Гидрогеологические условия Центрального промышленного района Подмосковного бассейна

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Гидрогеологические условия Центрального промышленного района Подмосковного бассейна

22.04.2020

В геологическом разрезе района выделено девять водоносных горизонтов, которые с увеличением глубины залегания приобретают все более напорный характер. Самый верхний водоносный горизонт («верховодка») представляет собой эпизодические скопления воды в четвертичных отложениях — флювио-гляциальных песках, рыхлых покровных суглинках, песчаных аллювиальных отложениях. Горизонт безнапорный, статический уровень лежит в пределах отметок 150— 250 м абс. высоты. Мощность обводненной части пород не превышает 6—8 м, обычно 2—3 м. Коэффициент фильтрации <1 м/сутки; удельный дебит 0,3—0,7 м3/час. Вследствие прерывистого залегания и небольшой мощности водосодержащих пород водные ресурсы горизонта невелики. Для разработки угольных залежей горизонт безопасен. Воды его используются для сельского колодезного водоснабжения с ограниченным водопотреблением.

Ниже залегает мезозойский водоносный горизонт, приуроченный к пескам и песчаникам нижнего мела и среднего келловея. Горизонт безнапорный, статический уровень находится на 160—250 м абс. высоты. Мощность обводненной части песков достигает 10—15 м; коэффициент фильтрации в песках — от долей до 3—4 м/сутки, преобладает 0,5—1 м/сутки, в песчаниках до 7 м/сутки. Удельный дебит горизонта от долей до 3 м3/чac, преобладает 0,3—0,5 м3/час. Водные ресурсы горизонта также незначительны вследствие линзовидного распространения песков и интенсивного естественного дренажа. Существенного значения для горных работ горизонт не имеет — он удален от кровли промышленного пласта угля на 30—40 м.

Пески обладают свойствами плывунов и вызывают затруднения при проходке стволов, так как прорываясь в ствол они создают песчаные пробки высотой до 10 м. При обычном способе крепления происходит оплывание стенок ствола. Воды горизонта используются для сельского водоснабжения.

Окский водоносный горизонт приурочен к толще известняков окского надгоризонта. В северо-восточной части района, на территории Южно-Подхоженского, Грецовского, Березовского месторождений и на Веневской угленосной площади мощность известняков увеличивается за счет появления в разрезе тарусских слоев серпуховского надгоризонта. Приблизительно на 75% площади района водовмещающие породы горизонта залегают в виде эрозионных «останцов» площадью от 3—8 до 30 км2. Около 25% площади северо-восточной части района расположено в зоне сплошного развития известняков. Горизонт безнапорный; статический уровень лежит на 150—210 м абс. высоты. Обводненная мощность пород от 5—20 м на юге района до 40—50 м в северной и северо-восточной его частях. Коэффициент фильтрации от 0,9 до 200 м/сутки, преобладает 25—30 м/сутки; удельный дебит от долей до 35 м3/час, преобладает более 5 м3/час.

Горизонт содержит довольно значительные ресурсы воды, что обусловлено большой мощностью водосодержащих пород и большой раскарстованностью известняков в верхней части толщи. Об этом свидетельствует большое количество карстовых воронок, уходящих в окские известняки. Влияние этого горизонта при эксплуатации основного пласта угля сказывается в поступлении больших количеств воды как при ведении очистных работ с обрушением кровли, так и при проходке стволов шахт по обводненным известнякам. Так, например, на Ширино-Сокольническом месторождении при прорыве вод из окского горизонта притоки воды в горные выработки достигали 300—400 м3/чаc. При проходке ствола шахты 11 «Мостовской» на Щекинском месторождении приток в ствол из алексинского горизонта достигал 280 м3/час.

В толще переслаивания яснополянского надгоризонта выделяются три водоносных горизонта: верхнетульский — в пластах известняков мощностью 2—4 м и в линзах песков, статический уровень установлен на отметках 155—212 м абс. высоты; надугольный — в толще песков мощностью от 0 до 40 м, относимых к тульскому возрасту, статический уровень лежит на 150—214 м абс. высоты; подугольный — в линзах песков бобриковского возраста, статический уровень лежит на тех же отметках, что и в упинском горизонте. Все горизонты толщи переслаивания имеют широкое, но не повсеместное распространение. По характеру напора их можно отнести к типу субартезианских вод. В области интенсивного естественного дренажа они, как правило, безнапорные; по мере ослабления естественного дренажа, с погружением горизонтов ниже местного базиса эрозии, они становятся напорными. Величина напоров на подстилающие водоупоры обычно составляет 10—20 м для верхнетульского и надугольного горизонтов и несколько больше для подугольного. В северной и северо-восточной частях района напоры горизонтов достигают 50—60 м. Коэффициент фильтрации в известняках от 0,015—10 м/сутки, в песках от тысячных долей до 6,5 м/сутки; удельный дебит в известняках от десятых долей до 3,5 м3/час, в песках от 0,14 до 0,75 м3/чac.

Водоносные горизонты яснополянского надгоризонта являются одними из основных и непосредственных источников обводнения шахт как при ведении подготовительных и очистных работ по углю, так и при проходке стволов шахт. Из опыта эксплуатации угольных залежей в районе известно, что притоки воды из тульских известняков при про ходке стволов составляли 150—250 м3/час; прорывы воды и плывуна в горные выработки из верхнетульского горизонта значительны. Прорывы из надугольного и подугольного горизонтов сопровождаются большим выносом песка в горные выработки — до 1000 м3 и более. По предварительным данным суммарный приток в одну шахту из всех водоносных горизонтов яснополянского надгоризонта на площадях с максимальными напорами не превысит 500 м3/чac.

Упинский водоносный горизонт имеет повсеместное распространение. Статический уровень его находится на 140—200 м абс. высоты. На большей части площади горизонт характеризуется напорами: 10—20 м выше почвы основного угольного пласта в южной части района, 40—60 м — в центральной, 60—80 м — в северной и северо-восточной частях. Коэффициент фильтрации в упинских известняках колеблется от десятых долей до 85 м/сутки, преобладает 10—15 м/сутки; величина удельного дебита от сотых долей до 30 м3/чac, преобладает 3—5 м3/чac. Горизонт является основным и непосредственным источником обводнения горных выработок и основным источником водоснабжения. Трудности, создаваемые горизонтом при эксплуатации углей, связаны обычно с поступлением в горные выработки больших масс воды — до 200—250 м3/час, а на закарстованных площадях — до 400—600 м3/чac. Прогнозируемые притоки на территории, где напоры горизонта достигают максимальной величины, не превышают 500 м3/час.

Ниже следуют напорные малевский и девонский горизонты, приуроченные к известнякам указанного возраста. Малевский горизонт развит спорадически и неводообилен. Девонский имеет повсеместное распространение, вскрыт небольшим количеством скважин и сравнительно, мало изучен в гидрогеологическом отношении. В местах вскрытия статический уровень лежит на отметках 165—175 м абс. высоты. Вскрытая обводненная мощность достигает 40 м и более. Коэффициент фильтрации от долей до 20 м/сутки; удельный дебит от долей до 16—18 м3/чac. Возможны прорывы горизонта в горные выработки в местах размыва упинских слоев.

Изучение водоносных горизонтов района показало, что основные элементы, определяющие их режим, изменяются в широких пределах. Эти изменения связаны с морфологическим обликом современного, рельефа известнякового фундамента и рельефа дневной поверхности, большей частью не совпадающего с тектоническими структурами района. Некоторое исключение в этом отношении представляет пониженный участок по линии Кропотовского, Люторического, Киреевского, Ломинцевского, Щекинского месторождений, отражающий синклинальный прогиб коренных пород.

С формами рельефа известнякового фундамента связано положение местного базиса эрозии. В бассейне р. Упы, в юго-западной части района, благодаря дренирующему влиянию Упы и ее крупных притоков (Соловы, Уперты, Деготни, Шиворони, Шата) уровень основного упинского водоносного горизонта на 20—30 м ниже в полосе дренирования (от 5 до 10 км), чем на остальной площади. Верхние водоносные горизонты в пределах этой полосы иногда полностью осушены. В северной и северо-восточной частях района в бассейне р. Осетра местный базис эрозии составляет 140 м абс. высоты, а отметка подошвы окских отложений 120 м, т. е. на 20 м ниже базиса эрозии. Промышленные пласты угля и поверхность фундамента залегают на 40—60 м ниже базиса эрозии.

В области речных долин, особенно на участках крутых склонов, водообильность горизонтов, приуроченных к известнякам, увеличивается, так как в связи с выветриванием, повышается трещиноватость пород. Образовавшиеся при выемке полезных ископаемых карьеры, воронки проседания, стволы старых шахт и гидротехнические сооружения оказывают существенное влияние на режим подземных вод района. В связи с сооружением водохранилища на pp. Упе и Шате базис эрозии повысился с отметки 165 до 180—185 м абс. высоты; водохранилищем подтоплены горизонты от упинского до тульского. Подъем уровней вызвал дополнительный приток в шахту 8 «Липковскую» — около 50 м3/час. В южной части месторождений Грызловского и в северной части Вы-глядовского увеличение притока в горные выработки будущих шахт по этой причине составит 100—150 м3/чac.

Для геологического разреза района характерно преобладание водопроницаемых пород, в связи с чем условия инфильтрации благоприятны и водные ресурсы горизонтов значительны. О высокой степени инфильтрации вод поверхностного стока свидетельствуют: быстрое восстановление уровней водоносных горизонтов после прекращения откачек и сравнительно небольшая густота речной сети (0,3—0,5 км/км2), а также маловодность рек при большом количестве выпадающих осадков. Из водопроницаемых пород в разрезе преобладают рыхлые породы — пески, что способствует развитию оврагов. Пески обычно мелкозернистые, местами глинистые. Притоки воды из них не превышают 200— 300 м3/час. Наряду с песками значительное место занимают карстующиеся породы — известняки девона и нижнего карбона. Водообильность горизонтов в этих породах неравномерна и зависит как от современных физико-географических условий, так и от структурных особенностей. В пределах района суммарные притоки в одну шахту из водоносных горизонтов окских, тульских и упинских карбонатных пород достигают 1000 м3/час и более.

Для' района в целом характерна невыдержанность водоупорных слоев, чем обусловлена широкая гидравлическая связь водоносных горизонтов. Она наиболее ярко выражена в зонах древних размывов, обычно выполненных песками, в зонах современных размывов и в зонах тектонических и карстовых нарушений. Проявление взаимосвязи водоносных горизонтов выражается в одинаковом или близком значении уровней, в динамике уровней верхних горизонтов при откачках из нижних (например, снижение уровней надугольного и подугольного горизонтов при откачках из упинского), в изменении химического состава воды в области взаимного влияния горизонтов: соленые воды становятся опресненными, в пресных водах повышается процент содержания солей за счет подтока напорных, более минерализованных вод.

Подземные воды района, до упинских включительно, можно отнести и зоне активного водообмена. Состав воды в этой зоне имеет гидрокарбонатно-кальциево-магниевый характер. Воды девонского горизонта благодаря хорошей выдержанности верхнего водоупора (малевские глины) можно охарактеризовать как зону замедленного водообмена, дсарактер вод здесь меняется на сульфатно-гидрокарбонатно-кальциево-магниевый. Химический состав отдельных водоносных горизонтов приведен в таил. 103.
Гидрогеологические условия Центрального промышленного района Подмосковного бассейна

Из табл. 103 следует, что в зоне активного водообмена, до упинского горизонта, наблюдается слабое нарастание с глубиной общей минерализации, общей жесткости, весового количества сильных кислот и щелочей. В упинском горизонте отмечается более интенсивное нарастание минерализации, жесткости и составляющих компонентов; в девонском — резкое увеличение компонентов, а вместе с ними общей минерализации и жесткости. В Щекинском районе на дислоцированных участках (поля шахт 3 «Усть-Колпенской» и 13 «Мостовской») за последнее десятилетие в связи с длительными мощными откачками изменялся химический состав упинских вод; общая жесткость возросла с 11,4 до 17,8 мг*экв на поле шахты 3, а в районе поля шахты 13 общая жесткость увеличилась с 6,1 до 14,3 мг*экв и минерализация с 356 до 980 мг/л. Увеличение минерализации в местах тектонических нарушений указывает на то, что вследствие длительных откачек осуществляется подток высокоминерализованных вод девонского горизонта.

Все горизонты от «верховодки» до подугольного включительно непригодны для централизованного водоснабжения, так как ресурсы их непостоянны. Кроме того, процесс эксплуатации воды из песков затруднителен и неэффективен в техническом отношении. Источниками для централизованного водоснабжения служат упинский и девонский горизонты. Девонский водоносный горизонт имеет повышенную минерализацию, и использование его в районе до последнего времени было ограниченным. В настоящее время в связи с мощными откачками из упинского горизонта при осушении шахтных полей начали уменьшаться статические запасы горизонта. В результате в Кимовском и Новомосковском районах сократилась производительность водозаборов. Дальнейшее расширение сети централизованного водоснабжения может быть осуществлено за счет более широкого использования девонского горизонта. Весьма своевременна постановка работ по изысканию опресненных девонских вод в восточной части района. При освоении месторождений в северной и северо-восточной частях для водоснабжения может быть рекомендован окский горизонт.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: