Инженерно-геологические исследования в горном деле



страница1/3
Дата30.10.2016
Размер0,59 Mb.
  1   2   3
Инженерно-геологические исследования в горном деле.


  1. Предмет и задачи инженерно-геологических исследований в проблеме рационального использования полезных ископаемых.

  2. Системный подход к инженерно-геологическому исследованию при разведке месторождений полезных ископаемых.

  3. Инженерно-геологические условия месторождений полезных ископаемых.

  4. Взаимодействие горных работ и сооружений с геологической средой.




  1. Предмет и задачи инженерно-геологических исследований в проблеме рационального использования полезных ископаемых.

Развитие горной промышленности на ближайшую перспективу по мнению многих крупных специалистов характеризуют следую­щие тенденции.

Рост добычи и потребления минерального сырья — через каж­дые 12—15 лет добыча минерального сырья увеличивается вдвое.



  1. Вовлечение в эксплуатацию месторождений с более бедным содержанием полезных компонентов, что приводит к увеличению площадей складирования отходов производства.

  2. Увеличение глубины разработки, что обусловливает большие деформации бортов карьеров, рост объемов отвалов, осложнения процессов при подземной разработке, а также значительные по­тери полезного ископаемого.

  1. Освоение месторождений со сложными инженерно-геологическими и экономико-географическими условиями, что ведет к но­вым сложным процессам и явлениям в горных выработках и в конечном итоге к ухудшению технико-экономических показателей.

  2. Повышение доли эффективного открытого способа добычи, что уменьшает потери и стоимость полезного ископаемого, но уве­личивает площади нарушенных земель.

Все эти тенденции в конечном итоге вызывают удорожание раз­ведки и добычи полезного ископаемого, на что приходится значи­тельная доля капитальных вложений.

Задачи инженерно-геологических исследований в общей проб­леме рационального использования природных ресурсов определя­ются объектом и предметом инженерной геологии как науки в целом. Принимая во внимание существующие представления о гео­логической среде как об объекте инженерной геологии и о инженер­но-геологических условиях как о ее предмете, можно сформулиро­вать две основные задачи при изучении месторождений полезных ископаемых: оценка (с элементами прогноза) инженерно-геологических условий месторождений полезных ископаемых с целью обоснования оптимальных проектных решений, обеспечивающих наиболее ра­циональное использование минеральных ресурсов и земельных уго­дий при минимальных нарушениях геологической среды и высокое безопасности и экономичности ведения горных работ, оценка и прогноз изменений инженерно-геологических усло­вий горнодобывающего района в результате освоения месторожде­ния с целью обоснования мероприятий по ограничению этих изме­нений.

Сформулированные задачи являются взаимосвязанными и вза­имообусловленными. Решение первой приводит к более надежным результатам исследований второй. Данные, получаемые в период эксплуатации месторождения, обогащают подложности инженерно-геологических оценок в период разведочных работ. К настоящему моменту можно говорить о проведении инженерно-геологических исследований на отдельных стадиях разведки месторождений, т. е. о выполнении первой задачи: оценки инженерно-геологических ус­ловий месторождений, проводимой главным образом на стадиях детальной разведки и доразведки в соответствии с «Инструкцией о содержании, оформлении и порядке представления в ГКЗ мате­риалов по подсчету запасов металлических и неметаллических по­лезных ископаемых». Обоснованием для выполнения этих иссле­дований служат специальные разработки ВСЕГИНГЕО и других ведомственных НИИ, а также некоторых вузов.

Специфика данного вопроса заключается в том, что из-за слож­ности инженерно-геологических условий месторождений и из-за многофакторности процессов, возникающих при взаимодействии с горными выработками, большая часть проблем, связанных с оцен­кой и прогнозом устойчивости горных сооружений, решается в пе­риод их строительства и эксплуатации (в отличие от других типов сооружений). Поэтому приходится проводить инженерно-геологические исследования не только в период разведки (утверждения его запасов в ГКЗ и проектирования горного предприятия), но и непосредственно в горных выработках вовремя их строительства и эксплуатации. Надо отметить, что для повышения, надежности инженерно-геологических оценок и прогнозов в пе­риод разведки месторождения большое значение приобретают ис­следования и наблюдения в горных выработках. Они особенно важны для обоснования мероприятий по ограничению вредного влияния горнодобывающих предприятий.

