Table Of ContentCopyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Памяти
профессора
Сергея Васильевича
Троянекого
посвящается
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РЕДАКЦИОННЫЙ
СОВЕТ
Председатель
Л.А.ПУЧКОВ президент МГГУ,
чл.-корр. РАН
Зам. председателя
л.хгитис директор
Издательства МГГУ
Члены редсовета
А.П. ДМИТРИЕВ академик РАЕН
Б.А. КАРТОЗИЯ академик РАЕН
А.В. КОРЧАК академик МАН ВШ
М.В. КУРЛЕНЯ академик РАН
В.И. ОСИПОВ академик РАН
В.Л ПЕТРОВ академик МАН ВШ
э.м. соколов академик МАН ВШ
К.Н. ТРУБЕЦКОЙ академик РАН
В.А. ЧАНТУРИЛ академик РАН
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
А.М. Гааьперин
В.С. Зайцев
tl.
Г. Харитоненко
Ю.А. tlорватов
ГЕОliОГИЯ
111
Часть
ГИДРОГЕОliОГИЯ
Допущено Учебно-методическим
объединением вузов Российской Федерации
по образованию в области горного дела
в качестве учебника для студентов вузов,
обучающихся по направлению подготовки
«Горное дело»
МОСКВА•
«МИР ГОРНОЙ КНИГИ»
•
ИЗДАТЕЛЬСТВО
МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА•
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ГОРНАЯ КНИГА>>
2 о о 9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
у дк 556/3(075)
ББК 26.35
г 17
Издано при финансовой поддержке ФедерШlьного агентства по печати
и массовым коммуникациям в рамках ФедерШlьной целевой программы
((Культура России>>
Книга соответствует ((Гигиеническим требованиям к изданиям книж
ным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным
государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г.
(ОСТ 29.124-94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Феде
рШ1ьной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и бла
гополучия человека М 77.99.60.953.Д.О12634.11.08
Экспертиза проведена Учебно-методическим объединением вузов Рос
сийской Федерации по образованию в области горного дела (письмо
М 51-74/6 от 30.10.2007 г.)
Рецензенm61:
• кафедра геологии и гидрогеологии Московского государственного
открьггого университета (зав. кафедрой проф., д-р геол.-минер. наук
С.С. Бондаренко);
• проф., д-р техн. наук В.И. Стрельцов (ФГУП ((ВИОГЕМ»)
Гальперин А.М., Зайцев В.С., Харитоненко Г.Н., Норнатов Ю.А.
г 17 Геология: Часть Ш - Гидроrеолоmя: Учебник д1lЯ вузов. - М.:
(~ир горной книги», Издательство Московского государствеЮiого гор
ного ~~JrreЩ издательство (<Горная книга», 2009.- 400 с.: ил.
(ГЕОЛОГИЯ)
ISBN 978-5-91003-043-9 (в пер.)
ISBN 978-5-7418-0591-6
ISBN 978-5-98672-146-0
И3Ложены основные вопросы дисциплины геолоmческого курса - гидрогео
лоmи - примеНim:льно к праК11!ке горного дела. Приведсны сведенИII по общеА
гидрогеолоmи, динамике подземных вод, горно-промышленноА гидрогеолоmи.
Подробно охарактеризованы гидрогеолоmческие задачи, решаемые при освоении
обводненных месторождениА твердых полезных ископаемых и подземном строи
тельстве. Дана мст>дика составлении проmозных оценок гидрогеолоmческнх усло
внА освоении геолоmческоА среды. Описаны меропрИJПИJI по управлению техногеи
ным режимом подземных вод, а также мст>дика изучении гидрогеолоmческоА об
становки террiПОриА освоении геолоmческоА среды.
А.М. Гальперин - д-р техн. наук, проф., В.С. ЗаАцев - канд. техн. наук,
проф., Г.Н. ХарiПОненко - канд. техн. наук, проф. (МПУ), Ю.А. Норватов - д-р
геол.-минер. наук (ВНИМИ).
Дли сrудеiПОв вузов, обучающихси по направлению подrоrовки «Горное дело)).
УДК 556/3(075)
ББК 26.35
ISBN 978-5-91003-043-9 © А.М. Гальперин, В.С. Зайцев, Г.Н.
ISBN 978-5-7418-0591-6 Харитоненко, Ю.А. Норватов, 2009
ISBN 978-5-98672-146-0 © (Мир горной книги», Издательство
МГГУ, издательство «Горная книга»,
2009
Jl~ ~ll ~llilllill! ll~
!1!1 © Дизайн книги. Издательство МIТУ,
11 2009
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ПРЕДИСЛОВИЕ
Согласно сложившейся методике преподавания геологиче
ских дисциплин на технологических факультетах Московского
государственного горного университета после изучения курсов
1,
«Основы геологии» (учебник «Геология», часть издательство
МГГУ), «Геология и разведка>> (учебник «Геология», часть П,
издательство МГГУ) следуют курсы «Гидрогеология» и
«Инженерная геология». В соответствии с утвержденной специ
альноЙ программой этих курсов кафедрой геологии подготовле
ны для издания следующие два учебника: «Гидрогеология»
III)
(учебник «Геология», часть и «Инженерная геология»
IY).
(учебник «Геология», часть
В предлагаемом учебнике «Гидрогеология» выделены три
раздела: «Общая гидрогеология», «Динамика подземных вод» и
«Горно-промышленная гидрогеология», которые дают пред
ставление о современном уровне развития этой отрасли геоло
гических знаний.
Проблемы гидрогеологии месторождений полезных иско
паемых и строительства подземных сооружений рассматрива
ются с учетом конкретных горно-технологических задач, что
способствует выработке эффективных мероприятий по управле
нию состоянием массива горных пород в ходе освоения геоло
гической среды и восстановления экологического равновесия.
Принцип совместного рассмотрения гидрогеологических и ин
женерно-геологических процессов с гидрогеомеханических или
прирадоохранных позиций служит надежной базой принятия
адекватных горно-технических решений в условиях современ
ного производства.
1989
В г. в издательстве «Недра» вышел учебник «Гидро
геология и инженерная геология» (авт.: А.М. Гальперин,
В.С. Зайцев, Ю.А. Норватов) для студентов горно-техно
1993
логических специальностей вузов. В г. издательством
«Балкема» (Нидерланды) была опубликована на английском
языке новая редакция этого учебника.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
За прошедшие почти двадцать лет накопилась научно
техническая и производственная информация, дополняющая, а
иногда меняющая наши представления в рассматриваемых об
ластях знаний. Кроме того, в этот период неоднократно пере
сматривались программы курсов данных дисциплин для студен
тов различных специальностей. Значительная переработка и до
полнения увеличили объем, что потребовало разделыюга
изложения данных курсов. Вместе с тем изложение ряда вопро
сов в книге осталось аналогичным, принятому в учебнике 1989 г.
Издание учебника «Гидрогеология» подготовлено препода
вателями кафедры геологии МГГУ- професеарами А.М. Галь
периным, В.С. Зайцевым и Г.Н. Харитоненко, а также проф.
IO.A. Норватовым (ВНИМИ, Санкт-Петербург).
Соавторы и коллеги хранят добрую память о безвременно
ушедшем из жизни Геннадии Николаевиче Харитоненко - то
варище и ученом.
Авторы искренне признательны рецензентам - проф., д-ру
геол.-минер. наук С.С. Бондаренко и проф., д-ру техн. наук
В.И. Стрельцову, советы и замечания которых явились ценными
для завершения работы над учебником «Гидрогеология».
Авторы будут благодарны всем, кто укажет на имеющиеся в
работе недочеты. Замечания просьба направлять 110 адресу: Мо
сква, Ленинский просп., д. 6, МГГУ, кафедра геологии.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Картипа видшtой природы
определяется водой.
В.И. Вернадский
Термин гидрогеология вnервые был исnользован в 1802 г.
французским естествоисnытателем Жаном Батистом Ламаркам
для обозначения явлений разрушения и отложения пород с nо
мощью воды 1-ta nоверхности Земли. С 80-х г. XIX в. этот термин
стал означать учение о nодземных водах.
По мнению основоnоложника отечественной гидрогеологии
и инженерной геологии академика Федора Петровича Саnарен
ского (1881-1946), «развитие учения о nодзеr.шых водах шло
по двум nутям: во-nервых, nоскольку nодземные воды nриуро
чеllы к горным nородам, имеющим оnределенные формы и ус
ловия залегания, гидрогеология тесно связана с геологией, на
основе которой она развивалась и без знания которой изучение
ее невозможно; с другой стороны, nоскольку подземные воды
находятся в движении и для различных практических целей их
извлечения или использования nриходится nрибегать к данным
гидравлики и гидрологии, развитие учения о подземных водах
шло также по пути техническому - разработки основных на
ложений гидравлики подземных вод и выработки nрактических
приемов количественной оценки их для задач водоснабжения,
осушения и т.д.».
В современном представлении, гидрогеология - это при
кладная научная дисциплина, которая изучает: 1) nроисхожде
ние, условия залегания, закономерности распространения и
движения подземных вод в земной коре; 2) процессы взаимо
действия подземных вод, рассматриваемых как сложные при
родные растворы, с горными породами, представляющими со
бой многокомпонентные динамичные системы; 3) роль nодзем
ных вод в геологических процессах и формировании 1\lесто-
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рождений полезных ископаемых; 4) изменения гидрогеологиче
ской обстановки в процессе инженерной деятельности.
Гидрогеология тесно связана со смежными отраслями знаний
- климатологией, метеорологией, гидрологией и мелиорацией,
физикой, химией, математикой, горным и строительным делом.
Расширение знаний о подземной гидросфере, необходи
мость решения сложных и многообразных проблем освоения
геологической среды обосновали целесообразность выделения
следующих основных научных направлений в гидрогеологии.
1. Общая гидрогеология - рассматривает происхождение,
размещение, движение подземных вод и процессы их взаимо
действия с горными породами, изучает особенности физических
свойств подземных вод, находящихся во взаимодействии с по
верхностными водами Земли. Становление и развитие этого на
правления гидрогеологии связано с трудами В.И. Вернадского,
Ф.П. Саваренского, А.Ф. Лебедева, О.К. Ланге, Н.И. Толстихи
на, Г.Н. Каменского, А.М. Овчинникова, Г. В. Богомолова.
2. Гидрогеохи.иия - занимается изучением формирования
химического состава подземных вод различного происхожде
ния. Как научное направление она возникла на стыке геохимии
и гидрогеологии; основная роль в формировании ее научных ос
нов принадлежит В.И. Вернадскому, А.Е. Ферсману, А.И. Ссми
хатову, Г.Н. Каменскому, В.А. Приклонскому, А.М. Овчиннико
ву, Е.В. Пиннекеру, В.М. Швецу, С.С. Бондаренко. Развитие
гидрагеохимии в нашей стране способствовало разработке гид
ро-геохимического метода поиска полезных ископаемых, осно
ванного на регистрации в подземных и поверхностных водах
следов химических элементов.
3. Дииамика подземиых вод- исследует закономерности
движения подземных вод в горных породах с целью количест
венной оценки этого процесса и управления им в нужном
направлении. Основы динамики подземных вод заложены
Л. Дарен, Ж. Дюпюи, Н.Е. Жуковским, Н.Н. Павловским,
Ф. Форхгеймером. Велик вклад в развитие динамики подзем
ных вод Ф.М. Бочевера, Н.К. Гиринского, В.М. Шестакова,
IЗ.Л. Мироненко, И.К. Гавич, Б.В. Боревского, Я. Бэра, Де Уиста,
Ж. Фрида и других современных исследователей.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Криогидрогеология - изучает происхождсние, условия
залегания, распространения и формирования подземных вод в
районах распространения многолетнемерзлых пород. Значи
тельная распространенность толщ многолетнемерзлых пород в
пределах нашей страны потребовала постановки специальных
исследований и разработки теоретических основ криогидрогео
логии, отраженных в трудах М.В. Львова, Н.И. Толсп-1хина,
М.И. Сумгина, П.Ф. Швецова, В.А. Кудрявцева.
5. Региопальпая гидрогеология - исследует закономерно
сти условий залегания, распространения и формирования под
земных вод отдельных регионов, разрабатывает принцилы гид
рогеологического картирования и районирования геологических
сред с учетом их многообразия. Становление этого направления
связано с работами С.Н. Никитина, Н.Ф. Погребова, ФЛ. Сава
ренского, A.I-1. Ссмихатова, И.К. Игнатовича, Н.И. Толстихина,
Е.В. Пиннекера, В.А. Кирюхина, И.С. Зекцсра.
-
б. Горпо-про.ttышлеппая гидрогеологии изучает подзем
ные воды месторождений твердых полезных ископаемых и тер
ритории инженерного воздействия для обоснования инженер
ных мероприятий по предупреждению вредного влияния под
земных вод на объекты горного производства, разрабатывает
мероприятия по охране подземных вод от истощения и загряз
нения.
К основным задачам гидрогеологического обсспече1шя гор
ных работ относятся:
+
установление общих закономерностей техногенного ре
жима подземных вод при строительстве и эксплуатации горно
добывающих предприятий;
+
изучение фильтрационных процессов, определение
фильтрационных параметров и оценка условий питания водо
носных горизонтов, дренируемых в ходе горных работ или под
лежащих охране;
+
прогноз водопритоков в горные выработки, обоснованис
направления дренажных мероприятий и определение парамет
ров дренажных систем, контроль эффективности дренажных
мероприятий;
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
+
изучение и прогноз механических nроцессов, разви
вающихся в обводненных массивах горных пород при ведении
горных работ;
+
проведение специальных гидрогеологических иссле
дований по прогнозу и контролю загрязнения и истощения
подземных вод и обоснование мероприятий по охране водных
ресурсов геологической среды.
Перечисленные задачи решаются с исnользованием натур
ных наблюдений и экспериментов, аналитических расчетных
методов, методов геологической и гидрогеологической анало
гии, математического и физического моделирования фильтра
ционных процессов.
Научно-методические основы горно-промышленной гидро
геологии разработаны Д.И. Щеголевым, С.В. Троянским, СЛ.
Прохоровым, М.В. Сыроватко, М.С. Газизовым, В.А. Миронен
ко, Ю.А. Норватовым, В.Г. Румыниным, Г.Н. Харитоненко.
Применитслыю к условиям горного нроизводства и различ
ных видов строительства проблемы гидрогеологии тесно связа
ны с проблемами инженерной геологии. Их успешное решение
-
возможно в рамках нового научного направления гидрогео
механики, созданного В.А. Мироненко и В.М. Шестаковым.
Гидрогеомеханика с единых методологических позиций рас
сматривает механико-математические основы гидрогеологиче
ских и инженерно-геологических процессов в обводненных
массивах горных пород. При этом первостепенное значение
приобретает гидрогсомсханическая схематизация массива,
обеспечивающая связь геологической основы с ее механико
математическим описанием.
В данном учебнике авторами предпринята попытка ком
плскс•юго рассмотрения с гидрогеомеханических позиций неко
торых горно-геологических явлений: фильтрационных дефор
маций горных пород вокруг выработок; фильтрационной консо
лидации естественных оснований и отвальных массивов; депрес
сионного уплотнения осушаемых массивов.
Проблемы горно-промышле11ной гидрогеологии и инжеllер
ной геологии носят комплексный характер, обусловленный нс-
10
