МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені Івана Франка

Бондаренко Мирослава Дмитрівна

УДК. 551.448:553.661.1:553.632 (477.8)

ДИНАМІКА І ПРОГНОЗ СТАНУ ГЕОЛОГІЧНОГО СЕРЕДОВИЩА

СОЛЯНИХ І СІРЧАНИХ РОДОВИЩ ПЕРЕДКАРПАТТЯ

Спеціальність 04.00.01 – загальна і регіональна геологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Львів – 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Львівському національному університеті імені Івана Франка на кафедрі екологічної і інженерної геології та гідрогеології.

Науковий керівник – доктор геолого-мінералогічних наук, доктор географічних наук, професор Рудько Георгій Ілліч, Львівський національний університет імені Івана Франка, геологічний факультет, завідувач кафедри екологічної і інженерної геології та гідрогеології

Офіційні опоненти:

доктор геол.-мін. наук Галабуда Микола Іванович, Інститут геології та геохімії горючих копалин (м. Львів), головний науковий співробітник;

кандидат геол.-мін. наук Гайдін Анатолій Маркович, Академія гірничих наук України (м. Львів), завідувач відділення гірничохімічної сировини.

Провідна установа – Український державний геологорозвідувальний інститут Міністерства екології та природних ресурсів України.

Захист відбудеться “30” серпня 2001 р. о 1100 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.051.04 у Львівському національному університеті імені Івана Франка. Адреса: 79005, м. Львів, вул. Грушевського, 4, геологічний факультет, ауд. 219.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Львівського національного університету імені Івана Франка, вул. Драгоманова, 5.

Автореферат розісланий “16” липня 2001 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 35.051.04,

кандидат геол.-мін. наук Є.М. Сливко

Загальна характеристика роботи

Актуальнiсть теми. Гірничодобувні підприємства є природно-техногенними системами (ПТС), що формуються в зоні активної взаємодії техногенного об’єкта і геологічного середовища (ГС) та мають обмежений період функціонування (Рудько, 1992). На сьогодні більшість ПТС соле- та сірконосної провінцій Західного регіону України перебувають на стадіях ліквідації і постліквідації, менша частина експлуатується.

Розробка родовищ калійних солей і сірки у Передкарпатті традиційними методами за останні десятиріччя посилила процеси просідання земної поверхні, провалоутворення, ерозії, суфозії тощо. У зонах карстопровальної небезпеки опинилися території шахт, кар’єрів і значні за площею ділянки за їхніми межами, що створило реальну загрозу проживанню населення.

Оскільки ризик активізації вилуговування евапоритів регіону існує на всіх періодах ПТС, у сучасних умовах карстонебезпечності територій родовищ особливо актуальною є проблема прогнозування і керованого контролю станом геологічного середовища, аналізу комплексних умов і чинників механізму й динаміки карсту з метою його локалізації, повної стабілізації й управління (інженерного захисту) на кожному з етапів функціонування копалень.

Зв’язок роботи з iншими науковими дослiдженнями. Обраний напрям дослiджень тiсно пов’язаний з тематикою робiт еколого-геологiчного центру ДГП “Захiдукргеологiя”, ВАТ “Гірхімпром”, ДГХП ”Сiрка”, геологiчного факультету Львівського національного університету імені Івана Франка та iнших провiдних геологiчних органiзацiй України. Він є складовою частиною фундаментальної держбюджетної наукової теми по лінії МОІН “Техногенно-екологічна безпека геологічного середовища (наукові і методичні основи)” (реєстраційний номер програми “10.02. – МВ/**-99”), наукового проекту “Моніторинг небезпечних природних та техногенних геологічних процесів на території Львівської області та інженерний захист будівель, споруд і земель” (згідно з розпорядженням голови Львівської ОДА № 895 від 14.08.2000 р.).

Об’єкт дослiджень: геологiчне середовище калійних i сiрчаних родовищ, його стан у просторі й часi, гiрничодобувнi пiдприємства як природно-техногенні системи.

Предмет дослiджень: карстові процеси i явища в межах природно-техногенних систем соляної i сiрчаної провiнцiй Передкарпаття.

Мета роботи: з’ясування i дослiдження закономiрностей розвитку й динамiки техногенно зумовленого i техногенно активiзованого карсту для рiзних типiв геологiчного середовища з метою обґрунтування iнженерного захисту процесонебезпечних природно-техногенних систем рiзних стадiй функціонування соляних і сірчаних родовищ Передкарпаття.

Завдання досліджень:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

Наукова новизна одержаних результатiв:

1.