Инженерно-геологические условия представляют собой целост­ную систему взаимосвязанных компонентов, определяющую слож­ность разработки месторождения, характер и масштабы изменений среды под влиянием процессов горного производства. Взаимодей­ствие горных сооружений (выработок) с отдельными компонентами нарушает природное равновесие всей системы, в результате чего возникает ряд изменений (процессов), имеющих геологическую природу. Изучение закономерностей этих процессов во время стро­ительства и эксплуатации различных горных сооружений (шахт, карьеров, отвалов, шламо- и хвостохранилищ и др.) позволяет про­гнозировать возникновение, развитие и масштабы таких процессов заблаговременно и с необходимой надежностью.

Во время шахтных (карьерных) исследований и наблюдений уточняется существующая методика инженерно-геологических работ и разрабатываются новые подходы к геологическому обоснованию проектных решений. В результате оценки естественной геологической обстановки и уяснения закономерностей ее взаимодействия с горными работами можно создать инженерно- геологическую модель, которая явится базой для проведения расчетов параметров карьеров, отвалов, горного давления, креплении а также для оценки наносимого ущерба природной среде и для рекоменда­ции мероприятий по ограничению этого ущерба

Вместе с тем необходимо иметь в виду, что надежные оценки и прогнозы возможны только в том случае, если учтены горнотехни­ческие условия: напряженное состояние вокруг выработок направ­ление выработок по отношению к элементам залегания пород тре­щин, слоистости, технология ведения горных работ, вид и характер крепления, специфика управления горным давлением, продолжи­тельность прохождения и охрана выработок и т. д. К настоящему времени уже созданы теоретические предпосылки для аналитиче­ского решения многих задач по оценке устойчивости горных выроботок. Для этого, однако, необходима детальная характеристика геологического строения, гидрогеологических и газовых условий, трещиноватости, слоистости, прочности, деформируемости и есте­ственного напряженного состояния горных пород с учетом их струк­турных и текстурных особенностей. Надо иметь в виду, что обоб­щение шахтных и карьерных наблюдений и выявление надежных закономерностей невозможны без знания механических свойств и напряженного состояния пород вокруг горных выработок.

Повышение надежности геологическою обоснований при решения ряда горно-геологических задач является тем реальным вкладом, который может внести инженерная геология в разработку общей проблемы рационального использования недр и охраны геологической среды в районах горнодобывающей промышленности. И. Я. Ломтадзе выделил в качестве основного раздела инженерной геологии инженерную геологию месторождений полезных ископаемых и определил область ее исследовании. Для студентов специальности «Гидрогео­логия и инженерная геология» в ЛГИ стал читаться отдельный курс Инже­нерная геология месторождений полезных ископаемых».

Проблемы инженерной геологии в горном деле были предметом обсуждения еще на нескольких всесоюзных совещаниях в 70-х годах. Среди них особого внимания заслуживают специализированные совещания в Белгороде (1975 г.) и Новом Раздоле (1977 г.), на которых рассматривался широкий круг вопро­сов изучения, оценки и прогноза инженерно-геологических условии место­рождений полезных ископаемых. В основных докладах (Г. 1. Скворцов, Г А Голодковская, Б. В. Смирнов, М. Е. Певзнер, А. М. Гальперин, В. В. Фромм и др.) были проанализированы теоретические и методические особенности инженерно-геологического обоснования условий разработки месторождений Еще раз было отмечено, что это обоснование является неотъемлемой частью геологической разведки и должно проводиться на всех ее стадиях.

Здесь же указывалось на одну из главных причин неблагополучия в области прогнозных оценок условий освоения недр. Это, с с одной стороны отсутствие научно обоснованных требований к характеру и объему инженерно-геологических данных, необходимых для оценки взаимодействия горных сооружений геологической средой, а с другой - невысокий не невысокий, не отвечающий современным условиям развития науки технический уровень теоретических и методических разработок инженерно-геологической оценки месторождений полезных ископаемых и прогноза тех изменений, которые наступят при их освоении.

Рассматриваемый период знаменателен для инженерной геологии еще одним обстоятельством, имеющим, как считают некоторые ученые эпохальное значение. В апреле 1972 г. в Москве состоялось первое в своем роде специальное инженерно-геологическое совещание, на котором осужда­лась проблема рационального использования земной коры как источника ми­неральных ресурсов и как среды обитания и жизнедеятельности человека. Ин­женерная геология как наука о геологических условиях строительства т е по существу наука о взаимодействии человека с геологической спелой, при­обрела особое значение в обшей проблеме рационального использования и ох­раны природы, хотя и до этого инженерно-геологические исследования в ко­нечном итоге решали задачи этой проблемы. Тем не менее после этого со­вещания началось интенсивное изучение влияния различных сооружений н строительных работ на изменение природной обстановки.

