Разработка маркшейдерского мониторинга подземного пространства многоцелевого освоения в угледобывающих регионах

0,2 %

(150 мм)

До 8 м

-

Itersyl

США

Определение сжатия, растяжения, давления

Струнный деформометр

-

CANMET Канада

Радиоканал до 3 км, 2 датчика, проводная линия

Инклинометры:

-маятниковые;

-тензометрические;

-акселерометр;

-фототип

-

-

-

-

-

Измерение распределения боковых смещений пород по глубине и во времени

Сейсмоакустический комплекс

ИВК "Регион"

40 % (энерг)

25м (коорд)

15 км

(дальность)

102-107 Дж

0,25-85 Гц

НПО "Сиб-цветметавто-матика"

Определение места деформации пород в горных выработках и проседание грунта на земной поверхности

Система деформометрического контроля состояния горных пород с беспроводной передачей показаний

"Массив"

6 %

0,5 5,5 м

28-30 МГц

2-6 мм

МГГУ -

СоюзЦМА

Определение величин смещений или деформаций пород в горных выработках

Деформационные свойства пород учитывают:

модуль продольной упругости (Юнга) [Е];

модуль сдвига [G];

модуль всестороннего сжатия [К];

коэффициент поперечных деформаций [м](Пуассона).

Акустические свойства пород учитывают:

скорость распространения упругих волн [U](продольные, поперечные, поверхностные);

коэффициент затухания волн [a].

Реологические свойства пород учитывают:

ползучесть (увеличение деформации при постоянном напряжении);

релаксацию (снижение напряжений при постоянной деформации);

Горно-технологические свойства пород учитывают, как правило:

коэффициент крепости [fкр];

коэффициент разрыхления [Кр];

коэффициент трения [fо];

коэффициент зацепления [Кз].

Гамма - методом, определяется плотность пород.

Коэффициент крепости, упругие и другие показатели пород определяются методами "точечных" испытаний пробниками.

Пластические и упругие характеристики горных пород можно определить методами искусственного нагружения участков массива. Кроме этого, упругие характеристики пород определяются динамическими методами.

Механические свойства пород в массиве, применяя обратный расчёт, можно определять методами на основе опытных горных работ. Из-за больших затрат определение свойств пород в натурных условиях производится в исключительных случаях. Прочностные характеристики пород определяют приборами (табл. 7) с погрешностью 2-10 % в диапазоне:

от 10-3 до 10-1 Ом/м - удельное сопротивление;

Таблица 7. Приборы и средства для определения физико-механических параметров горных пород

Наименование прибора	Код прибо-ра	Погреш-ность	База изме-рений	Диапазон измерений	Изготовитель	Дополнительная информация
Шахтный измеритель электрических и магнитных свойств	ШИЭМС	2-10 %	40 мм	10-310-1ом/м 31032107 г/м	СКТБ ИГТМ АН УССР г. Днепропетровск	Определение зон повышенной трещиноватости, области максимальных напряжений
Портативный прибор для экспресс-испытаний горных пород	ППЭИ-4	-	1008060 мм	до 0,08 мн 0 10 мм	Коммунарский горно-металлурги-ческий институт	Определение предела прочности на растяжение и сжатие; модуля деформационных свойств пород и коэффициента Пуассона
Определитель прочности пород	БП-14	-	-	1 МН (максимальная нагрузка)	ВНИМИ	Определение прочности при одноосном сжатии в полевых условиях
Давильная установка	9 С 12	-	-	до 0,1 МН (максимальная нагрузка)	ВНИМИ	Определение прочностных и деформационных характеристик пород малой и средней прочности в натурных условиях
Прибор-пробник для механических испытаний горных пород	БУ-39	5 %	8080100 мм	10 КН (максимальная нагрузка)	ВНИМИ	Комплексное определение прочностных и деформационных характеристик
Определитель прочности пород	БП-3		325320440 мм		ВНИМИ	Определение предела прочности при разрыве горных пород и ослабленных контактах

от 2 до 100 - относительную диэлектрическую проницаемость;

от 3103 до 2107 г/м - магнитную восприимчивость;

до 0,08 МН - создаваемую нагрузку;

от 0 до 10 мм. - деформации;

до 0,1 МН - нагрузок.

Определение физико-механических свойств горных пород позволит прогнозировать появление зон повышенной трещиноватости и области максимальных напряжений вокруг наблюдаемых подземных выработок. На местах эти свойства определяются с большей погрешностью, чем в лабораторных условиях.

7.3 Измерение напряженно-деформированного состояния в породном массиве и приконтурной части выработки

Одним из важнейших моментов наблюдений является контроль за напряжённым состоянием массива, с помощью которого устанавливаются места концентрации упругих деформаций, появляющиеся в нарушенном разработками массиве при разгрузке от напряжений. В настоящее время существует несколько методов определения напряжений в массиве горных пород [3].

Метод разгрузки применяется для измерения упругих деформаций в достаточно крепких породах после их отделения от массива с последующим восстановлением характеристик элементов формы пород.

