1.4 Гіпсовий карст і його інтенсифікація в зоні впливу сірчаного кар’єру

В західних областях України трьохсоткілометровою полосою протягується поклад гіпсоангідритів, ширина якого з північного заходу на південний схід збільшується від 10 до 100 км. потужність сульфатної товщі досягає 50 м.

Гіпсоангідрити покриті шарами вапняків і глинистих порід, а вище залягають рихлі четвертинні піски, супіски, суглинки. Підземні води повільно розчиняють стіни печер, розширюють їх, отже час від часу то в одному, то в іншому місці покрівля печер не витримує ваги налягаючи порід і обрушується. На поверхні створюються провали.

В природних умовах карст розвивався повільно, до того ж територія була мало забудована. Положення різко змінилося в останні десятиріччя, коли техногенне навантаження на геологічне середовище надзвичайно збільшилось. Особливо гостро це проявилось в Яворівському районі в зв’язку з освоєнням сірчаного родовища. Осушення кар’єру прискорило фільтрацію підземних вод, пониження напору збільшило геостатичні напруги в породному масиві. Змінився режим поверхневого стоку, зарегульованого системою гребель. Ці зміни виникали оживлення карстово-суфозійних явищ. Ціла низка будівель, переважно нових, була розрушена, в інших з’явились тріщини і просідання.

Освоєння сірчаного родовища поклало початок найновішому, техногенному етапу розвитку карсту. Під впливом осушення кар’єру сформувалась депресійна воронка глибиною 90 м, швидкість фільтрації води збільшилась на порядок. Почалось масове обрушення порід над карстовими порожнинами, обумовлене як їх розширенням, так і збільшенням геостатичного тиску внаслідок осушення порід.

Приблизно з 1990 року п’єзометрична поверхня в найбільш закарстованій зоні спустилась нижче покрівлі гіпсоангідритів. Режим фільтрації змінився з напірного на безнапірний, виникли умови для створення вакууму і інтенсивної суфозії.

Швидкість розчинення сульфатів у воді дуже висока. Досвід осушення сірчаних кар’єрів показав, що за період фільтрації води від області живлення до кар’єру вода встигає насичуватись сульфатами. За добу виноситься 159,6 т сульфату кальцію, а в перерахунку на дигідрат – 217т. Щільність гіпсу 1,32т / мі об’єм розчинених порід 164 мі/добу. За рік виноситься 60 тис. кубометрів, за 30 років з початку осушення винесено 1,8 млн. мі гіпсу. Площа розповсюдження гіпсу в зоні депресійної воронки дорівнює 75 км І.

Якби підошва гіпсів розчинялась рівномірно, то весь масив порід опустився би на 2,4 см. Об’єм розчиненого гіпсу приблизно відповідає об’єму карстових воронок, що утворились за час осушення. Таким чином, розчинення гіпсів є головною причиною провалів.

Відомо, що в 1670 році в с. Шкло утворився провал поверхні. І до нині там залишилась яма діаметром 120 м і глибиною 10 м. В 1967 році Л.І. Остряков за даними аерофотозйомки нарахував на площі 126 км І 302 воронки. На 01.07.1987 рік за даними Н.А. Блоцького нараховано 937 проявлень.

Динаміка створення воронок за 1978-1986 роки характеризується такими даними (таблиця 1.1).

Таблиця 1.1 — Динаміка створення воронок

Рік | 78 | 79 | 80 | 81 | 82 | 83 | 84 | 85 | 86

Число воронок | 27 | 48 | 30 | 27 | 39 | 19 | 14 | 27 | 12

Сучасні поверхневі проявлення карсту поділяються на окремі воронки і карстові поля. Діаметр воронок від 3 до 20 м. В долинах річок створились карстові поля, в межах яких вся поверхня деформується з розривами.

Найбільше провалів утворилось на північній околиці смт. Шкло, в долині р. Шкло і Терешка. Узагальнення фактичного матеріалу за поверхневими проявленнями карсту дає змогу виділити в наших умовах 4 типи деформації: провальний, суфозійний, схиловий, суцільний.

Суцільне осідання масиву карстуючих порід відбувається постійно в міру зменшення і роздавлювання ціликів між печерами. Нерівномірність осідання викликає напруги в будівлях і спорудженнях. Викладені уявлення про механізм деформації дають змогу визначити природні фактори, від яких залежить стійкість території.

Провали здійснюються при досягненні карстовою порожниною під покриваючими скельними або напівскельними породами деякого максимального розміру. Створюється вертикальний колодязь, потім його стіни обвалюються і формується воронка.

Суфозійний механізм – це крайній випадок попереднього, коли в покрівлі відсутні скельні або напівскельні породи. Суфозія виникає вслід за розчиненнями і призводить до само заповнення порожнин. Але на контактах заповнювача з гіпсом продовжується розчинення, тож через деякий час суфозія виникає знову. Таким чином створюються карстові поля в долинах, де косівські глини повністю розчинені.

Схилові деформації можуть виникати у випадку, коли поверхня гіпсоангідритів нахилена до долини, де проходить розчинення гіпсів. Виникає зсув, в тиловому шві якого створюються відкриті тріщини. По цих тріщинах вода виносить пісок в карстові порожнини. При нерівномірному розчиненні гіпсу може також виникнути обвал гіпсоангідритового масиву, створення тріщин розтягу в покриваючих породах. Це також супроводжується суфозією і створення воронок.

Для оцінки карстової небезпеки А.М. Гайдин вивів з умови рівноваги між зрушуючи ми і утримуючими силами такий критерій:

К= (1/Мг)* (2 Мн+0,2х-Н),

де: Мг – потужність шару глин в покрівлі гіпсрангідритів; Мн – потужність шару четвертинних відкладень; х – потужність горизонту ґрунтових вод в четвертинних відкладеннях; Н- напір води в карстовому горизонті над покрівлею гіпсоангідритів. Числові коефіцієнти враховують властивості покриваючих порід.

Ступінь небезпеки провалу зростає зі збільшенням критерію. Ймовірність провалу збільшується при зменшенні потужності покриваючих порід (Мг). Якщо Мг наближується до 0, провальний механізм змінюється на суфозійний.

Величина напору води карстового горизонту також впливає на