Под эгидой этого нового течения прошла II Всесоюзная конференции в 1976 г. в Ленинграде на тему «Проблемы инженерной геологии в связи с рациональным использованием геологической среды». На этой конференция в докладах Г. Г. Скворцова, В. Н. Славянова, В. Г. Зотеева, А. М. Гальпе­рина, В. Н. Новожилова, О. Ю. Крячко, И. П. Иванова и других специали­стов были приведены результаты исследований различных месторождений (угольных, рудных, соляных) с целью рационального использования недр и охраны прилегающих территорий.

Закончились 70-е годы принятием на 26-м Международном геологическом конгрессе специальной «Декларации Международной ассоциации по инженер­ной геологии по вопросу окружающей среды», в которой отмечалось, что оценка инженерно-геологических условий и прогноз их изменения под влиянием человеческой деятельности это по существу инженерно-геологическое изучение геологической среды.

Для периода 70-х годов характерно огромное число опубликованных ра­бот, отражающих результаты теоретических и экспериментальных исследова­ний в области инженерной геологии месторождений полезных ископаемых. Среди них наиболее крупными являются труды Г. Г. Скворцова, В. В.Фромма, В. В. Смирнова [1973, 1975, 1976], В. Т. Глушко и Г. Т. Киричанского [1974]. Г. А. Голодковской, Л. М. Демидюк и др. [19751, П. Н. Панюкова (1978], Т. Глушко и В. Г. Борисенко [1978], М. Е. Певзнера [1978].

Первая половина 80-х годов проходит под знаком интенсификации всех строительных работ повышает требования к инженерно-геологический оцен­кам и прогнозам. Об этого можно сулить по большому числу публикаций, по­священных кардинальным вопросам инженерной геологии. Применительно к горной промышленности важнее значение придается вопросам рациональ­ного использования недр и охраны геологической среды, что было предметом специальных совещаний, проводимых МГУ (1981, 1983 гг.), и многих конфе­ренций, семинаров, школ.

В ноябре 1981 г. состоялась специальная сессия секции гидрогеологии и инженерной геологии Научно-технического совета Мингео СССР, на которой обсуждались «состояние и пути дальнейшего совершенствования гидрогеологи­ческих и инженерно-геологических исследований месторождений полезных ис­копаемых при их разведке». В рекомендациях сессии были намечены различ­ные мероприятия по улучшению работы геологических организаций, среди ко­торых особого внимания заслуживают следующие положения:



  • создание постоянно действующих полигонов на крупных месторожде­ниях, где ведутся разведочные и эксплуатационные работы;

  • усиление подготовки и рост выпуска специалистов по гидрогеологии и инженерной геологии месторождений полезных ископаемых;

  • разработка новых технических средств для инженерно-геологических ис­следований;

  • разработка нормативных документов по всем видам гидрогеологических
    и инженерно-геологических работ, проводимых при разведке месторождений.

Материалы IV Всесоюзной конференции по инженерной геологии, состо­явшейся в Свердловске в 1984 г., а также 27-го Международного геологиче­ского конгресса, проходившего в Москве в том же году, свидетельствуют, что проблемы инженерной геологии при разведке и разработке месторождений.

Анализ материалов исследований последних лет показывает, что современная обстановка, в которой развивается инженерная гео­логия месторождений полезных ископаемых, характеризуется вполне определенными особенностями.

1. Разведуются и осваиваются месторождения со сложными при­родными условиями, с низким содержанием полезных компонентов. Увеличиваются глубины разработки месторождений — до 2000—2500 м для подземных выработок и до 300—700 м для от­ крытых, что создает качественно новые условия разведки и раз­
работки.


  1. Совершенствуются системы и технология горных работ и при­ меняется более мощное оборудование большой производительно­сти, которая может быть реализована при отсутствии нежелатель­ных деформаций в забое, на транспортных коммуникациях, на от­ валах; при надежных определениях параметров пород для опенки сопротивления резанию, разрушению взрывными работами и гидромеханизацией, оценки прилипания к рабочим органам и транс­портным емкостям; при эффективном дренировании, соблюдении условий безопасности труда горняков и т. д.