2.

3.

4.

5.

На захист виносяться такі головні результати:

1. Встановлено просторово-часові закономірності розвитку і катастрофічної активізації гіпсового та калійно-соляного карсту Передкарпаття в межах гірничодобувних підприємств.

2. Запропонована нова методика оцінки небезпеки карстоутворення на підставі складання моделей стану ГС ПТС конкретних родовищ вiдповiдно до стадiй їхнього освоєння, лiквiдацiї та контролю в післяліквідаційний період.

3. Розроблена методика оцiнки iнженерного ризику, обґрунтування ефективності застосованих і доцільність запропонованих заходів з iнженерного захисту територiй родовищ сiрки (для постлiквiдацiйної стадiї – Розвадiвського, для стадiї лiквiдацiї – Язiвського родовищ) та калійних солей (для стадiї оптимальної розробки – Домбровського, Стебницького; пiслялiквiдацiйної – Калуського родовищ).

Практичне значення одержаних результатів. Удосконалено методику дослiджень ГС, яка дає змогу визначити закономірності розвитку карсту в техногенно-порушених умовах, оптимізувати процес моделювання стану ГС рiзних природно-техногенних систем. Виконаний аналiз умов геологічного середовища на родовищах сірки і калійних солей дає змогу прогнозувати техногенно-активізовані процеси карстоутворення i визначати методи їхньої стабiлiзацiї. Запропонований постадiйний iндивiдуальний захист ГС родовищ сiрки i калійних солей можна застосовувати на аналогiчних родовищах. Здійснена оцінка традиційних методів розробки калійних родовищ Передкарпаття засвідчила, що для збереження соляних покладiв вiд руйнування їх агресивними водами та зменшення iнтенсивностi карстоутворення відробка корисних копалин знизу догори є найоптимальнішою в умовах ГС соляної провiнцiї.

Результати дослiджень опублiкованi в наукових звітах, статтях i методичних рекомендацiях, використовуються в навчальному процесi.

Особистий внесок здобувача полягає у:

- проведенні польових маршрутних дослiджень протягом 1994–2000 рр., якi включали: вивчення умов залягання гiрських порiд, їхнього складу i структури; гiдрогеологiчне обстеження територiй; вивчення рельєфу як чинника карстоутворення; вивчення i систематизацiю морфологiї поверхневих i пiдземних карстових форм, їхнє поширення; виявлення конкретних дiлянок розвитку екзогенних геологiчних процесiв (ЕГП); визначення ступеня їхнього впливу на народногосподарськi об’єкти; вивчення й аналіз водоприпливу в гiрничі виробки; порiвняльну характеристику стану ГС у часi;

- виконанні розрахунків карстової денудації й активності карстового процесу в сульфатах на Язівському родовищі;

- проведеннi контрольних i режимних спостережень у свердловинах, кар’єрах, шахтах;

- створеннi баз даних, побудові фактографiчних i картографiчних моделей стану ГС рiзних ПТС;

- виконанні обчислень з метою оцiнки ризику карстонебезпечностi територiй;

- узагальненні фондового й опублiкованого матерiалу (ДГП “Захiдукргеологiя”, ВАТ “Гірхімпром”, ДГХП “Сiрка”, Інституту галургiї, ДГХП “Полімінерал”, данi метеоспостережень), результатiв дослiджень (1985–1998) Захiдного еколого-геологiчного центру, якi виконувалися за участю наукового керiвника.

Основний об’єм дисертацiйних дослiджень виконаний самостiйно під науковим керiвництвом доктора геолого-мінералогічних та географічних наук, професора Г.І.Рудька.

Апробацiя результатiв дисертації. Головні положення дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на: щорiчних наукових конференцiях викладачiв i аспiрантiв Львiвського національного унiверситету iменi Iвана Франка (1996–2000); першій науково-практичнiй конференцiї “Проблемы охраны геологической среды” (Мiнськ, 1995); науковiй конференцiї, присвяченiй 50-рiччю геологiчного факультету ЛНУ ім. Івана Франка (Львів, 1995); 49-й науково-технiчнiй конференцiї наукових спiвробiтникiв, аспiрантiв та студентiв Лісотехнічного університету (Львів, 1996); на Мiжнароднiй науково-практичнiй конференцiї (Львiв, 1996); мiжнароднiй конференцiї “Экологическая геология и рациональное недропользование. Становление научного направления и образования” (Санкт-Петербург, 1997); науковому семiнарi “Екологiя та здоров’я жiнок i молодi” (Львiв, 1998); мiжнароднiй науково-практичнiй конференцiї “Кризовий та передкризовий стан довкiлля як результат техногенного впливу на геологiчне середовище, геоморфосферу“ (Львів, 1998); міжнародній конференції “Екологія і діяльність людини на переломі віків” (Люблін, 1999).

