РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
2.1. Методика исследований
При выполнении исследований применялись полевые и лабораторные методы.
Полевые методы включали гидрогеологическую съемку полей угольных разрезов и шахт, производство опытных откачек и геофизических работ, гидрогеологическое обследование водотоков, водоемов, прудов-накопителей шахтных вод, прудов-отстойников и водоотводных коллекторов, обследование территорий металлургических и химических заводов и иных промышленных предприятий, расположенных в пределах воронок депрессии изучаемых угольных разрезов и шахт, и др.
Лабораторные методы включали определение коэффициента фильтрации глинистых пород на фильтрационных приборах (прибор КФ-01, компрессионно-фильтрационный прибор Н.Н.Маслова и т.п.), определение химического состава подземных и поверхностных вод и поровых растворов отвальных пород, моделирование процессов геофильтрации.
Методика исследований основана на изучение уже имеющегося в данной области, на сопоставлении и анализе результатов, полученных автором диссертации, с результатами других исследователей по данной проблеме, на проведении гидрогеологической съемки полей угольных разрезов и шахт, отборе проб грунта экранного слоя водотоков для определения коэффициента фильтрации, на замерах уровней подземных вод, расходов источников, рек и ручьев, притоков в горные выработки; на проведении опытных откачек и геофизических исследований, математического моделирования процессов геофильтрации на АВМ и ЭВМ, фильтрационных расчетов, обработки полученных результатов.
На основе этого разрабатывались затем рекомендации по осушению полей угольных разрезов и шахт, по расположению скважин искусственного восполнения подземных вод, по системам горизонтально-вертикального дренажа с целью борьбы с подтоплением территорий при эксплуатации и погашении шахт, рекомендации по природоохранным мероприятиям, по рациональному использованию подземных и поверхностных вод.
В процессе проведения гидрогеологической съемки полей угольных разрезов и шахт основное внимание уделялось изучению выходов подземных вод на поверхность, выявлению источников загрязнения подземных вод как со стороны предприятий угольной промышленности, так и со стороны иных промышленных предприятий, расположенных в пределах воронки депрессии. Визуально устанавливались провалы дневной поверхности, подтопленные территории, места сброса неочищенных шахтных и карьерных вод в гидрографическую сеть. По результатам опроса местных жителей-старожилов определялось время появления подтопленных жилых кварталов в процессе эксплуатации шахты, например, или после ее затопления; изменений рельефа и растительности, исчезновений водотоков и водоемов, существенных изменений качества питьевых вод. Изучались условия питания, циркуляции и разгрузки подземных вод, физико-геологические процессы, связанные с деятельностью подземных вод, - карст, оползни, суффузия и т.п., проводился сбор сведений о режиме подземных и поверхностных вод.
При обследовании породных отвалов угольных разрезов и шахт прежде всего устанавливалось наличие отвального водоносного горизонта, участков высачивания отвальных вод на откосах, наличие водоотводной канавы по периметру отвала, характер растительности на склонах отвала и в полосе 100-200 м вокруг отвала.
После замера притоков в угольный разрез или шахту устанавливались фактические емкости прудов-отстойников и прудов-накопителей, и визуально - степень очистки откачиваемых вод от взвешенных веществ. Важное значение придавалось вопросу изучения надежности прудов-накопителей шахтных вод и водоотводных канав, оценки фильтрационных свойств экранного слоя в основании данных сооружений.
Замеры притоков воды в угольные разрезы осуществлялись в разных сечениях, после чего производилось суммирование всех составляющих. Чаще всего расходы замерялись с помощью водослива трапецеидальной формы по зависимости:
(2.1)
где B - ширина водослива в м; h - высота струи над водосливным ребром, м; Q - расход воды, м3/с.
Водослив устанавливался в удобном для наблюдений месте, хорошо закреплялся и с целью недопущения просачивания воды под основанием и в бортах - все тщательно обкладывалось, а затем трамбовалось глиной.
Приток в шахту определялся суммированием притоков по отдельным горизонтам, исходя из производительности работающих насосов, количества проработанных часов и емкости водосборников; данный приток сопоставлялся затем с тем, который получался на поверхности - по водоотводной канаве.
Данные о расходах крупных рек, уровнях воды в них, химическом составе и минерализации речных вод в пределах воронок депрессии угольных разрезов и шахт чаще всего брались или из "Гидрогеологических ежегодников", или непосредственно на гидрометрических станциях, водомерных постах. Последние, к сожалению, были лишь на некоторых реках (в зоне действия шахт); например, на р.Самаре (гидрометрические станции "Богуслав" и "Петровка" в зоне действия шахт ГХК "Павлоградуголь" - им. Сташкова, "Юбилейная", "Степная", "Першотравнева"); на реке Северский Донец (гидрометрические станции "Насветович" и "Лисичанск" в зоне действия шахты им.Капустина ГХК "Лисичанскуголь"); на реке Кальмиус (гидрометрические станции "Авдотьино" и "Придорожное" в зоне действия 23 шахт ГХК "Донуголь" и "Макеевуголь"); на реке Лугань (гидрометрические станции "Хорошее" и "Зимогорье" в зоне действия шахт "Славяносербская" и "Черкасская" ГХК "Луганьуголь", кирпичного завода г.Зимогорье.
На малых реках Донбасса, которых очень много и на которые оказывают существенное воздействие подавляющее число шахт этого угольного бассейна, гидрометрических станций или водомерных постов нет. Поэтому вначале производилось измерение скоростей течения водотока поплавками. Фиктивный расход водотока определялся по формуле
(2.2)
где ?Wi - площади частей живого сечения в расчетных интервалах, м2; Vni - средние поверхностные скорости теч