  2. Растут требования к рациональному использованию недр и охране окружающей среды (к вопросам инженерной экологии). В этой области, как уже показала практика, перед инженерной ге­ологией стоят сложные задачи, и она обладает возможностями для их решения.

  3. Разрабатываются на высоком теоретическом уровне с приме­нением современной техники вопросы изучения физико-механический свойств горных пород (главным образом скальных) в лабо­раторных условиях, моделирования геологических процессов, ис­следования естественного напряженного состояния и напряжений
    вокруг выработок, аналитической оценки горного давления. Изучение закономерностей возникновения и развития горно-геологических процессов и явлений, сопутствующих горным работам, строительству и эксплуатации горных сооружений, ведется не систематически, без участия инженеров-геологов, что не дает воз­можности своевременно и надежно прогнозировать геологические условия разработки месторождений и обосновывать эффективные мероприятия, способствующие рациональному использованию недр охране окружающей среды.

  4. Оценка и прогноз инженерно-геологических условий место­рождении на различных стадиях разведочных работ, несмотря на применение большого количества разработанных для этой ней методов, все еще являются неточными и ненадежными Значитель­ные размеры сферы влияния горных работ и сложное, недостаточно изученное взаимодействие между природной (геологической) к техногенной средами не позволяют достичь такой детальности же исследований, которая характерна для инженерных изысканий на тер­риториях строительства различных типов наземных сооружений

Существенное влияние на повышение точности и надежности ин­женерно-геологических оценок, прогнозов и рекомендаций могут оказать результаты наблюдений и исследований в горных выра­ботках.

Я. Недостаточная научная подготовка специалистов, которые должны владеть знаниями в области инженерной геологии место­рождений полезных ископаемых и горного дела, не способствует быстрому изменению сложившейся неблагоприятной ситуации в геологическом обслуживании горнодобывающей промышленности.

9. Перечисленные в пунктах 6—8 недостатки инженерно-геоло­гических исследований на различных стадиях разведки месторож­дений полезных ископаемых задерживают проектирование горных предприятий, не позволяют своевременно дать оценку и прогнозы условий строительства горных выработок и других сооружений, а также условий их эксплуатации.



Основные задачи инженерной геологии

Возникновение и развитие инженерно-геологического направления при оценке условий освоения месторождений полезных ископаемых с самого начала было вызвано необходимостью решения комплекса задач, основная цель которых сводилась к рациональ­ному использованию минеральных ресурсов, обеспечению безопас­ности и эффективности ведения горных работ и обоснованию размещения и устойчивости инженерных сооружений разного назна­чения в конкретной природной обстановке.

В последние годы в связи с ростом требований к охране при­роды вопросы инженерно-геологического изучения месторождений полезных ископаемых, на­правленные на оценку и прогноз условий их разработки, считаются традиционными, а проблемы исследования изменении этих условий вследствие их нарушения и загрязнения горным производством,— новыми, главными. Этот взгляд утверждается под влиянием неко­торых положений ведомственных инструкций и методических ре­комендаций. Так, в основной инструкции ВСЕГИНГЕО цель инженерно-геологических работ при разведке месторождений твер­дых полезных ископаемых сводится к оценке инженерно-геологи­ческих условий для обоснования утверждения запасов полезного ис­копаемого в ГКЗ и для проектирования горных работ. В более но­вой инструкции [29] это определение цели сохранилось полностью, а в перечень задач вошла «оценка влияния горных работ на геологическую среду в целях разработки необходимых охранных меро­приятий». Но в дальнейшем вопросы оценки и прогноза изменений природных условий под влиянием разработки месторождений не рассматриваются.

Такой подход нельзя признать правильным и перспективным. При решении инженерно-геологических задач в горном деле (так и в других видах строительства) характерной особенностью всегда были комплекс исследований и доведение до результатов до количественных оценок процессов возникающих под влиянием внешнего воздействия. Не всегда, правда, эти оценки имеют достаточную точность и надежность, и не всегда они даются специалистами по инженерной геологии. Эти два обстоятельства и побудили автора, проработавшего почти 30 лет по проблемам ин­женерной геологии в горной практике, обсудить на страницах этой книги основные вопросы инженерно-геологического обеспечения разработки месторождений твердых полезных ископаемых.