Обсяг i структура роботи. Дисертацiя містить вступ, 4 роздiли, висновки і список використаних джерел (166 найменувань), супроводжується 81 рисунком, 6 таблицями та трьома додатками. Текстова частина викладена на 111 машинописних сторiнках.

Публiкацiї. Основнi положення дисертацiї опублiкованi в 13-ти друкованих працях, що достатньо повно вiдображають змiст дисертацiї. З них чотири статті у провідних фахових виданнях [1–4], одна брошура [5], сім праць – у матеріалах і тезах [6–12] науково-практичних міжнародних та інших конференцій, одна стаття у періодичному виданні ПНР [13].

Автор щиро вдячна науковому керiвнику професору Г.I. Рудьку за постiйну увагу до дослiджуваних проблем, цiннi поради й консультацiї та допомогу на рiзних етапах виконання роботи. Висловлюю подяку головному геологу ВТВ пiдприємства ДГХП “Полiмiнерал” В.А. Бучинському за спiвпрацю й допомогу у збиранні польових матерiалiв.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі “Геологічне середовище і його ресурсний потенціал” розглянуто питання передумов карстоутворення у Передкарпатті, які визначаються, здебільшого, літолого-стратиграфічними, тектонічними, геоморфологічними, природнокліматичними, гідрогеологічними і техногенними умовами геологічного середовища. Геологічне середовище (ГС) – динамічна система, яка охоплює частину земної кори, що задіяна господарською діяльністю.

У межах Передкарпатського передового прогину і південно-західної окраїни Східно-Європейської платформи закономірно зумовлене формування калієносної та сірконосної провінцій та їхнє подальше перетворення під впливом гірничодобувної промисловості. Розробка родовищ підземним шахтним способом, підземним вилуговуванням та відкритим способом є важливим чинником негативного впливу на геологічне середовище та його несприятливих змін.

У другому розділі “Закономірності розвитку, механізм і динаміка соляного та сульфатного карсту Передкарпаття” досліджений генезис, з’ясовані просторово-часові закономірності формування, розкритий механізм утворення, динаміка та катастрофічна активізація карстового процесу в евапоритових породах Передкарпаття. На основі польових обстежень вивчена та проведена систематизація морфології поверхневих і підземних карстових форм, виявлені конкретні ділянки розвитку карсту, обчислена в їхніх межах щільність карстових форм і ураженість карстом, зроблена порівняльна характеристика стану геологічного середовища в часі. Обстеження територій калійно-соляних і сірчаних рудників засвідчили збільшення кількості карстових форм, що дає підставу говорити про позитивну динаміку процесу.

З’ясовано, що механізм карстоутворення в розчинних породах Передкарпаття залежить, передовсім, від умов і чинників геологічного середовища, динаміка – від тривалості дії чинників та їхнього характеру.

Геологічне середовище родовищ калійних солей Передкарпаття за складністю і специфікою геологічних умов належить до двох (із чотирьох) типів (за класифікацією типів ГС калієносних басейнів – Семчук, 1995). Для ГС Калуш-Голинської групи характерне слабо похиле залягання шарів. Надсольова товща складена слабопроникними породами, що відокремлюють водоносні горизонти четвертинних відкладів; гірничі виробки розташовані по площі; карстові форми поширені в межах територій солевидобутку. ГС Стебницького родовища має складну будову. Контакт соляних відкладів з надсольовими породами переважно обводнений, причому розсоли й води верхніх горизонтів гідравлічно зв’язані між собою. Гірничі виробки розташовані одна над одною; карстові форми зосереджені в межах площ відробки солей.

Пониження гірничими виробками місцевого базису дренажу, формування депресійних лійок посилило динамічність надсольових вод і призвело до порушення протикарстової рівноваги практично на всіх соляних копальнях Передкарпаття. Шахти і кар’єри слугують штучними дренами, або зонами розвантаження розсолів. Причини появи водоприпливів різні в конкретних умовах, але всі вони пов’язані з недосконалою технологією відробки корисної копалини, що супроводжується порушенням соляного дзеркала, розкриттям вторинних змінених зон, по яких мігрують розсоли, обводнених тектонічних зон та ін. Вивчена залежність між величиною водоприпливів у гірничі виробки, кількістю атмосферних опадів, мінералізацією розсолів та активізацією карстових форм на поверхні землі.