Значения напряжений в горном массиве определяются тремя способами (рис. 7):

упругое восстановление торца скважины при выбуривании керна (способ ВНИМИ);

изменение диаметра центрального отверстия в выбуриваемом керне (способ Хаста);

деформации стенок центрального отверстия в выбуриваемом керне (способ Лимана).



Рис. 7. Схема определения напряжений методом разгрузки: I - по ВНИМИ; II - по Хасту; III - по Лиману; 1 - буровой станок; 2 - измерительная скважина; 3 - регистрирующая аппаратура; 4 - датчик на торце скважины; 5-деформометр; 6 - наклеиваемые тензометры

При измерении упругих деформаций в породном массиве в результате его разгрузки от напряжений, необходимо учитывать, трещиноватость и неоднородность пород, значения коэффициента Пуассона и модуля упругости, направление и глубину измерительных скважин. Для этих целей в местах наблюдения бурятся скважины.

Метод компенсационной нагрузки основан на восстановлении упругой деформации после повторного нагружения, частично разгруженного массива, давильным устройством. Прибор для измерения напряжений в породном массиве устанавливается на репере, забетонированном в неглубоких скважинах, пробуренных в стене выработки (рис. 8). В образованную недалеко от репера щель, необходимую для разгрузки от напряжений на наблюдаемом участке, устанавливается давильное устройство. Удельное давление в щели, создаваемое гидродомкратом, повышается до исходного уровня, что соответствует величине напряжения в массиве в данный момент.



Рис. 8. Схема определения напряжений методом компенсационной нагрузки: 1 - гидродомкраты; 2 - шланг; 3 - гидронасос; 4 - измерители деформаций

Метод разности давлений основан на создании в скважине, пробуренной в породе, окружающей горную выработку, в которой помещен гидравлический баллон, принудительной начальной величины давления (рис. 9).

Рис. 9. Схема определения напряжений методом разности давлений: 1 - гидродатчик; 2 - трубопровод; 3 - самопишущий манометр; 4 - вентильные устройства; 5 - пресс-расходомер; 6 - манометр; 7 - ручной насос

В результате деформирования баллона, находящегося в скважине, вызванного изменением напряженного состояния массива, меняются показания давления жидкости на манометре, присоединенном к баллону. Разность показаний на манометре величин первоначального и последующего давлений, характеризует изменения напряжений на обследуемом участке во времени и в пространстве.

Метод упругих включений основан на наблюдении за изменением величин напряжений в датчике из стекла, оптического или других материалов, прикрепленных на крепь выработки или породу (рис. 10).

Рис. 10. Схема определения напряжений методом упругих включений: 1 - фотоупругий датчик; 2 - цементный слой

Метод буровых скважин основан на измерении деформометром, находящимся в скважине, величины давления горных пород в поперечном и продольном направлениях (рис. 11).

Для расчёта величины напряжённого состояния массива пород по измеренным деформациям применяют формулы теории упругости с учётом реологических параметров пород, коэффициента Пуассона, модуля упругости.

Рис. 11. Схема определения напряжений методом буровых скважин: 1 - измеритель деформаций; 2 - опора деформометра; 3 - кабель

Акустический метод основан на использовании способности большинства горных пород при изменении напряженного состояния массива генерировать упругие звуковые импульсы микроразрушений.

Для регистрации звуковых импульсов, возникающих в горных породах, используются пьезоэлектрические и электродинамические геофоны, электронные усилители мощности сигналов, полученных геофонами, регистрирующие устройства с электропитанием и соединительными проводами (рис. 12).

Ультразвуковой метод основан на регистрации скорости прохождения упругих волн через массив горных пород, находящийся в напряжённом состоянии (рис. 12).

На обследуемом участке при увеличении напряжённого состояния горных пород скорость прохождения упругих волн в породном массиве увеличивается, снижается при уменьшении напряжений. В зависимости от поставленной задачи определяется количество, глубина и направление скважин в которых устанавливается излучатель, и приёмник ультразвуковых колебаний.

Рис. 12. Схема сквозного каротажа: 1 и 2 - электроды



Рис. 13. Схема электрического прозвучивания массива между двумя параллельными шпурами: 1 - излучатель; 2 и 2' - приемное устройство (два положения)

Электрический метод основан на определении удельного электрического сопротивления и электропроводности горных пород в зависимости от изменения напряжённого состояния в массиве пород (рис. 13).

В пробуренную скважину устанавливается каротажный снаряд. В результате его перемещения по скважине определяются изменения удельного электрического сопротивления пород, что соответствует с учётом установленных корреляционных связей изменению напряжённого состояния массива.

Радиометрический метод заключается в получении информации об изменении интенсивности потока гамма-излучений, в зависимости от изменения напряжённого состояния массива, после их прохождения через изучаемый участок горных пород.

Источник гамма-излучения, находящийся в измерительном зонде, перемещается по скважине. Величина напряжённого состояния массива определяется по тарировочной кривой соответствующих пород в зависимости от интенсивности потока излучения.

Оценка относительно напряжённого состояния массива осуществляется методами изменения:

сечения скважины с удалением от устья, на выход и крупность выбуриваемого штыба;

усилия подачи бура при бурении скважин на выход и крупность выбуриваемого штыба;

усилий вдавливания штампа в стенки или торец скважины;

степени разрушения кернов при бурении скважин.

Измерение напряжённого состояния в породном массиве и вокруг подземных выработок методом разгрузки производится с помощью аппаратуры и деформометров, находящихся в скважине диаметром от 36 мм до 76 мм, глубиной от 0,3 м до 20 м. При этом измеряются деформации от 110^-6 до 110^-3 единиц относительных деформаций, чувствительность приборов составляет 110^-6 единиц относительных деформаций (табл. 8).

Проведенные исследования показали, что горные выработки и массив пород находятся в постоянном взаимодействии друг с другом и оказывают взаимное влияние на параметры измерений в процессе маркшейдерского мониторинга. Технологическая и экологическая безопасность выработок вторичной многоцелевой эксплуатации может быть обеспечена только при условии проведения маркшейдерских наблюдений за их состоянием в режиме непрерывного или дискретно непрерывного мониторинга как в подземном технологическом пространстве, так и в окружающих выработки породах. Слежение за динамикой изменения параметров состояния среды объекта наблюдения должно обеспечиваться различными типами сигнализаторов, фиксирующих один или несколько критических уровней.

Таблица 8. Приборы и средства для определения напряжений в массиве пород и подземных сооружениях

Наименование прибора	Код прибора	Погрешность измерения	База измерений	Диапазон измерений	Изготовитель	Дополнительная информация
Комплект аппаратуры для метода разгрузки	ДМ-18 (деформометр); 71Р 01 (тензометрическая приставка); М 195/1; СБ-8М-(гальванометры)	Деформации 7; (относит. деформ) чувствительность прибора 110-6 (ОТНОСИТ. ДЕФОРМАЦ,)	d скв - 76 мм L скв - 20 м		ВНИМИ	Определение напряженного состояния массива горных пород при подземной разработке полезных ископаемых
Унифицированный комплект	УКР-72		d скв - 75 мм		ВНИМИ, Кольский филиал АН СССР	Определение механических напряжений в массиве горных пород методом разгрузки
Установочное устройство	УУ-1		L=76260 мм		Криворожский горнорудный институт	Определение напряжений в массиве горных пород методом полной разгрузки
Комплект аппаратуры для разгрузки		Деформация 1*10-6; относит. деф. Чувствительность прибора 1*10-6 относит. деф.	d скв - 36-112 мм L скв - 250 м		ВНИМИ	Определение полного тензора напряжений в массиве горных пород методом разгрузки
Гидравлический преобразователь	ГД-6 М	2*10-6-10-6 МПа	15-60 МПа		ИГД СО АН СССР, г. Новосибирск	Определение абсолютных значений напряжений и их приращений, действующих в массиве горных пород, по методу разности давлений
Деформометр	ДМ - 15		d скв - 45 мм L скв - 280 м		ВНИМИ	Определение напряжений методом разгрузки
Репер-деформометр струнного типа	5 Д 39	Продольное смещение: 0,2-0,01 мм; радиальное смещение: 0,001 мм		Продольное смещение: ; радиальное смещение: 7 мм	ВНИМИ	Одновременное измерение продольных и радиальных деформаций скважин глубиной до 30м, не заполненных водой
Шахтный ультразвуковой прибор	ЩУП-1	2,5 %		25-500 мкс	ОП - СКТБ ИГТМ АН УССР г. Днепропетровск	Определение физико-механических свойств и относительного изменения напряженного состояния массива горных пород по скорости продольных и поперечных ультразвуковых волн
Ультразвуковая шахтная станция	СБ - 22 (ШУС)		0,5-2 м	Скорость: 1000- 5000 м/с; Затухания 40 дБ	ВНИМИ	Оценка нарушенности и напряженности горных пород в целиках и вокруг выработок по скорости и затуханию упругих волн

Выбор места размещения измерительных устройств в каждом конкретном случае должен осуществляться с учётом экономических, технологических и других факторов, определяющих эффективность контроля.

При проведении маркшейдерских наблюдений в подземных выработках вторичной многоцелевой эксплуатации, пройденных в неустойчивых породах (III категория) и средней устойчивости (II категория), закреплённых монолитной железобетонной, металло-бетонной, сборной железобетонной или бетонной крепью с податливой забутовкой и последующим тампонажем закрепного пространства с анкерным упрочнением, необходимо устанавливать измерительные приборы непрерывного или дискретно непрерывного действия. Установка конкретного прибора зависит от состояния выработки, цели её использования. Так, в выработках долговременной эксплуатации при размещении складов целесообразно вести наблюдения как за породами, так и за крепью выработки. Для этого необходимо использовать импульсные радиометрические датчики дискретно непрерывного действия. Они срабатывают в зависимости от заложенных в измерительное устройство фиксированных параметров, несущей способности пород и конструктивной податливости крепи. Измерительное устройство при контроле состояния породного массива устанавливается в пробуренное в породе, окружающей выработку, отверстие. Изменения геометрических и прочностных характеристик крепи определяются при установке устройства на крепь.

7.4 Определение величины динамического проявления горного давления

Горные породы, окружающие выработку, находятся не только в статическом, но и в динамическом режиме нагружения.

В горных выработках, находящихся в районах, подверженных сейсмической опасности или горным ударам, необходимо исследовать породы на динамическое проявление горного давления. Имеющиеся приборы позволяют определять режим динамических нагрузок в диапазоне измерения от 510-5 до 2,510^-3 единиц относительных деформаций и от 5 до 1000 Гц (табл. 9).

Обработанный материал, полученный на основании маркшейдерских наблюдений, позволяет определять закономерности поведения крепи подземных выработок, массива горных пород и земной поверхности. Применяемые в наблюдениях маркшейдерско-геофизические приборы и инструменты позволяют измерять показатели физико-механических свойств пород, напряжения, деформации в горных породах и в конструкциях крепи, определять величину смещения, расслоения горных пород, в которых пройдена подземная выработка, сдвижения земной поверхности.

7.5 Наблюдения за сдвижением горных пород

С целью изучения влияния процесса сдвижения горных пород в массиве на подземные выработки многоцелевого использования по их периметру устанавливаются глубинные репера. Расстояния между реперами определяются в каждом конкретном случае индивидуально, в зависимости от горно-геологических условий массива в которых пройдена выработка, а также её технологического и функционального состояния.

За поведением горных пород в массиве маркшейдерские наблюдения осуществляются с помощью глубинных реперов, установленных в скважинах, пробуренных с земной поверхности (рис. 14).

Маркшейдерские наблюдения за влиянием процесса сдвижения горных пород в массиве на земную поверхность осуществляются с помощью наблюдательных станций, состоящих из системы реперов, которые устанавливаются на земной поверхности в грунте.

Таблица 9. Приборы для изучения динамических проявлений горного давления

Наименование прибора	Код прибора	Чувстви-тельность	База измерений	Диапазон измерений	Изготовитель	Дополнительная информация
Двухканальный тензометрический усилитель	СБ - 14			510-5 510-3 ед. отн. деф.	ВНИМИ	Изучение динамических процессов горного давления
Четырехканальная искробезопасная тензостанция	ТСИ -14			до 2,5*10-3 ед. отн. деф.	КузНИУН	Изучение динамических проявлений горного давления
Аппаратура	СА - 17		260440 мм	5-1000 Гц	ВНИМИ	Регистрация случайных импульсов процессов, связанных с динамическими проявлениями горного давления в шахтных условиях
Стержень Гопкинсона	-	-	-	-	-	Исследования деформационно-прочностных характеристик горных пород при одноосном сжатии и растяжении



Рис. 14. Скважина с глубинными реперами, пробуренная с земной поверхности, и типы глубинных реперов: а - конструкция наклонной скважины в толще крепких пород с глубинными реперами, закрепленными путем цементирования; б - конструкция металлического глубинного репера, закрепляемого путем цементирования; в - конструкция деревянного глубинного репера, закрепляемого посредством расклинивания; г - конструкции металлических глубинных реперов, предназначенных для установки в толще слабых горных пород; 1 - скважина; 2 - глубинные реперы; 3 - проволока или тросики, связывающие глубинные реперы с земной поверхностью; 4 - кондуктор скважины; 5 - стационарная нивелирная рейка; 6 - основной кронштейн; 7 - блоки; 8 - дополнительный кронштейн; 9 - противовесы; 10 - тело глубинного репера; 11 - резиновые прокладки; 12 - трубки для пропуска проволок или тросиков от глубинных реперов

Опорные репера располагаются за пределами возможного проявления мульды сдвижения (рис. 15). Установление реперов в фундаменты зданий, сооружений и других объектов на земной поверхности позволяет наблюдать влияние на них процесса сдвижения.

Съёмку и обработку материалов проявления процесса сдвижения горных пород в массиве, подземных горных выработках и на земной поверхности в период эксплуатации предприятия многоцелевого использования, целесообразно проводить с использованием современных вычислительных комплексов, позволяющих быстро получать происходящие изменения графически.

Рис. 15. Схема рядовой наблюдательной станции над шахтным полем

8. Геоэкологический контроль

Одним из важных элементов всего мониторинга является геоэкологический контроль за окружающей средой в подземных условиях и на земной поверхности (рис. 16).

Рис. 16. Схема геоэкологического контроля

Геоэкологический контроль включает в себя определение концентрации вредных веществ в атмосфере, воде, донных отложениях подземного водосборника и в водоемах на земной поверхности, флоре и фауне. Особое внимание необходимо уделять данному контролю в выработках, предназначенных для захоронения отходов и в местах их экологического влияния. Воды, выходящие из этих выработок, необходимо пропускать через каскад водосборников. В последнем из каскадов водосборников предусмотреть систему водоочистки, которая при попадании на земную поверхность не смогла бы оказать загрязняющее воздействие. Кроме этого, необходима систематическая очистка дна водосборника. Данные отложения водосборника целесообразно утилизировать или захоронить в выработках с минимальной гидрогеологией. На земной поверхности воды, поступающие из-под земли, целесообразно пропустить через каскад искусственно созданных с забетонированным дном водоемов. При этом необходим постоянный анализ данных отложений. Объем поверхностных искусственных водоемов предусматривается таких размеров, которые не позволяли бы вытекать этим водам в любое время года за пределы водоема в случае обильных осадков. При невозможности обеспечения вытекания воды из водоема необходимо обеспечить принудительную водоочистку.

В пределах экологического влияния данного предприятия на земную поверхность необходимо проводить анализ содержания вредных веществ в окружающей среде.

Осуществление геоэкологического контроля позволяет иметь информацию о состоянии окружающей среды (воздух, почва, вода, растения, животный мир). Наличие этих данных определяет направления развития систем очистных сооружений, обеспечивающих ПДК вредных веществ в окружающей среде. Данные маркшейдерского обеспечения и геоэкологического контроля являются основой управления технологическим пространством. Составляющей частью управления технологическим пространством является обеспечение подземных горных выработок необходимым технологическим оборудованием и грузами, электоснабжение, водоотлив, вентиляция, ремонт горных выработок. Размещение в выработках длительной эксплуатации технологического оборудования, а также отходов, в выработках, предназначенных для этих целей. При невозможности эксплуатации выработки погашаются. Перед погашением в них обеспечивается размещение отходов и выемка металлической крепи. В случае погашения выработок и добычи целиков выработанное пространство необходимо закладывать для уменьшения величины обрушения пород. Системы энергоснабжения и транспорта демонтируются. Воды, поступающие из погашенных выработок, в которых размещены отходы, должны собираться в отдельный водосборник. Они должны быть под постоянным экологическим контролем для обеспечения безопасной эксплуатации предприятия и недопущения загрязнения окружающей среды.

По загрязнению биосферы предприятия делятся на три группы.

1. Предприятия с преобладанием химических технологических процессов.

2. Предприятия с преобладанием механических (машиностроительных) технологических процессов.

3. Предприятия, на которых осуществляется как добыча, так и химическая переработка сырья.

Горные предприятия оставляют под землёй немало полезных ископаемых:

12-15 % руд чёрных и цветных металлов остаётся в недрах или складируется в отвалы;

40 % каменного угля составляют плановые потери;

1-2 % металла извлекается из добытых полиметаллических руд, а остальные выбрасываются с вмещающей породой;

до 80 % каменной соли и слюды остаётся в отвалах.

Складированные в отвалы горные породы в результате выветривания повышают в радиусе нескольких километров концентрацию SO₂, CO и CO_2. Пылегазовое облако, образовавшееся в результате проведения массового взрыва на карьере, рассеивает 200-250 т пыли в радиусе 2-4 км от места взрыва. Сжигание углей, содержащих радиоактивные элементы (уран, торий, и др.), в качестве топлива приводит к радиоактивному загрязнению атмосферы. При их попадании на землю в виде пыли и через золоотвалы, радиоактивному заражению подвергается литосфера. Подземные выработки горных предприятий, используемые для захоронения нетоксичных отходов с параллельным погашением этих выработок, и санитарно-защитные зоны вблизи этих предприятий должны постоянно находиться под геоэкологическим контролем. СанПиН 2.2.1/2.1.1.567-96 регламентируют для каждого предприятия, имеющего источники загрязнения окружающей среды, создание санитарно-защитных зон, обеспечивающих экологическую безопасность населения, проживающего вблизи этих предприятий. В соответствии с ГОСТ 12.1.0.07-76 все вредные вещества (ВВ) по степени воздействия на организм человека подразделяют на четыре класса опасности: 1-й - вещества чрезвычайно опасные, ПДК менее 0,1 мг/м³; 2-й - вещества высокоопасные, ПДК 0,1-1 мг/м³; 3-й - вещества умеренно опасные ПДК 1,1-10 мг/м³; 4-й - вещества малоопасные, ПДК более 10 мг/м³ [6].

Разрушение крепи выработок приводит к обрушению пород в выработанное пространство и в дальнейшем нарушению вышележащей толщи пород. Через нарушенную толщу в подземные горные выработки попадает вода из водоносных подземных горизонтов и водоёмов, находящихся на земной поверхности. Проникновение воды в отходы, захороненные в подземных горных выработках, приводит к распространению вредных веществ по пути её движения. Откачка подземных вод на поверхность загрязняет окружающую среду.

Подземные воды, поступающие из шахты на земную поверхность, как сбросы, собираются в водоёмы. Эти воды представляют большую опасность для окружающей среды и населения, проживающего в близлежащих населённых пунктах, так как в них содержатся минеральные (сульфаты, соли тяжёлых металлов и др.) и органические (белковые вещества, нефтепродукты и др.) загрязнения. По степени загрязнения и происхождению сточные воды делятся на следующие группы:

1) загрязнённые; представляющие собой смесь отработанных жидкостей после технологических процессов, а также после мытья оборудования и полов (75-80 %);

2) условно чистые воды от охлаждения оборудования, компрессорных и холодильных установок, вентиляционных устройств и т.д. (6-18 %);

3) хозяйственно - фекальные (5-6 %);

4) ливневые воды от мытья территории, автотранспорта и т.д. (2-3 %).

Количество пыли в снежном покрове на обследуемом участке можно определить методом отбора 5-7 кг. снега через одинаковые промежутки времени. По растаявшему снегу гидрохимическим анализом определяется концентрация вредных веществ в талой воде.

Таким же образом ПДК определяется и в водоёмах. Единовременному анализу в вакуумных условиях подвергается до 60 литров воды, которые пропускаются через мембранные или нитроцеллюлозные ультрафильтры, вставленные в специальные воронки. В отстоях воды определяют наличие химических элементов. Наличие вредных веществ в донных отложениях исследуется по их водной части и минеральному скелету.

Для очистки вод, прошедших через места захоронения отходов в подземных условиях, необходимо по мере возможности применять биологические и физико-химические методы очистки. На нижележащих от места захоронения горизонтах устраиваются не менее 3-х водосборников на каждом горизонте. Эти водосборники периодически очищаются. Их ил подвергается захоронению в менее доступных для воды местах. На земной поверхности вода должна проходить через каскад водоёмов, в которых проводятся мероприятия по обеззараживанию и локализации вредных веществ.

В воде, донных отложениях и взвесях концентрация элементов Al, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Se, Br, Rb, Sr, Mo, Ag, Cd, Sb, Cs, Ba, La, Sm, Ce, Ev, Yt, Hf, Hg, Th определяется нейтронно-активационным методом анализа проб (табл. 10).

Таблица 10. ПДК загрязняющих веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования

Вещество	ПДК, мг/л	Лимитирующий показатель вредности	Класс опасности
Барий	0,1	Санитарно-токсикологический	3
Бенз(а)пирен	0,000005	То же	1
Бензол	0,5	То же	2
Бериллий	0,0002	То же	1
Винилхлорид	0,05	То же	2
Диоксин	-	То же	1
Дифенил	0,001	То же	2
Дихлорбромметан*	0,03	То же	2
Кадмий	0,001	То же	2
Марганец	0,1	Органолептический цветной	3
Медь	1,0	То же, появление привкуса	3
Нефть многосернистая	0,1	То же, образование пленок на поверхности воды	4
Нефть прочая	0,3	То же
Нитраты	45	Санитарно-токсикологический	3
Нитриты	3,3	То же	2
Свинец	0,03	То же	2
Тетраэтилсвинец	Отсутств.	Санитарно-токсикологический	1
Фенол	0,001	Органолептический, изменения запаса воды	4
Формальдегид	0,05	Санитарно-токсикологический	2
Цинк	1,0	Общесанитарный	3

Примечание: * Ориентировочно допустимый уровень.

Содержание Na, Mg, K, Ca, Pb, Cu в воде определяется атомно-абсорбционным методом. Измерения микроконцентраций различных элементов в природных водах проводятся автоматическими фотоколориметрическими приборами. Приборы на основе ионоселективных электродов, действующие по принципу электрохимических преобразователей, анализируют показатели качества природных вод.

Анализ сточных и природных вод осуществляется комплексом оптических аналитических приборов. Автоматическими анализаторами активного хлора типа AXC-203 и автоматическими кислородомерами типа Икар, КЛ-115 и др. контролируется качество природных вод по концентрации газов, растворённых в них (кислорода, хлора, сероводорода и др.).

В первую очередь загрязнению подвергаются донные отложения водных объектов и земли, соприкасающиеся с водами, откачанными из-под земли. Орошение земель из водоёмов, в которых находится загрязнённая вода, приводит к накоплению в почве токсичных элементов. Превышение предельно-допустимой концентрации вредных веществ в водоёмах, почве, растениях, приводит к загрязнению окружающей среды и уничтожению животного и растительного мира. Токсичные элементы, накапливающиеся в почве, по своему воздействию на растительный мир делятся на 3 класса [6]:

- сильнотоксичные: концентрация вредных веществ в почве составляет менее 1 мг/кг (Си, Нg, Сd);

- среднетоксичные: концентрация вредных элементов в веществе составляет 1-100 мг/кг (большинство элементов 3, 4 и 5 групп периодической таблицы);

- слаботоксичные (галогены, азот, фосфор, сера, титан, щелочные металлы, редкие земли).

Геоэкологический контроль за состоянием окружающей среды, почвой и растениями включает в себя проведение следующих видов работ:

- проведение отбора проб для химического анализа почвы, воды, воздуха, донных отложений водоёмов в шахте и на поверхности;

- составление и постоянное пополнение карт по изменению экологической обстановки в обследуемом районе на основании обработки результатов химического анализа проб;

- выявление закономерностей изменения экологической обстановки с учётом условий захоронения отходов, погодных условий, проведения мероприятий по очистке шахтных вод;

- составление прогноза экологической обстановки на наблюдаемом участке;

- разработка и проведение мероприятий по уменьшению пагубных последствий загрязнения на окружающую среду.

Основными методами анализа проб по изучению окружающей среды являются: атомно-эмиссионный (АЭ), атомно-абсорбционный (АА) и нейтронно-активационный (НА).

Отбор проб на наблюдаемом участке служит для определения степени загрязнения [6].

Отбор проб грунтов производится шпуровым, керновым или бороздовым методом на разных глубинах, начиная с земной поверхности, что способствует определению глубины проникновения в недра токсичных веществ. Опыт показывает, что на земной поверхности большая концентрация токсичных веществ формируется на глубине до 10 см. С обследуемого участка или глубины берётся 300-400 г проб грунта.

Анализ, проводимый атомно-эмиссионным методом, позволяет определить в породах и грунтах концентрацию элементов AL, Si, Mg, Ca, Fe, Ti, Mn, Co, Ni, Sc, Cu, Ga, Ge, Ag, Sn, Pb, Mo, Y, Zr в пределах n*10^-3 - n*10^-4 %, а методом нейтронно-активационным, элементы: Na, Mg, Ca, Sc, V, Cr, Mn, Fe, Co, Al, Ni, As, Pb, Sr, Zr, Sb, Cs, Ga, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tu, Yb, Lu, Hf, Ta. (Табл. 11).

Аэрозольные образования являются основными элементами загрязнения атмосферы. Размер частиц аэрозолей ограничивают интервалом 10-^7-10-³ см. Аэрозоли делятся на три группы.

К первой относятся пыли - состоящие из твёрдых частиц, диспергированных в газообразной среде. Ко второй группе относятся дымы - все аэрозоли, которые получаются при конденсации газа.

Таблица 11. ОДК (ПДК) тяжелых металлов в почве, мг/кг

Металл	ОДК (ПДК)	Форма элемента
Мышьяк	2,0	Валовое содержание
Ртуть	2,1	- " -
Свинец	32,0	- " -
Свинец + ртуть	20,1+1,0	- " -
Хром (IV)	0,05	Валовое содержание
Марганец	1500	- " -
Ванадий	150	- " -
Марганец + ванадий	1000+100	- " -
Сурьма	4,5	- " -
Медь	3,0	Подвижные соединения
Никель	4,0	- " -
Цинк	2,3	- " -
Кобальт	5,0	- " -
Хром	6,0	- " -

Примечание: утверждены приказами органов здравоохранения № 1968-79; 25546-82; 3210-85 и 4433-87.

Пыли и другие взвешенные частицы, с образованием мелкодисперсных аэрозолей, опасны газообразными выбросами в атмосферу (сернистых соединений, оксидов азота, углеводородов). Источники загрязнения атмосферы выбросами классифицируют:

По назначению:

а) технологические, содержащие хвостовые газы после установки улавливания (рекуперации, абсорбции и т.д.);

б) вентиляционные выбросы - местные отсосы, вытяжки.

По месту расположения:

а) незатенённые или высокие (высокие трубы, точечные источники, удаляющие загрязнения на высоту, превышающие высоту здания 2,5 и более раз);

б) затенённые или низкие, то есть расположенные на высоте в 2,5 раза меньшей высоты здания;

в) наземные - находящиеся у земной поверхности (открытое технологическое оборудование, колодцы производственной канализации и т.д.).

По геометрической форме:

а) точечные (трубы, шахты, вентиляторы);

б) линейные (аэрационные фонари, открытые окна, факелы).

По режиму работы: непрерывного и периодического действия, залповые и мгновенные.

По дальности распространения:

а) внутриплощадные, то есть загрязнения, создающие высокие концентрации только на территории промышленной площадки, а в жилых районах не дающие ощутимых загрязнений;

б) внеплощадные, когда выбрасываемые загрязнения способны создать высокие концентрации на территории жилой застройки.

Для определения элементов загрязнения атмосферы с учётом погодных условий и расположением близлежащих промышленных предприятий используются передвижные лаборатории с установками типа ЭА-1, М-828 и другие. Они имеют возможность проведения химического анализа состава атмосферы, включая дисперсной составляющей атмосферных аэрозолей, углеводородной составляющей воздуха и другие (табл.12, 13, 14).

Таблица 12. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест

№	Вещество	ПДК, максимальная разовая	Мг/м3 средне- суточная	Класс опасности
1	Азота диоксид	0,085	0,04	2
2	Азота оксид	0,6	0,06	3
3	Аммиак	0,2	0,04	4
4	Ангидрид серный	0,5	0,05	3
5	Бенз(а)пирен	-	0,1x10-5	1
6	Бензин(нефтяной малосернистый в пересчете на углерод)	5	1,5	4
7	Бензин сланцевый (в пересчете на углерод)	0,05	0,05	4
8	Бензол	1,5	0,1	2
9	Взвешенные вещества. Недифференцированная по составу пыль (аэрозоль), содержащаяся в воздухе населенных пунктов*	0,5	0,15	3
10	Водород хлористый по молекуле HCI	0,2	0,2	2
11	Железа оксид в пересчете на железо	-	0,04	3
12	Железа сульфат в пересчете на железо	-	0,007	3
13	Кислота азотная по молекуле HNO3	0,4	0,15	2
14	Кислота серная по молекуле H2SO4	0,3	0,1	2
15	Магния оксид	0,4	0,05	3
16	Соединения ртути в пересчете на ртуть	-	0,0003	1
17	Озон	0,16	0,03	1
18	Пыль неорганическая, содержащая более 70 % оксида кремния (динас и др.)	0,15	0,05	3
19	То же от 70 до 20 % (шамот, цемент)	0,3	0,1	3
20	То же ниже 20 % (доломит и др.)	0,5	0,15	3
21	Сажа	0,15	0,05	3
22	Сероводород	0,008	-	2
23	Углерод оксида	5	3	4
24	Фенол	0,01	0,003	2
25	Фенолы сланцевые	0,007	-	3
26	Кальция оксид (ориентировочно безопасный уровень воздействия)	0,3	-	-

Примечание: не распространяется на аэрозоли органических и неорганических соединений, для которых устанавливаются соответствующие ПДК.

Таблица 13. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны

№	Вещество	ПДК, мг/м 3	Агрегатное состояние	Класс опасности
1	Азота оксиды в пересчете на NO2	2	П	3
2	Аммиак	25	П+А	4
3	Бензин топливный (сланцевый, крекинг и др.) в пересчете на углерод	100	П	4
4	Бензол	5+	П	2
5	Дым пентактида ванадия	0,1	А	1
6	Пыль три- и пентиктида ванадия	0,5	А	2
7	Пыль ванадийсодержащих шлаков	4	А	3
8	Возгоны каменноугольных смол и пеков при среднем содержании в них бенз(а)пирена, %
	0,075	0,2	П	2
	0,075-0,15	0,1	П	1
	0,15-0,3	0,05	П	1
9	Германий и его оксид	2	А	3
10	Гидразин-гидрат, гидразин и его производные	0,1+	П	1
11	Каменный уголь с содержанием свободного диоксида кремния до 5 %	10	А	4
12	Нефть сырая	10	А	3
13	Озон	0,1	П	1
14	Ртуть металлическая	0,01	П	1
15	Серная кислота, серный ангидрит	1	А	2
16	Сернистый ангидрит	10	П	3
17	Сероводород	10+	П	2
18	Углеводородная и угольная пыль с содержанием свободного диоксида кремния от 5 до 10 %	4	А	4
19	Шамот коаклиновый	6	А	4
20	Щелочи едкие (растворы) в пересчете на NaOH	0,5	А	2

Таблица 14. Аэрозоли преимущественно фиброгенного действия

1	Алюминия оксид (в том числе с примесью диоксида кремния)	2	-	4
2	Доломит	6	-	4
3	Зола горючих сланцев	6	-	4
4	Известняк	6	-	4
5	Магнезит	10	-	4
6	Сажи черные промышленные с содержанием 3,4 бенз(а)пирена не более 35 мг/кг	4	-	4
7	Асбест природный и искусственный	2	-	4
8	Асбестоцемент	6	-	4
9	Стеклянное и минеральное волокно	4	-	4
10	Цемент, глина	6	-	4

Примечание: "А" - вещество находится в форме аэрозоля, "П" - пара. Знак "+" означает, что вещество опасно и при поступлении через кожу.

9. Обеспечение функционирования подземного технологического пространства многоцелевого использования

Функции управления выработками осуществляются в период их использования вплоть до их погашения. Управление подземным технологическим пространством предприятия многоцелевого использования (рис. 17) зависит от направления эксплуатации горной выработки. Для выработок долговременной эксплуатации предусматривается бесперебойное обеспечение вентиляцией, электроэнергией, водоотливом, запасными выходами в случае эвакуации, питьевой водой, продуктами питания, доставка и отгрузка необходимых грузов. Выработки, в которых осуществляется захоронение отходов, обеспечиваются по такой же схеме, как и выработки для долговременной эксплуатации, однако эта схема, с некоторыми корректировками, может действовать только до их погашения после заполнения отходами.

Рис. 17. Схема управления подземным технологическим пространством

При захоронении отходов детально разрабатывается технология доставки и размещения отходов в выработку, определяется наименование транспортных и других средств, участвующих в этих процессах, а также технология замуровывания отходов, постоянный демонтаж оборудования, электрокабеля и других систем, участвующих в эксплуатации.

Для каждой из целей эксплуатации разрабатывается план доставки с поверхности в подземные горные выработки и подъёма на поверхность оборудования и материалов. Доставка грузов, предназначенных для размещения в выработках, должна осуществляться с учётом габаритов этих грузов.

Функциональная и геомеханическая устойчивость подземных выработок осуществляется за счёт поддержания в рабочем состоянии рельсового пути, проложенного в выработках, и ненарушенного состояния крепи и крепёжного материала, что будет также способствовать соблюдению технике безопасности.

Погашение выработок, которые по тем или иным причинам не могут участвовать как в долговременной, так и в кратковременной эксплуатации, должно проводится с учетом сохранения выработок, находящихся в работе в новых условиях. Для уменьшения проявления процесса сдвижения на земной поверхности в результате самообрушений, которые будут происход...