Инженерная геология применительно к проблемам горной про­мышленности как научное направлении имеет вполне сформиро­вавшиеся объект, предмет, цель, задачи и методы исследования. Объектом являются месторождение полезного ископаемого и при­легающие к нему территории, подвергающиеся изменению под воз­действием горных работ. Объект, видимо, можно рассматривать как некоторую сложную систему, которую в соответствии с пред­ложениями ряда специалистов можно назвать инженерно-геологической системой.

Предметом рассматриваемого направления инженерной геоло­гии являются геологические условия вскрытия и разработки место­рождения, строительства и поддержания горных сооружений, про­ведения мероприятий по ограничению вредного влияния горного производства, и выполнения рекультивации нарушенных земель. Для краткости предметом можно назвать инженерно-геологические условия освоения месторождения и прилегающих территорий. Как известно, многие специалисты вслед за П. Н. Панюковым назы­вают эти условия горно-геологическими, что очень удобно с чи­сто понятийных соображений. К сожалению, этой термин исполь­зуется в горной практике с разным содержанием

Целью данного научного направления следует считать инженер­но геологическое обоснование путей рационального использования и охраны недр, повышения безопасности и эффективности горных работ. Для достижения этой цели решаются следующие основные задачи:


  • оценка инженерно-геологических условий месторождений по­лезных ископаемых (или их частей) и прилегающих территорий (будущих горных и земельных отводов);

  • прогноз изменений инженерно-геологических условий под влиянием освоения месторождения (или отдельных его частей);

  • обоснование мероприятий по управлению происходящими из­менениями и по восстановлению природной обстановки.

Перечисленные задачи не только связаны между собой после­довательно: прогнозировать нельзя без познания (оценки) усло­вий, управление не может быть надежным без научного предвиде­ния, — но и обладают обратной связью: прогнозирование приводит к новым оценкам, а управление уточняет как прогнозы, так и оценки инженерно-геологических условий. Иначе говоря, решения этих задач обогащают друг друга, и поэтому исследования, прово­димые для решения одной задачи, во многом способствуют уточнению другом и отношении получаемых результатов, так и и от­ношении применяемых методов исследований. На разных стадиях изучения объекта происходит накопление информации для решения и всех трех задач, но надежность и точность этих решений не­равнозначны.

Методы исследования в своей основе являются геологическими,


хотя в настоящее время трудно представить себе решение сложных
задач опенки и прогнозирования природных и природно-техногенных процессов и явлений одними геологическими методами. Методы, применяемые при инженерно-геологическом прогнозировании, базируются на выводах по аналогии: а) геологической, а) вероятностной, в) модельной, г) натурной, д) расчет­
ной, е) экспертной.

Разработке методов инженерно-геологических исследований месторождений твердых полезных ископаемых на общем фоне раз­вития методических проблем в инженерной геологии уделяется зна­чительное внимание в исследованиях ВНИГРИуголь, ВСЕГИНГЕО, ВНИМИ, ВИОГЕМ [31], ИГД, МГУ, ЛГИ, МГИ, СГИ, ТИСИ и других организации геологического и горного профиля. Из норма­тивных документов наиболее полное отражение результат этих работ нашли в инструкции и методических рекомендациях по изучению инженерно-геологических свойств боковых пород и про­гнозу их устойчивости на угольных месторождениях», утвержден­ных Мингео СССР и согласованных с Минуглепромом СССР [29]. В этой инструкции применительно к разным стадиям разведоч­ных работ рассматриваются методы и способы документации керна скважин, изучения литолого-петрографических и фациальных осо­бенностей углевмещающих пород, опробования горных пород, определения физико-механических свойств полускальных и скальных пород, систематизации и обобщения результатов изучения горных пород, прогнозирования их устойчивости Различая пространствен­ные и пространственно-временные прогнозы, ее авторы (Г. Г. Скворцов, Б. В. Смирнов, В. В. Фромм, В. Н. Свержевский) ре­комендуют применять следующие методы прогнозирования: срав­нительно-геологический (аналогии), учета и оценки влияния при­родных и горнотехнических факторов, расчетно-аналитический, моделирования, диагностических классификаций, экстраполяции, интерполяции, экспертных оценок и симптомов.