Розробка родовищ калійних солей спричинила осідання поверхні, утворення підземних і поверхневих карстових форм, кількість яких зростає в часі через складні гідрогеологічні умови рудників. Наземні форми прояву соляного карсту на Домбровському кар’єрі представлені провальними лійками, понорами (у місцях виходу солей на поверхню), підземні – порами вилуговування, кавернами та ін. У межах Калуського родовища до керованого затоплення рудників протягом 15-ти років на земній поверхні активно формувалися провальні лійки внаслідок розмивання прісними четвертинними водами соляних порід. На території Стебницьких копалень підземні карстові форми представлені порами вилуговування, щілинами, промивинами, кавернами, понорами і камерами. Карстовим порожнинам у соленосних відкладах відповідають провальні лійки на земній поверхні, яка, разом із тим, зазнає просідання різної інтенсивності.

Основною закономірністю карсту в гіпсах Передкарпаття є умова взаємодії товщі, яка карстується з водотоком.

Найчутливішими до техногенного впливу через зміну напорів і швидкостей руху підземних вод є умови, що характеризуються закритим становищем гіпсової товщі відносно ерозійних урізів і розвитком у ній напірного водоносного горизонту.

Освоєння родовищ сірки і будматеріалів у смузі поширення сульфатів зумовило активізацію природно-історичних карстових процесів, формування нового механізму підземних і поверхневих деформацій. Водозниження в межах кар’єрів викликало зміну гідрогеологічних (гідродинамічних) режимів, унаслідок чого зросла інтенсивність розчинення та кількість провалоутворень, гідрологічних та інженерно-геологічних обстановок територій, що входять до зони техногенного впливу кар’єрів.

Виконані обчислення карстової денудації й активності карстового процесу в сульфатах у техногенно-порушених умовах. На Язівському родовищі кількісна величина карстової денудації становить, м3/рiккм2: D73 р. – 1805; D85 р. – 21100; D90 р. – 19340 ; D98 р. – 17340; активність карстового процесу, %: А75 р. – 7,2; А85 р. – 84,8; А90 р. – 64,5; А98р. – 48,17 (обчислення М. А. Блоцького (1973) і автора).

Польові обстеження дали змогу систематизувати карстові форми рельєфу за розміром, генезисом і відносним віком на лійки, карстово-ерозійні западини і карстові поля. Ураженість поверхневим карстом і нерівномірність поширення карстових форм досліджених територій залежить від потужності порід, що карстуються, та їхньої глибини залягання, потужності й типу покривних порід.

Виявлена залежність утворення карстових лійок від величини водовідливу з кар’єра і кількості атмосферних опадів.

У третьому розділі “Постійно діючі моделі стану геологічного середовища природно-техногенних систем (ПТС) в межах соляної і сірчаної провінції Передкарпаття” наведено методику оцінки небезпеки карстоутворення на основі моделювання стану ГС ПТС конкретних родовищ відповідно до стадій їхнього освоєння або ліквідації. Визначено, що катастрофічний розвиток і активізація карстового процесу й різні форми його прояву зумовлені стадіями розвідки, експлуатації, ліквідації та постліквідації кожної з розглянутих ПТС. Спеціальні постійно діючі моделі стану ГС ПТС складені з метою контролю, прогнозу і управління (інженерного захисту) ГС у межах впливу сірчаних і калійно-соляних гірничодобувних підприємств (див. табл. 1).

Досліджувані родовища вивчались як ПТС, що мають обмежений період свого функціонування, після чого ліквідовуються. Досліджено ПТС, які перебувають у розвитку (Стебницькі солерудники ДГХП “Полімінерал”, Домбровський кар’єр концерну “Оріана”), які підлягають ліквідації (Язівський кар’єр ДГХП “Сірка”) і вже ліквідовані (Розвадівський кар’єр глин, калійний рудник “Калуш”). Підхід до оцінки природно-техногенних систем з погляду періодів їхнього функціонування (ієрархія ПТС) дає змогу розробити заходи з інженерного захисту на кожному з етапів (рівнів) розвитку цих систем і поєднати їх в єдине ціле.

Систематизовані моделі стану ГС ПТС відображають різні умови геологічного середовища, характер і параметри техногенного впливу. Вони характеризуються значним ступенем невизначеності і складаються з логічної і картографічної основ (представлені у вигляді комплекту різномасштабних карт (1:5000–1:50000), розрізів, графіків, схем, таблиць тощо) (див. табл. 2). Моделі стану ГС ПТС забезпечені певною інформаційною базою, основою якої є результати польових досліджень, відомості фондових і літературних джерел (зі всіх елементів ГС), дані з проектування та функціонування гірничодобувних підприємств, матеріали спостереження за динамікою та режимом підземних вод, матеріали геофізичних досліджень, оцінка основних видів техногенних навантажень тощо.

