Горная гидрогеология

ГОРНАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЯ (а. mine hydrogeology; н. Gebirgshydrogeologie; ф. hydrogeologie miniere; и. hidrogeologia minera) — научная дисциплина, занимающаяся изучением и прогнозом гидрогеологических условий при освоении месторождений твёрдых полезных ископаемых, оценкой влияния воды на технику и технологию горных работ, качество полезных ископаемых, разработкой мероприятий по водозащите горных выработок. Является составной частью горной геологии. Развивается на стыке гидрогеологии и горного дела и включает шахтную, карьерную и скважинную гидрогеологию. Основная цель горной геомеханики — обеспечение эффективных, экономических и безопасных условий ведения горных работ на обводнённых месторождениях, а также полнота извлечения полезных ископаемых и охрана водных ресурсов.

Горная геомеханика занимается решением теоретических и прикладных задач. Основная теоретическая задача — обеспечение горного предприятия текущей и прогнозной гидрогеологической информацией; прикладная задача — разработка предложений по защите забоев подготовительных и добычных выработок от подземных и поверхностных вод. Решение теоретических задач основано на изучении и прогнозировании общих гидрогеологических условий при строительстве и эксплуатации шахт (рудников) и карьеров на месторождениях твёрдых полезных ископаемых; исследованиях изменения водного режима (гидравлического, гидрохимического) в пределах радиуса влияния дренажа горных выработок, условий поступления в выработки подземных и поверхностных вод и формирования шахтных и карьерных вод и прогнозировании притоков воды в шахты или карьеры, в отдельные их участки, а также в очистные забои или к добычным и вскрышным уступам; оценке влияния воды, а также гидрогеомеханических и гидрохимических процессов на технику и технологию горных работ, на качество полезных ископаемых и окружающую среду.

Решение прикладных задач основано на разработке методов и средств прогноза местоположения потенциальных источников обводнения выработок или прорыва в них воды, комплекса мероприятий по защите горных выработок от воды, способов охраны подземных вод от истощения и загрязнения; совершенствовании технологии горных работ по фактору обводнённости. Для решения этих задач используют комплекс методов: анализ литологических и гидрогеологических особенностей шахтного (карьерного) поля, аналитического исследования, лабораторный эксперимент, натурные наблюдения и измерения в горных выработках. Гидрогеологическое исследование на шахтах и карьерах и разработка мероприятий по защите их от воды выполняются с привлечением достижений смежных наук: геологии угольных, рудных и нерудных месторождений, геотектоники, гидрогеохимии, гидрологии, геофизики, горной геомеханики, технологии открытой, подземной и скважинной разработки месторождений полезных ископаемых.

Исторический очерк. В СССР горная геомеханика начала формироваться с середине 20-х гг. 20 в. применительно к задачам освоения месторождений твёрдых полезных ископаемых, залегающих в сложных гидрогеологических условиях (Ф. П. Саваренский). Освоение в конце 20-х — начале 30-х гг. угольных месторождений Кизеловского бассейна, залегающих среди закарстованных и сильнообводнённых известняков, способствовало развитию технических средств для водоотлива (насосы типа АЯП конструкции А. Я. Подопригора) и специальных способов проходки выработок (тампонирования). Развитие в 30-х гг. добычи угля на буроугольных месторождениях Подмосковного бассейна, залегающих в неустойчивых песчано-глинистых породах с напорными водами, позволило заложить основы прогноза водопритоков в шахты (метод "большого колодца"), обосновать и разработать технику (глубинные насосы типа ATH) и технологию осушения шахтных полей (С. В. Троянский, Д. Д. Беляев и др.). Строительство в это же время Московского метрополитена способствовало развитию специальных способов (главным образом замораживания) проходки выработок в водоносных песках (Г. И. Маньковский, Н. Г. Трупак и др.). В 40-50-е гг. совершенствовались технические средства водоотлива, особенно в связи с откачкой воды из затопленных шахт Донбасса (Л. Д. Шевяков и др.); разрабатывались научные основы прогноза водопритоков в горные и дренажные выработки (Д. И. Щёголев, М. А. Гатальский и др.); проводилось изучение условий возникновения кислых шахтных вод и разработка технических средств для их откачки на шахтах Урала и Донбасса (А. В. Докукин). Значительное развитие горная геомеханика получила в 60-70-е гг. в связи с освоением высокообводнённых железорудных месторождений КМА, месторождений в Кустанайской области Казахской ССР. Внедрены более совершенные аналитические методы расчёта дренажных систем, методы их моделирования, новые технические средства водопонижения (С. К. Абрамов, Н. И. Плотников, В. М. Шестаков, В. А. Мироненко, В. Д. Натаров, В. М. Гаврилко и др.). Успешно развивались численные методы прогноза водопритоков в горные выработки с применением ЭВМ. Началась разработка нового способа защиты карьеров и шахт от подземных вод — барража, техники и технологии сооружения барражных устройств, а также методов расчёта их водозащитного эффекта (институты — Гидропроект им. С. Я. Жука, ВИОГЕМ и др.). Развитию этого способа способствовало также принятие ряда законодательных актов по охране водных ресурсов.