5683

42

процессов, сильной трещиноватости и дезинтегрированности пород, нередко до состояния муки, прямой гидравлической связи с атмосферными и речными водами. При полевом обследовании известняково-доломитовых карьеров юга Нижегородской области, севера Мордовии и анализе промышленных разработокпродуктивнойтолщины карьеровнаБудаевском,Сатисском,Смирновском, Аламасовском месторождениях карбонатных пород выяснилось, что на ряде участков до 25-30 % продуктивной толщи из-за сильной закарстованности и заполненности обрушившимся песчано-глинистым материалом в полости и трещины непригодно для промышленной разработки. Размещение и разработка новых месторождений карбонатно-сульфатного ряда открытым способом в пределах участков с неблагоприятным и весьма неблагоприятным экологическим состоянием природно-техногенной среды автором исключается полностью.

При размещении карьеров на остальных двух категориях территорий вводятся ограничения в зависимости от технологии разработки карьера: без вскрытия уровня трещинно-карстовых вод с оставлением охранного целика пород или подводной добыче пород методом драглайна; с применением водопонижения или без понижения уровня трещинно-карстовых вод; технологии дробления пород методом взрывов или механическим рыхлением; мощности и литологического состава в-скрытой толщи, схем рекультивации отработанных площадей, расположения относительно области питания разведанных месторождений подземных вод. При полевом обследовании карбонатных карьеров автором было установлено, что при ведении горных работ открытым способом происходит загрязнение подземных вод механическими частицами и химическими соединениями за счет размыва вскрышных отвальных толщ, минеральными маслами, фенолами, щелочами и другими загрязняющими веществами, используемыми при работе буровой, вскрышной, добычной и транспортной техники. В связи с этим разработаны рекомендации по оценке влияния горнопромышленных объектов открытого типа на объекты жизнеобеспечения и жизнеобитания проживающего населения в районах эксплуатации данных объектов, изменение эко-

43

логического состояния поверхностных и подземных гидросфер и профилактические меры по их предотвращению.

При подземной разработке карбонатно-сульфатных пород на закарстованных участках необходимо решать вопросы, связанные со слабой устойчивостью сводов подземных выработок прогнозированием изменений геодинамического состояния массива, большими водопритоками и внезапными катастрофическими прорывами трещинно-карстовых вод. Наряду с оценкой их влияния на устойчивость, надежность и долговечность горно-технических сооружений автором рассматриваются те экологические изменения природной среды, которые происходят и могут проявиться на выделенных при карстолого-экологическом районировании участках под воздействием дренажно-осушительных систем, шахтного водоотлива, собственно технологии разработки массива, ориентированности заложения штреков и штолен относительно закарстованных зон. На основании многолетних натурных и экспериментальных данных обосновываются экологозащитные мероприятия окружающей природной среды в районе эксплуатации подземных выработок.

В шестой главе разработана система организации и ведения карстологического мониторинга как важнейшего элемента в системе управления природными ресурсами закарстованных территорий. Определены цель и задачи карстологического мониторинга при освоении территориальных и водных ресурсов, горнопромышленной разработке карбонатно-сульфатных месторождений, выделены уровни организации карстомониторинга и рекомендованы методы проведения специальных исследований, наблюдений и прогнозирования, изменения состояния природно-техногенной среды, направленности и динамики развития карста с применением компьютерного моделирования на базе получаемых наблюдений при ведении карстологического мониторинга. По результатам прогнозирования разрабатываются противокарстовые мероприятия и принимаются управленческие решения по изменению технологических режимов предприятий и сооружений, уменьшению техногенной карстопровоцируюшей нагрузки, минимизации нарушений сложившихся экологических соот-

44

ношений в природно-техногенной среде закарстованных территорий или улучшению этих соотношений, мероприятия по улучшению устойчивости ПТС к техногенным воздействиям и обеспечивающие оптимальное функционирование ресурсной базы. Схема разработанного карстологического мониторинга отра-

жена на рис. 14.

На основании проведенного многофакторного анализа автор особое внимание уделил совершенствованию системы безопасности объектов жизнеобеспечения крупных промышленных городов, расположенных в зонах активного развития карста. Была разработана схема из 7 этапов по совершенствованию безопасности объектов жизнеобеспечения с учетом сложности инженерностроительных условий, сложившихся техногенных нагрузок, динамики и параметров проявления карста, стадий формирования карстовых деформаций (рис. 15), существующих проектных решений по усилению надежности и безопасной эксплуатации объектов, перспектив развития города и организации мо-

ниторинга за состоянием и эксплуатацией сооружений.

Для гарантированного обеспечения населенных пунктов экологически чистыми питьевыми водами из подземных источников карстовых районов ав-

тором предложена следующая схема (рис. 16 ).

На примере южной части Нижегородской области автор предлагает в рамках

концепции устойчивого развития региона создание комплексной лечебно-

оздоровительной зоны опираясь на специфические ресурсы закарстованных территорий: лечебные грязи карстовых озер в долине реки Теши, минеральные воды и лечебные рассолы в районе пос. Шатки, высококачественные пресные питьевые воды Южно-Горьковского месторождения подземных вод, большой выбор строительных материалов - известняков, доломитов, гипсов и ангидритов из Смирновского, Гремячевского, Бебяевского и других месторождений; на особенности озерно-речных ландшафтов и лесных массивов; наличие одного из мощных духовных центров России - Дивеевского монастыря со святыми мощами Серафима Саровского; целом ряде архитектурных памятников - дворянских усадеб и старых монастырей с центром в г. Арзамасе, наличие хороших

45

Выявление распространения карста и оценка пораженности им территории освоения природных ресурсов

Районирование территории по условиям развития карста, экологическому состоянию природно-техногенной среды и степени «сенсорности» ее к техногенным карстопровоцирующим нагрузкам

Обоснование и организация наблюдательной сети

Изучение режима карста, факторов его определяющих и изменений состояния природно-техногенной среды

Прогноз проявлений карста, изменений направленности динамики его развития, карстоопасности и экологического состояния ПТС

Корректировка размещения наблюдательной сети и наблюдаемых параметров

Рис.15СтадииформированиякарстовыхД61формаций: а) коррозионно-эрозионная; б) обвально-суффозионная; в) стадия обрушения.

H Новгородом и другими. Потеря многих южных курортов Крыма и Кавказа, нестабильность ситуации в южных российских регионах благоприятствуют созданию комплексных санаторно-курортных зон, использующих местные природные и духовные ресурсы для физического и духовного оздоровления человека в центре России.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

1.Интенсивное и несбалансированное использование территориальных, водных ресурсов и месторождений карбонатно-сульфатных пород в Среднем Поволжье привели к значительной, а в ряде случаев катастрофической активизации карстовых и карстово-суффозионных процессов, вызвавших разрушение жилых зданий и сооружений, инженерных коммуникаций, объектов жизнеобеспечения, аварии на экологически опасных производствах, утечки из водохранилищ, ухудшение качества подземных и поверхностных вод, используемых для водоснабжения, исчезновение малых и средних рек, родников, деградацию растительных сообществ, изменение ландшафтов.

2.Анализ ресурсной базы показал, что на закарстованных территориях сосредоточены огромные запасы высококачественных, экологически чистых пресных подземных вод, минеральных, столовых и лечебных вод, рассолов, в карстовых озерах - лечебных грязей, а также большие запасы нерудного сырья: известняков, доломитов, гипсов, ангидритов, мела и других.

3.Освоение территориальных, водных ресурсов и добыча карбонатного и сульфитного сырья осуществляется в карстовых районах по отдельным проектам, без достаточного учета сложившихся техногенных нагрузок, закономерностей динамики и унаследованности развития карста, механизма образования карстовыхдеформаций, функциональных особенностей региона, с большими затратами на ликвидацию аварий, связанных с карстовыми провалами, без единой сбалансированной стратегии освоения и управления вышеназванными ресурсами.

49

4. Разработанная автором методология обеспечения комплексной поэтапной, регулируемой, с экологически "щадящим" режимом, технология освоения природных ресурсов в карстовых районах базируется на результатах карсто- лого-экологического районирования, позволяющего более обоснованно и безопасно использовать территориальные и водные ресурсы для различных видов хозяйственной деятельности, при необходимости предусмотрев противокарстовую защиту сооружений и объектов, сведя до минимума опасность карстовых деформаций.

5 Установлены закономерности тесного взаимовлияния городских территориальных ресурсов и активности карста. Проведенные исследования в пределах городских агломераций показали, что интенсивность карстопроявлений, в том числе современных карстовых провалов, в десятки и сотни раз превышает интенсивность на других территориях. Города являются исторически сложившимися "узловыми точками" каркаса повышенных техногенных нагрузок, интенсивного использования всех видов природных ресурсов, особенно территориальных. Большое количество зданий повышенной этажности, создающих высокие нагрузки на грунтовое основание, чрезвычайная плотность городской застройки, расширяющееся использование подземного пространства, концентрация многочисленных промышленных производств, в т.ч. экологически опасных для населения, концентрированные утечки промышленных агрессивных вод, чрезмерный водоотбор подземных вод сформировали новый техногенный тип карста.

6. На основе анализа и математической обработки большого объема материала натурных и экспериментальных исследований была разработана комплексная программа компьютерного моделирования изменений природно-техногенной среды, позволяющая качественно и количественно оценивать влияние техногенных нагрузок на активность карстового процесса. В основу модели заложен балансовый подход, заключающийся в выделении на модели элементарныхячеек.

50

Наряду с построением комплекса карт, отражающих статическое состояние природно-техногенной среды программа позволяет оценить динамику развивающихся процессов по заданным временным периодам. Задавая исходные параметры влияния техногенных нагрузок по конкретным участкам определяется предельно-допустимая интенсивность тех или иных техногенных нагрузок, что позволяет оценить естественную защищенность природной сре-

ды.

7. Создана новая методика выделения карстоопасных зон исходя из унаследованности развития карста, определения возраста и первоначальных параметров карстовых провалов, вариантов механизма провалообразования с оценкой возможного ущерба от провалов, типов карстовых деформаций, уровней техногенных карстопровоцирующих нагрузок, оценки "сенсорности" территории к техногенным воздействиям.

8. Разработаны научно-методические основы технологии безопасного освоения территориальных ресурсов в карстовых районах с альтернативными вариантами противокарстовой защиты, принципы и основы рационального использования водных ресурсов на основе апробированного на Южно-Горьковском месторождении подземных вод комплекса полевых, лабораторных, экспериментальных исследований с применением новейших изотопных методов, моделирования параметров подземной гидросферы на ЭВМ с учетом проектных величин водоотбора.

9.Для горнопромышленных объектов разработаны и успешно апробированы методические рекомендации по изменению режима шахтного водоотлива, тампонажу незаполненных полостей, рациональному и безопасному заложениюштреков,штоленотносительносильнозакарстованныхзон

10.Разработанные основы технологии управления природными ресурсами закарстованных территорий базируются на организации и ведении карстологического мониторинга, на территориальном и объектном уровнях, разработке системы защитных противокарстовых мероприятий для принятия управленческих решений, обеспечивающих оптимальное функционирование ресурс-