Кожна з ПТС спеціального рівня, які характеризують різні параметри зміни ГС, орієнтована на контроль за станом ГС залежно від його досліджуваного об’єму. Це вимагає точності оцінки характера управління періоду її функціонування. Наприклад, для Калуського рудника система контролю орієнтована на вивчення механізму провалоутворення в зоні відроблених соляних виробок. Контроль за станом Центрального каїнітового і Північного каїнітового полів необхідний у зв’язку з ліквідацією ПТС Хотинського поля, а також проблемою ліквідації (ділянка “Нова Голинь”) та конструювання (ділянка “Пійло”) ПТС Голинського родовища. Коректно вибраний і запропонований інженерний захист ГС ПТС різних стадій функціонування Калуш-Голинської групи родовищ дасть змогу досягнути стабілізації карстових, провальних і просадних процесів.

Таблиця 1

Спеціальні постійно діючі моделі стану ГС у межах різних природно-техногенних систем

Об’єм геологiчного простору, що вивчають | Масштаб | Оцiнка стану ГС | Основна iнформацiя, що її вводять у базу даних | Управлiння

Зона впливу ПТС Калуського родовища | 1 : 25 000 | -

-

-

-

-

-

Зона впливу ПТС Розвадiвського родовища (“Димівка”) | 1 : 5 000 | -

-

-

-

Зона впливу ПТС Язiвського родовища | 1 : 50 000 | -

-

-

-

-

-

-

-

Зона впливу ПТС Стебницького родовища | 1 : 5 000 |

-

-

-

-

-

-

-

-

Таблиця 2

Узагальненi карстологiчнi моделi в сульфатах і калійних солях Передкарпатської сірконосної і соленосної провінцій

Умови карстоутворення | Динаміка карсту | Прогноз карсту | Інженерний захист територій

Природно-iсторичний сульфатний карст

Блокова будова.

Тріщинуватість.

Напiрнi пластовi води |

Перехiд покритої у напiвприкриту стадiю.

Локальнi просідання | Збiльшення кiлькостi просідань в ерозiйнiй i рiчковiй сiтцi | -

Природно-техногенний сульфатний карст (активізований природно-історичний)

Блокова будова. Тріщинуватість.

Низхідна фільтрація. Кар’єрний водовідлив | Посилення циркуляцiї,

поглинання поверхневого стоку. Активiзацiя суфозії, гравiтацiйних змiщень у розчинних i покривних вiдкладах.

Омолодження палеокарсту.

Розвиток просадково-провальних утворень | Збільшення кількості ознак активiзацiї карсту: зменшення стiйкостi корiнних та покривних товщ і ін.

Масовi провали i просідання | Відновлення понижених рівнів водоносних горизонтів (шляхом затоплення кар’єрів)

Природно-історичний калійно-соляний карст |

На теритьорії досліджень відсутній | - | -

Техногенний калійно-соляний карст

Гідравлічний зв’язок розсолів соляного дзеркала з горизонтами прісних вод. Шахтний і кар’єрний способи відробки | Розвантаження розсолів гірничими виробками. Розвиток карстових порожнин у гіпсо-глинистій шапці і соляних товщах. Просідання території. Розвиток і активізація провальних форм | Збільшення водоприпливів у гірничі виробки. Активізація процесів розчинення. Масові провали і просідання | Попередження і локалізація водоприпливів. Оптимальна система відробки. Затоплення високомінералізовани-ми розсолами

Для Розвадівського кар’єру система контролю орієнтована на оцінку ефективності заходів із управління станом ГС. Дана модель принципово показує можливості інженерного захисту для стабілізації карстового процесу. Для Язівського сірчаного кар’єру система контролю орієнтована на дослідження закономірностей розвитку техногенно-активізованого сульфатного карсту.

У четвертому розділі “Інженерний ризик, прогноз стану ГС та інженерний захист процесонебезпечних територій” оцінено стан ГС ПТС калійних і сірчаних родовищ, що дає змогу однозначно говорити про подальшу активізацію карсту в умовах техногенезу, що у часі став безперервним (див. рис. 1).

Розвиток і активізація карстових процесів призвели до різкого зростання інженерного ризику територій калійно-соляних і сірчаних родовищ Передкарпаття. Здійснена оцінка інженерного ризику, яка включала в себе аналіз причин його виникнення і масштабів прояву в конкретних ситуаціях, передбачення імовірності виникнення, динаміки, наслідків карстового процесу (прогноз стану ГС) та обґрунтування рішень, що спрямовані на зменшення ризику шляхом управління (регулювання активізації карсту і зменшення його негативного впливу на довкілля засобами інженерного захисту). Інженерний ризик ПТС калійно-соляної і сірчаної провінцій Передкарпаття характеризується ураженістю об’єктів карстом і нестабільністю стану ГС гірничодобувних підприємств. Усі території впливу копалень віднесені до зон підвищеного інженерно-геологічного ризику, де дуже високі можливості реалізації небезпеки від розвитку карсту на різних стадіях функціонування природно-техногенних систем – експлуатації, ліквідації і постліквідації.

В якості інструменту наукового передбачення стану геологічного середовища калійних і сірчаних копалень виступили окремі алгоритми динаміки його певних елементів. Використано візуальні й логічні методи якісного прогнозу (обстеження територій з метою виявлення наслідків процесу; аналіз факторів і умов, метод геологічних і натурних аналогій); загальнонаукові засоби кількісного прогнозу (теоретична залежність між фактором і наслідком, використані емпірично встановлені закономірності); частково наукові засоби (ґрунтуються на зовнішніх ознаках, знакові (графічні) моделі).

Оцінка інженерного ризику визначила умови інженерної безпеки територій. Вони обґрунтовані методами і заходами з інженерного захисту, що попереджують або локалізують карстовий процес, та адаптовані для розглянутих ПТС різних стадій функціонування. Методи захисту ГС відображають досвід застосування раніше випробуваних і нових методик, що характеризують можливість їхнього раціонального використання.

Зона впливу Розвадівського кар’єру глин (ділянка “Димівка”). Реалізація методики управління ділянки “Димівка” (затоплення кар’єру і стабілізація карстопровальних процесів) є достатньо актуальною під час вибору засобів захисту від активізації сульфатного карсту для аналогічних інженерно-геологічних обстановок. Територія впливу Язівського рудника. Процес активізації карстоутворення в гіпсах Язівського родовища припиниться тільки після завершення водозниження в кар’єрі, а остаточно – після повного розчинення всіх сульфатно-карбонатних порід. Відновлення гідрогеологічного режиму шляхом керованого затоплення кар’єру стабілізує карст. Територія впливу Калуського рудника. Обґрунтування заходів з інженерного захисту ГС

Рис. 1. Схема оцінки стану геологічного середовища природно-техногенних систем родовищ калійних солей і сірки Передкарпаття

копальні базується на вивченні результатів керованого затоплення шахтних полів. Аналіз і вибір оптимальної технології управління дасть змогу реалізувати комплекс керуючих впливів для стабілізації інших ПТС групи Калуш-Голинських родовищ на стадії їхньої ліквідації та постліквідації. Територія впливу Домбровського кар’єру калійних солей. Подальша експлуатація кар’єру призведе до посилення процесів розчинення солей і активізації провалоутворень. В якості інженерного захисту території впливу виробки можна застосувати метод протифільтраційної завіси. Територія впливу Стебницьких копалень. Зростання водоприпливів, загальне зниження мінералізації і хлорнатрієвий склад вод із підвищеним вмістом NaCl свідчить про інтенсифікацію карсту в солях рудників. В умовах експлуатації родовища інженерним захистом території в межах і за межами копалень є вибір оптимальної системи розробки, яка виключає (попереджує) попадання агресивних вод у гірничі виробки – головний чинник карстоутворення.

ВИСНОВКИ

1.

2.

- евапоритова формацiя Передкарпаття слугує середовищем для розвитку карсту у вапняках, гіпсах i калійних солях;

- головними шляхами руху води в породах, здатних до розчинення, є рiзного роду трiщини епiгенетичного походження: тектонiчнi, екзогеннi й розширенi трiщини напластування, техногеннi (гiрничi виробки);

- рух вод, їхня циркуляцiя в гіпсах i вапняках зони зчленування Схiдно-Європейської платформи з Передкарпатським прогином забезпечується перевищенням областей живлення над областями дренування, що створюють вiдповiднi градiєнти падiння гiдростатичних напорiв, визначається мiсцевим базисом дренажу, яким у природних умовах служать ерозiйнi врiзання рiчкових долин, тектонiчно ослабленi зони (трiщини, розривнi порушення) та штучнi дiлянки розвантаження (гiрничi виробки). Перемiщення агресивних розчинникiв у калійно-соляних товщах прогину цiлком пiдпорядковане наявності природних (зрiдка) або штучних (частiше) порожнин.

3.

Техногенно-зумовлений і техногенно-активізований карстовий процес на досліджуваних територіях характеризується надзвичайно великою масштабнiстю та катастрофiчною iнтенсивнiстю прояву, що в десятки разiв перевищують природнi.

4. Виявлено, що сірчані та калійно-солянi родовища Передкарпаття характеризуються покритим (глибинним) карстом, за винятком дiлянок, де рiчковi долини повнiстю прорiзують покривну товщу порiд, що карстуються, і ділянок відкритої розробки, де вони відслонюються на денній поверхні. На територіях поширення непотужної, тріщинуватої, з літологічними вікнами покрівлі розвинені провальні, провально-суфозійні, суфозійні, схилові, просадні поверхневі (поодинокі або згруповані) карстові процеси.

5. З’ясовано, що катастрофiчний розвиток і активізація карстового процесу та різні форми його прояву зумовлені стадіями розвідки, експлуатації, ліквідації і постліквідації кожної з розглянутих природно-техногенних систем спеціального рівня органiзацiї ГС калійно-соляної і сірчаної провінцій Передкарпаття. Складено спецiальнi постiйно діючi моделi стану ГС ПТС з метою контролю, прогнозування i управлiння (iнженерного захисту) ГС у межах зон впливу сiрчаних i калійних гірничодобувних пiдприємств, якi вiдбивають високе техногенне навантаження на ГС, визначають змiну стану порiд i спричинюють розвиток процесiв розчинення.

6. Виконані прогнозні оцінки стану ГС ПТС калійно-соляних і сірчаних родовищ однозначно підтверджують безперервну в часі подальшу активізацію карсту в умовах техногенезу. Припинення експлуатації гірничих виробок відновить порушений гідрогеологічний режим і стабілізує процеси розчинення порід.

7. Перевірена ефективність застосованих методів з iнженерного захисту карстонебезпечних територiй на основі комплексного аналізу результатів затоплення калійного рудника “Калуш” і Розвадівського кар’єру глин підтверджує доцільність їхнього використання під час ліквідації аналогічних копалень.

8. Обґрунтовані оптимальні заходи з iнженерного захисту ГС територій калійних і сірчаних родовищ для запобігання, припинення або послаблення активізації карсту на кожній із стадій розвитку природно-техногенних систем враховують їхнє подальше народногосподарське використання.

Для ПТС стадiї постлiквiдацiї (рудник “Калуш”, ділянка “Димiвка” тощо), де вiдновлено природно-iсторичнi умови в результаті застосування затоплення виробок як заходу з інженерного захисту, потрібна остаточна лiквiдацiя старих поверхневих карстових форм та рекультивацiя територiй. Для Калуша, де процеси провалоутворення повністю не стабілізувалися, необхiдний комплексний монiторинг.

Для ПТС стадiї лiквiдацiї (Язiвське, Подорожненське та інші родовища сірки, ділянка “Хотинь” Калуш-Голинської групи калійних родовищ) інженерним захистом є вiдновлення гiдродинамiчного i гiдрохiмiчного режимiв ГС шляхом затоплення кар’єрiв прісними та заповнення шахт високомінералізованими розчинами. Лiквiдацiю відкритих виробок треба здійснювати поетапно, що одночасно розв’яже питання з досягнення iнженерної та екологiчної безпеки прилеглих територій і практичного використання рекультивованих земель. Заповнення вiдробленого простору високомінерализованими розсолами як метод iнженерного захисту (з метою досягнення стiйкостi територiї та наближення умов ПТС до природно-iсторичних) пропонуємо на дiлянці “Хотинь” (з урахуванням досвiду провалоутворень під час лiквiдацiї шахт Центрального й Пiвнiчного каїнiтового полiв рудника “Калуш”).

Для ПТС стадiї оптимального функцiонування (експлуатації) у разі шахтного способу розробки (Стебник, дiлянка “Пiйло” Калуш-Голинської групи родовищ) калійних родовищ інженерним захистом повинна стати оптимальна система вiдробки руд, яка виключає попадання прісних і слабомінералізованих вод у підземні гiрничi виробки, що призводить до розвитку карстових процесiв (розробка родовища знизу догори із закладкою виробленого простору); у разі відкритого способу видобутку солей (Домбровський кар’єр) – створення протифiльтрацiйної завiси для перехоплення агресивних дренажних вод.