Особую ценность при прогнозировании представляют данные, полученные по наблюдениям в действующих шахтах и карьерах в период разведки месторождений. Более подробно этот вопрос будет рассмотрен в главе 4. Пока что следует отметить исключи­тельно малое внимание со стороны геологоразведочных организа­ций к изучению поведения горных пород при строительстве и экс­плуатации горных выработок и к оценке тех изменений геологиче­ских условий, которые происходят в горнодобывающих районах.


  1. Системный к инженерно-геологическим исследованиям при разведке месторождений полезных ископаемых.

Как известно, сущность системного подхода сводится к тому, что объект исследования, который можно принять за некоторую систему, изучается как нечто целост­ное, а его составляющие элементы исследуются не сами по себе, а исходя из задачи рассмотрения системы (целостного объ­екта)

А теперь рассмотрим, как решалась задача о прогнозе устойчи­вости бортов карьера. В качестве объекта (системы) как единое целое изучался участок месторождения — будущий рабочий или нерабочий борт карьера, а в качестве элементов, входящих в сис­тему,— горные породы, подземные воды, плотность и прочность пород, условия их залегания, тектоническая нарушенность. глу­бина карьера, дополнительные загрузки от оборудования и буро­взрывных работ, ширима рабочих и транспортных берм и т. д.

Прежде всего надо утвердиться в том, что борт карьера, а точ­нее, построенная нами модель этого борта, обладает свойствами системы. Понятий «система» довольно много, но обычно под систе­мой подразумевают упорядоченное множество взаимосвязанных между собой элементов (горные породы, подземные воды, условия залегания и т. д.), образующих целостное единство (борт карьера). В систему (борт) входят элементы разных порядков (горные по­роды, трещиноватость, прочность), поэтому между ними устанав­ливаются отношения иерархии. В свою очередь борт как система входит в систему более высокого порядка (карьерное поле), а гор­ные породы являются системой более низкого порядка, чем борт. Каждая подсистема может быть рассмотрена более глубоко и все­сторонне, чем это требуется для оценки той системы, куда она вхо­дит как составной элемент.

Прогнозируя степень устойчивости борта или его угол наклона при заданной степени устойчивости, мы изучали (и изучаем) только те качества слагающих элементов и только те отношения между ними, которые определяют устойчивость изучаемой системы (бор­та) как единого целого. Так, например, оцениваются не все свой­ства элементов, а только влияющие ни напряженное состояние борта и па изменение прочности горных пород; исследуя трещиноватость горных пород, интересуются ее влиянием на прочность по­род и на характер расчетной схемы и т. д.

Одним из главных преимуществ системного подхода считают его возможность выделить из множества факторов именно те, ко­торые оказывают наибольшее влияние на изменение (работу) ис­следуемой системы. При прогнозе устойчивости бортов карьеров это достигалось оценкой влияния отдельных элементов расчетным путем (оценка изменения устойчивости системы), а также интуи­цией исполнителя или способом экспертных оценок. Можно отметить и еще одну особенность исследования устойчивости откосов, характерную для системного подхода вообще. Это разбиение общей проблемы (прогноз устойчивости борта) на под проблемы использование которых должно быть подчинено цели достижения оптимального решения общей проблемы. К примеру, изучение гор­ных пород их свойств должно вестись, не по условиям узнать «все, что можно» а определить только необходимое для решения задачи устойчивости. То обстоятельство, что некоторые исследователи проводят массовые компрессионные испытания глинистых пород при изучении условий устойчивости откосов, надо рассматривать не как пример отсутствия системного подхода, а просто как непони­мание проблемы.

Объекты, изучаемые в инженерно-геологическом аспекте (так же как и многие другие объекты естественных наук), являются системными по своей сущ­ности и внутреннему строению. Они существуют и функционируют независимо от нашего сознания (хотя некоторые исследователи считают, что система формируется в нашем сознании); техноген­ное же воздействие может изменить интенсивность и направлен­ность природных процессов. Эти объекты представляют собой единое целое, состоящее из множества взаимообусловленных и взаимосвязанных элементов. Вот как А. А. Каган характеризует геологические объекты (изучаемые как основание или среда для различных инженерных сооружений), что позволяет относить их к большим системам:



  • сложены большим количеством компонентов;

  • проявляют сложное поведение;

  • параметры их имеют статистическое распределение в пространстве и во времени;

— реагируют на внешнее воздействие в разных своих частях по-разному;

Отличие инженерно-геологических исследований в горных выработках от большинства традиционных инженерных исследова­ний заключается в том, что они проводятся в природно-технической системе, а не только в инженерно-геологической подсистеме; это значительно осложняет их, но вместе с тем делает более ин­формативными и более конкретными.

Изложенное здесь отношение к системному подходу имеет одну-единственную цель — показать, что такой подход не является со­вершенно новой методологией в инженерной геологии (особенно это касается инженерно-геологического изучения различных про­цессов в горных породах, вызванных природными или искусствен­ными факторами), а поэтому рассматривать его как некую новую панацею от всех наших недостатков значит вводить в заблужде­ние и себя, и начинающих исследователей. Все беды с которыми сталкивается наша строительная (в том числе и горная) практика связаны с недостаточно высоким качеством исходной информации о геологических условиях исследуемого объекта и с незнанием закономерностей взаимодействия между этими условиями и сооружениями.

Переходя к задачам инженерной геологии в горном деле, следует иметь в виду несколько основных характерных особенностей их исследования и решения, которые, как будет видно, не противо­речат методологии системного подхода.

1. Внешнее воздействие на природную среду определяет основ­ные черты, размеры и форму системы (объекта), подлежащей ин­женерно-геологическому изучению. В одной и той же геологиче­ской обстановке в зависимости от типа, характера, размеров и формы сооружения (внешнего воздействия) будут меняться раз­
меры и формы системы, число ее элементов, требующих рассмот­рения и оценки, детальность изучения и т. д. От этого зависит ха­рактер инженерно-геологической модели изучаемого объекта. Стадия инженерно-геологических исследований оказывает существенное влияние на определение основных черт системы (объ­екта) изучения, на число ее элементов и на детальность их иссле­дования. Так, в зависимости от стадии разведки месторождения полезных ископаемых в качестве системы и ее недели можно рас­сматривать: месторождение в его геологических границах (на ран­них стадиях системой может служить целая провинция, рудоносный район, угольный бассейн и т. д.), шахтное (карьерное) поле или его части, участок шахтного ствола или других капитальных выработок, почву или кровлю (непосредственную или основную) полезного ископаемого, борт или уступ карьера и т. д. Естественно, что в каждом случае решаемые задачи и основные черты системы
будут разными, так же как и число слагающих элементов (подсистем). Иначе говоря, рассматриваемые системы имеют свою характерную сложность и принадлежат к разным системным уровням. Под влиянием внешнего воздействия рассматриваемая нами природная среда изменяется, переходя в новое состояние. При этом она может достичь равновесия, обеспечивающего нормальную эксплуатацию сооружения (внешнего воздействия), или может разрушиться и перейти в такое состояние, при котором нарушается режим работы сооружения, т. е. создается аварийная ситуация. Иногда природная среда адаптируется к новым условиям (сложив­шимся под внешним воздействием) и возвращается в прежнее со­
стояние, т. е. происходит авторегуляция. Можно привести много примеров из горной практики (и не только из нее), которые под­ утверждают отмеченные свойства геологической обстановки при воздействии на нее проходки горных выработок или строитель­ства других сооружений хотелось бы ко­ротко показать это положение на примере открытой разработки месторождений полезных ископаемых.

В качестве объекта будем рассматривать толщу вмещающих пород. Предварительное дренирование карьерного поля (внешнее воздействие) вызывает


изменение напряженного состояния горных пород, что может привести к возникновению процесса уплотнения и к формированию нового равновесного со­
стояния всей толщи горных пород. В этом случае говорят, что работает принцип Ле-Шателье: «если система, находящаяся в равновесии, подвергается воз­
действию, нарушающему это равновесие, то в ней возникают процессы, стремящиеся вернуть ее в прежнее состояние». Далее, при проходке первой траншеи происходит разгрузка и образование новых искусственных обнажений горных порол, которые влекут за собой возникновение и развитие она геологических процессов: разуплотнения, набухания, осыпания, суффозии и др. На новых обнажениях формируются раз­личны., по форме и размерам зоны, в пределах которых свойства горных по­род в зависимости от их состава, условии залегания и естественного состоя­ния изменяются в разной степени. И здесь возможны дна естествен­ных выхода: создание нового равновесия без разрушения целости пород (6opта карьера) или переход в новое состояние равновесия в результате оползня борта либо отдельных его уступов.

