с чем они рассматриваются как комплексное полезное ископаемое. Месторождения пресных и солоноватых вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения и орошения, подразделяются на основные типы: месторождения речных долин, артезианских бассейнов, конусов выноса предгорных шлейфов и межгорных впадин, ограниченных по площади структур или массивов трещинных и трещинно-карстовых пород, тектонических нарушений, песчаных массивов пустынь и полупустынь, надморенных и межморенных водоледниковых отложений, областей развития многолетнемёрзлых пород.

При оценке возможности использования подземных вод производится подсчёт эксплуатационных запасов подземных вод. Эти данные используются при разработке схем развития народного хозяйства, составлении годовых, пятилетних и долгосрочных государственных планов экономического и социального развития CCCP, планировании геологоразведочных работ, а по месторождениям — для проектирования водозаборных сооружений и предприятий, добывающих и использующих подземные воды. Различают также прогнозные ресурсы подземных вод, наличие которых предполагается на основе общих гидрогеологических представлений, теоретических предпосылок, результатов геологического и гидрогеологического картирования, геофизических, гидрохимических, гидрологических и воднобалансовых исследований. Они оцениваются в границах артезианских бассейнов, гидрогеологических массивов и районов и отражают их потенциальные эксплуатационные возможности.

Геологоразведочные работы на подземные воды состоят из последовательных стадий: поиски, предварительная, детальная и эксплуатационная разведки, в результате которых с увеличивающейся детальностью определяются эксплуатационные запасы, рассматриваемые и утверждаемые Государственной комиссией по запасам полезных ископаемых при Совете Министров CCCP или территориальными комиссиями по запасам полезных ископаемых подземных вод, обводняющие месторождения твёрдых полезных ископаемых, изучаются в степени, достаточной для обоснования мероприятий по осушению и определения возможности использования их в народном хозяйстве для питьевого и технического водоснабжения, извлечения из них ценных компонентов или для бальнеологических целей. Изучение этой части подземных вод осуществляется в соответствии с инструкциями по применению классификации эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод. Дополнительно учитываются решения, определяемые горно-геологическими и горнотехническими условиями разработки месторождений полезных ископаемых: изменение во времени и подвижность в пространстве водоприёмных систем, создание в зоне их влияния хвостохранилищ и водохранилищ, необходимость отвода поверхностных водотоков и бетонирование их русел и др. Для оценки запасов дренажных вод изучают их качество с учётом целевого использования и возможности сохранения стабильности на расчётный период их использования.

На территории CCCP подземные воды эксплуатируются несколькими сотнями тысяч специально оборудованных буровых скважин. При использовании подземных вод постоянно ведётся контроль за качеством воды, осуществляемый санитарно-эпидемиологическими станциями. При этом согласно ГОСТу 2874-82 питьевая вода должна быть безопасна в эпидемиологическом отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства. В связи с интенсивным использованием подземных вод (свыше 70% населения CCCP использует подземные воды, 1985) и их охраной от загрязнения важнейшее значение приобретает оценка фильтрации через слабопроницаемые отложения. Проницаемость глин возрастает с ростом минерализации подземных вод (наибольшая проницаемость в интервале минерализации 5-20 г/л) и увеличением температуры (наиболее интенсивно при температуре от 40-60°С и до 80-90°С). Существенна проницаемость глин и при невысоких температурах пресных подземных вод. Например, исследованиями установлено, что в районе крупных действующих водозаборов Брянска (центральная часть Московского артезианского бассейна) существенную роль в формировании эксплуатационных запасов подземных вод каменноугольных и девонских водоносных горизонтов играет перетекание через неоком-юрскую глинистую толщу (до 56% от суммарного водоотбора).

Подземные воды широко используются при гидромеханизированном способе ведения горных работ, при добыче полезных ископаемых методами подземного выщелачивания, добыче нефти, торфа, управлении горным давлением, при дегазации угольных пластов, пылеподавлении в горных выработках и др. Водонасыщенная толща полезных ископаемых характеризуется более низкими прочностными свойствами, легче поддаётся разрушению без существенного пылеобразования и газовыделения, что облегчает разработку.

Однако часто подземные воды осложняют ведение горных работ, вызывая иногда катастрофические последствия с человеческими жертвами и остановкой горнодобывающих предприятий. Например, при открытом способе разработки увеличение выходных градиентов подземных вод на бортах, сложенных обводнёнными песками, сопровождается развитием суффозионных явлений; на участках песчано-глинистых и полускальных пород — оползневых явлений, обвалов, обрушений, а в местах залегания глинистых пород — пучения. При подземном способе разработки подземные воды проявляются в виде внезапных прорывов воды и плывунов (до нескольких тысяч м3/ч), сопровождающихся затоплением (или заилением) выработок отдельных участков, горизонтов, а в ряде случаев затоплением шахты (особенно в районах карста). Давление подземных вод на вмещающие породы подземных выработок способствует прогибанию и обрушению кровли и пучению почвы, осложняя управление горным давлением. Кроме того, подземные воды увеличивают влажность добываемого полезного ископаемого.

Нарушение естественного режима подземных вод при водозаборе для целей водоснабжения или водопонижения для осушения месторождений полезных ископаемых, а также при строительстве и эксплуатации ряда промышленных и гражданских сооружений (особенно гидротехнических) может вызывать катастрофические явления. Например, интенсивное извлечение подземных вод из песчано-глинистых пород для водоснабжения повлекло за собой уплотнение водовмещающих пород и сильное оседание земной поверхности (районы городов Мехико, Токио, Лондона, Венеции и др.); глубокое водопонижение на обводнённых месторождениях также сопровождается уплотнением водоносных пород, оседанием земной поверхности и деформацией крепи стволов. Ведение горных работ в свою очередь вызывает изменение режима подземных вод на участках оседания земной поверхности при подземной разработке полезных ископаемых с обрушением кровли, что ведёт к заболачиванию территории и нарушению равновесия экосистемы. Размещение террикоников в местах выхода подземных вод способствует подъёму уровня грунтовых вод, снижению несущих свойств пород и развитию оползней, в т.ч. с катастрофическими последствиями.

В системе Министерства геологии CCCP режим подземных вод изучается более чем по 40 000 пунктов опорной наблюдательной сети. Кроме того, наблюдательная сеть имеется в других ведомствах (Министерстве мелиорации и водного хозяйства CCCP, Госкомгидромете CCCP и др.). В опорной наблюдательной сети изучается естественный режим и его нарушения в результате различных инженерных мероприятий, связанных с извлечением воды из водоносного горизонта (осушением месторождений, водозабором, осушительной или оросительной мелиорацией, гидротехническим строительством и др.).

В CCCP разработаны теоретические основы и методы прогноза режима подземных вод, организован выпуск регулярных краткосрочных и долгосрочных гидрогеологических прогнозов. Например, ежегодно выпускаются прогнозы режима подземных вод зоны интенсивного водообмена (предвесеннее минимальное, максимальное и осеннее положение уровня воды). Прогнозы выпускаются в виде карт, на которых показываются изменения уровня подземных вод.

Исследованием подземных вод занимается гидрогеология.

Источник