9. Контроль за станом ГС i карстовими процесами в межах зони впливу рудникiв повинні здійснювати спеціальні служби за допомогою режимної сiтки спостережень із вивчення гiдрологiчних і гiдрогеологiчних умов карстових вод та площинного поширення карстових форм. З метою детального дослідження й облiку (кадастру) карстових форм необхiдно органiзовувати перiодичнi карстологiчнi обстеження.

Список опублікованих ПРАЦЬ за темою дисертації

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

Бондаренко М.Д. Динаміка і прогноз геологічного середовища соляних і сірчаних родовищ Передкарпаття. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.01 – загальна і регіональна геологія. Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, 2001.

Робота присвячена дослідженню закономірностей розвитку й динаміки техногенно-зумовленого і техногенно-активізованого карсту для різних типів геологічного середовища Передкарпаття з метою обґрунтування інженерного захисту процесонебезпечних природно-техногенних систем (ПТС) різних стадій функціонування територій калійно-соляних і сірчаних родовищ Західного регіону України.

Складено спеціальні постійно діючі моделі стану ГС в межах впливу гірничодобувних підприємств для забезпечення контролю, прогнозу й управління. Уточнена оцінка інженерного ризику ПТС, обґрунтовані рішення, що спрямовані на його зменшення.

Ключові слова: геологічне середовище, карст, природно-техногенні системи, модель, інженерний ризик, прогноз, інженерний захист

Бондаренко М.Д. Динамика и прогноз состояния геологической среды соляных и серных месторождений Предкарпатья. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.01 – общая и региональная геология. Львовский национальный университет имени Ивана Франко, Львов, 2001.

Работа посвящена исследованию закономерностей развития динамики техногенно-обусловленного и техногенно-активизированного карста для разных типов геологической среды Предкарпатья с целью обоснования инженерной защиты процессоопасных территорий природно-техногенных систем (ПТС) разных стадий функционирования территорий калийно-соляных и серных месторождений западного региона Украины.

Составлены специальные постоянно действующие модели состояния ГС в пределах влияния горнодобывающих предприятий для обеспечения контроля, прогноза и управления. Сконструированные модели состояния геологической среды в значительной степени неопределённы и состоят из логической и картографической основ. Уточнена оценка инженерного риска ПТС, обоснованы решения, которые направлены на его уменьшение. Все территории влияния соляных и серных рудников отнесены к районам повышенного инженерно-геологического риска, где очень высоки возможности реализации опасности вследствие развития карста.

Установлены новые закономерности развития карста в связи с добычей калийных солей и серы. Техногенно-обусловленый и техногенно-активизированный карстовый процесс на исследованных территориях характеризуется чрезвычайной масштабностью и катастрофической интенсивностью проявления, что в десятки раз превышают естественные. Выполнены расчеты карстовой денудации и активности карстового процесса в сульфатах на Язовском месторождении серы.

Разработаны научные и методические основы подхода к рассмотрению горных предприятий как природно-техногенных систем, имеющие соответственные стадии развития.

Обоснованы мероприятия по инженерной защите карстоопасных территорий серных и калийно-соляных горнодобывающих предприятий для устранения, предотвращения или ослабления активизации карста на каждом из этапов развития ПТС (эксплуатации, ликвидации и постликвидации).

Разработаны методические аспекты ликвидации отработанных выработок с проверкой эффективности возобновления природных условий путем затопления на примере калийного рудника “Калуш” и Розвадовского карьера глин.

Ключевые слова: геологическая среда, карст, природно-техногенные системы, модель, инженерный риск, прогноз, инженерная защита

Bondarenko M.D. Dynamics and prognosis of salt and sulphur deposits geological environment state in Precarpathians. - Manuscript.

Thesis for a Candidate’s degree of Geological sciences in speciality 04.00.11 – General and regional geology. Ivan Franko National University of Lviv, Lviv, 2001.

This scientific work is devoted to researching of technogenically-conditioned and technogenically-stimulated karst development and dynamics regularities in geological environments of different types (GE) in Precarpathians. It is necessary to advancing arguments for engineering protection of dangerous natural-technogenic systems (NTS) of the territories different stages functioning at the salt and sulphur deposits in the Western Ukraine.

The special constantly acting models of GE NTS state have been composed for their control, forecast and management in the limits of mining industry influence. The estimation of NTS engineering risk has been precise, the decisions directed on its reduction have been proved.

Key words: geological environment, karst, natural-technogenic systems (NTS), model, engineering risk, prognosis, engineering protection