Может иметь место и третий — искусственный — выход: принятие мер, обеспечивающих новое устойчивое равновесие борта карьера. В частности, строительство внутренних отвалов в выработанном пространство можно рас­сматривать как воздействие, направленное на изменение нового состояния толщи пород и на восстановление нарушенного естественного равновесия. В таком же плаке работают улучшение свойств пород, перегрузка и другие мероприя­тия. Аналогичную картину можно нарисовать и при изучении воздействия внешних отвалов на их основание, где также происходит нарушение природ­ного равновесия и осуществляется переход к новому состоянию.

С точки зрения системного подхода все изложенное в данном примере говорит о том, что наш объект изучения относится к дина­мическим саморегулирующимся и самоорганизующимся системам открытого типа, обладающим положительными и отрицательными обратными связями. При инженерно-геологических исследованиях этот объект так и рассматривался. В качестве доступного исследо­вателю входа такой системы берется любой внешний фактор, воз­никающий при освоении месторождения и оказывающий влияние на его природные условия, а в качестве выхода — изменения этих условий под влиянием внешнего воздействия, наблюдения за кото­рыми дают возможность оценить поведение системы.

4. Решение конкретной задачи оценки инженерно-геологиче­ских условий разработки месторождения (или его части) и про­гноза изменений этих условий под воздействием горных работ обычно включает несколько этапов а) оценке объекта, подлежащего изучению в зависимости от типа и характера внешнего воздействия и решаемой задали, и построение его модели; б) Выделение основных элементов объекта, т. е. построение его иерархии; в) определение взаимоотношений между выделенными элементами и оценка степени влияния и значимости каждого из них на поведе­ние объекта в целом; г) принятие решения.

Анализ решений большого количества задач, выполненных в горном деле на открытых и подземных работах разными исследо­вателями за последние 30 лет, показывает, что неоднозначность решений и рекомендаций и аварийные ситуации являются резуль­татом ненадежности и неточности исходной геологической инфор­мации, на основе которой строятся неадекватные реальным усло­виям инженерно-геологические модели (расчетные схемы) и опре­деляются расчетные показатели физико-механических свойств горных пород. Об этом неоднократно писали Г. Н. Кузнецов, Г. Л. Фисенко, В. Т. Глушко и др. Для иных типов сооружений, в частности для естественных склонов и искусственных откосов, решающую роль надежности и точности показателей прочности пород в оценках и прогнозах их устойчивости отмечали К. Терцаги, М. Н. Гольдштейн, Н. Н. Маслов К Кездп и др. Это имело место в тех исследованиях, которые не применяли методологии ситемного подхода, но еще острее это ощущается в современных работах, выполняемых на принципах системного подхода.

Нет сомнения в том, чем выше уровень систематизации, автоматизации, интенсификации результатов наших оценок, прогнозов и рекомендаций, тем лучше должно быть качество исходной инженерно-геологической информации, тем важнее ее значение в общем комплексе выполняемых работ. Получение же такой информации становится особенно надежным в период строительства и эксплуатации различных сооружений. В этом отношении горное дело имеет значительные преимущества перед другим видами строительства. В самом деле, где и когда лучше изучается состав пород с учетом всех особенностей их строения и состояния природа явлений, их закономерности, условия возникновения и развития? Многими советскими и зарубежными авторами подчер­кивалось неоднократно, что это возможно сделать при анализе наблюдении за деформациями горных пород, за устойчивостью зданий и сооружений, за различными аварийными ситуациями и т. п. К счастью, аварийные ситуации являются редкостью в строи­тельной практике, где сооружения имеют высокие коэффициенты устойчивости и безопасности.

Совсем другое дело горная практика, где непрерывно строятся временные сооружения, происходит крепление и раскрепление вы­работок, посадка кровли (управление кровлей), принудительное обрушение пород в карьерах, дренирование подземных вод, слу­чаются оползни в карьерах и н? отвалах, пучение почвы вырабо­ток. Все эти явления систематически прослеживаются маркшеС-дрреким1: измерениями к фиксируются геологической документа-1;..чй Результаты этой работы служат неисчерпаемым источником для научных исследований, оценок и прогнозов. Но именно здесь. в горной промышленности, где по ее специфике складываются наи­более благоприятные условия для научных исследований с большим практическим выходом по всем направлениям общей проблемы современности — рационального использования недр, обеспечения высокой безопасности и эффективности труда и охраны окружаю­щей природной среды,— нет специалистов инженеров-геологов. Самый минимум необходимых исследований выполняется эпизоди­чески силами научно-исследовательских институтов и вузов на хоз­договорных началах.



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница