Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенствование горно-экологического мониторинга карстовых процессов при освоении недр и земной поверхности

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование горно-экологического мониторинга карстовых процессов при освоении недр и земной поверхности"

На правах рукописи

ХОТЧЕНКОВ Евгений Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГОРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА КАРСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ОСВОЕНИИ НЕДР И ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в горно-перерабатывающей промышленности)

2 о г:с;| 2013

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2013

005061937

Работа выполнена в ФГБУН Государственный геологический музей им. В.И. Вернадского РАН

Научный руководитель

Батугин Андриан Сергеевич, доктор технических наук, профессор Официальные оппоненты

Калабин Геннадий Валерианович, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник ФГБУН «Институт проблем комплексного освоения недр РАН»;

Маслов Михаил Владимирович, кандидат технических наук, профессор кафедры «Экономика природопользования» ФГБОУ ВПО «Московский государственный горный университет»

Ведущая организация

Федеральное государственное унитарное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н. М. Федоровского (ФГУП ВИМС), г. Москва

Защита диссертации состоится 2 июля 2013 года в 15— часов на заседании диссертационного совета Д-212.128.08 при Московском государственном горном университете (МГГУ) по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан 31 мая 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

докт. техн. наук, проф.

Шек В.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Активизация карстовых процессов при ведении горных работ наносит огромный ущерб окружающей среде горнопромышленных районов, что ощущается далеко за пределами горных отводов. Происходит поглощение поверхностных вод и сброс их после прохождения через горные выработки в водоемы без надлежащей очистки, нарушение земель карстовыми провалами и вывод их из хозяйственного оборота, деформация сооружений и инженерных коммуникаций и др.

Для оценки влияния горного производства на окружающую среду предусмотрен комплекс мероприятий по горно-экологическому мониторингу, осуществляющемуся в соответствии с нормативными документами. Однако в настоящее время нет документов, где бы рекомендовался комплекс методов, направленный на цели непосредственно мониторинга карстовых процессов, а не масштабных геологических изысканий.

В сложившейся практике проведения мониторинга карстовых процессов в основном происходит лишь только фиксация новых карстовых образований, так как службы мониторинга не располагают необходимыми ресурсами для проведения полноценного мониторинга карстовых процессов. Таким образом, для обеспечения регулярных наблюдений и прогноза развития карстовых процессов при освоении недр, системного использования накопленных знаний, повышения эффективности мониторинга и геоэкологического обоснования рационального использования природных ресурсов необходимы исследования, направленные на совершенствование карстово-экологической составляющей горно-экологического мониторинга.

Цель работы - совершенствование системы горно-экологического мониторинга карстовых процессов на объектах горнодобывающей промышленности.

Идея работы состоит в уменьшении объемов геологоразведочных работ при проведении горно-экологического мониторинга карстовых

процессов за счет ведения исследований на отдельных «индикаторных» участках рациональным набором геофизических методов.

Объектом исследования являются массивы горных пород, включающие поверхность и подземное пространство месторождений полезных ископаемых, территорий промышленной и гражданской застройки.

Предмет исследования: система горно-экологического мониторинга карстовых процессов на объектах горнодобывающей промышленности, территориях промышленной и гражданской застройки.

Задачи диссертационного исследования:

1. Установить закономерность пространственного распределения технико-природных карстовых явлений.

2. Определить локальные участки для ведения мониторинга карстовых процессов.

3. Обосновать выбор комплекса геофизических методов для мониторинга территорий, подверженных карстовым процессам.

4. Разработать метод горно-экологического мониторинга, учитывающий влияние геодинамически опасных зон (ГОЗ) на развитие карстовых процессов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Технико-природные карстовые процессы на территориях горнодобывающих объектов, комплексов промышленной и гражданской застройки имеют закономерность структурной приуроченности к геодинамически опасным зонам (ГОЗ).

2. Обоснование выбора комплекса методов горно-экологического мониторинга для анализа и прогноза карстовых процессов базируется на учете геофизического, геохимического, геодинамического и ресурсного направлений оценки мониторинга.

3. Метод горно-экологического мониторинга, учитывающий влияние геодинамически опасных зон (ГОЗ) на развитие карстовых процессов, обеспечивает геоэкологическое обоснование

безопасного размещения инженерных сооружений и рациональное использование природных ресурсов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлена закономерность структурной приуроченности технико-природных карстовых процессов к геодинамически опасным зонам (ГОЗ).

2. Научно обосновано использование ГОЗ в качестве индикаторных участков при мониторинге карстовых процессов.

3. Обоснован выбор комплекса геофизических методов для мониторинга подверженных карстовым процессам территорий, учитывающего геофизическое, геохимическое, геодинамическое и ресурсное направления оценки.

4. Разработан метод, использующий функциональную схему горноэкологического мониторинга, учитывающую влияние геодинамически опасных зон (ГОЗ) на развитие карстовых процессов.

Обоснованность и достоверность научных положений, результатов и выводов подтверждаются:

- представительным объемом статистических данных по технико-природным карстовым явлениям (267) на территориях горных предприятий Северо-Уральского и Южно-Уральского бокситовых рудников; участка исследования карстовых процессов по трассе метрополитена в г. Уфа (11.2 погонных км, 1117 фактических точек по 9 профилям); участков Mineral Beach и Ein-Gedi (Израиль), использованных при оценке влияния границ геодинамических блоков на карстовые процессы;

- системным анализом нормативной документации и составляющих горно-экологического мониторинга;

- корректным применением стандартных методик, методов научных исследований и практических работ в России и за рубежом (методы электроразведки, газово-эманационной съемки);

- корректным применением методики определения категории устойчивости территории, подверженной карстовым процессам.

Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по проведению горно-экологического мониторинга карстовых процессов при освоении недр и земной поверхности.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Научные разработки опробованы в практике геологоразведочных работ, проведенных ЗАО «Катари-сейсмо», на участке трассы метрополитена г. Уфа, участках Ein-Gedi и Mineral Beach (Израиль) при непосредственном участии автора. Составлены методические указания по совершенствованию горно-экологического мониторинга карстовых процессов при освоении недр и земной поверхности, в которых данные разработки рекомендованы к использованию на закарстованных территориях рудных и угольных месторождений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на 7-ой научно-технической конференции и выставке «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, РГУ нефти и газа им. Губкина, 2007 г.); научно-практической конференции «О законодательной поддержке внедрения новых наукоемких технологий в минерально-сырьевом комплексе страны» (Москва, Совет Федерации РФ, 2009 г.); научных семинарах кафедр «Инженерная защита окружающей среды» и «Экономика природопользования» МГГУ (2009, 2010, 2012, 2013 гг.); международных конференциях и семинарах Государственного геологического музея им. В.И. Вернадского РАН (Москва, 2009, 2013 гг.); в рамках международного симпозиума «Неделя горняка» (Москва, 2010, 2012, 2013 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит 33 рисунка, 20 таблиц и список использованной литературы из 223 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Значительная техногенная нагрузка на окружающую среду со стороны масштабных современных промышленных и других объектов, в

т.ч. в горнодобывающей промышленности (в первую очередь, ГОКов, шахт, объектов транспорта и хранения) привела к необходимости изучения технико-природных процессов.

Вопросам, связанным с изучением изменений жизнеобеспечивающих ресурсов геосферных оболочек под влиянием природных и антропогенных факторов, их охраны, рационального использования и контроля на добывающих предприятиях, посвящены работы Дивакова В.И., Ельчанинова Е.А., Калабина Г.В., Коликова К.С., Мазура И.И., Малышева Ю.Н., Машковцева Г.А., Петрова И.В., Прусенко Б.Е., Пучкова J1.A., Рябоштана Ю.С., Рундквиста Д.В., Сластунова C.B., Титовой A.B., Чаплыгина H.H., Шабарова А.Н., Харионовского A.A., Счастливцева Е.Л. и

др.

Карстовые процессы занимают особое место среди опасных процессов, происходящих земной коре, по степени скрытости их протекания, внезапности проявления, катастрофичности проявления и трудности прогнозирования. Изучением карстовых процессов занимался широкий круг ученых. Это работы Гвоздецкого H.A., Джонсона К.С., Колосова Е.В., Красавина А.П., Кутепова В.М, Максимовича Г.А., Печеркина И.А., Попова И.В., Саваренского И.А., Саваренского Ф.П., Соколова Д.С., Ступишина A.B., Толмачева В.В., Хоменко В.П., Ф. Ройтера, X. Молека и многих других крупных ученых и практиков.

Вопросам мониторинга карстовых процессов посвящены работы Борисенко Л.С., Дублянского В.Н., Дублянской Г.Н., Горбуновой К.А., Каплунова Ю.В., Катаева В.Н., Смирнова А.И., и др., однако вопросы комплексирования методов исследований карстовых процессов рассмотрены недостаточно, что сдерживает применение данных методов непосредственно для мониторинга.

Ввиду огромных площадей и высокой стоимости работ невозможно в целях мониторинга карстовых процессов вести весь комплекс требуемых инженерно-геологических работ на всей территории предприятия.

Одновременно работы И.М. Петухова, И.М. Батугиной по исследованию геодинамически опасных зон (ГОЗ) показывают, что к ним

7

приурочено большое количество неблагоприятных геологических процессов и аварийных ситуаций. Таким образом, интенсивность технико-природных карстовых процессов, возможно, связана с влиянием ГОЗ. В связи с этим необходимо определить закономерности пространственного распределения технико-природных карстовых явлений и их взаимосвязь с геодинамически опасными зонами.

Мониторинговыми службами предприятий на практике происходит лишь фиксация карстовых проявлений. Это связано с тем, что:

недостаточно изучены закономерности происхождения и пространственного распределения технико-природных карстовых явлений с учетом влияния геодинамически опасных зон (ГОЗ);

- комплексы геофизических методов ориентированы на поисковые задачи, а не на задачи мониторинга карстовых процессов;

- нерационально используются материальные ресурсы ввиду отсутствия индикаторных участков наблюдения;

- при определении категорий устойчивости территории практикуется генерализация данных, исключающая дифференцированную оценку отдельных участков ввиду недостаточной изученности пространственного распределения карстовых явлений, что ведет к нерациональному использованию природных ресурсов.

Поэтому стоящая перед мониторинговыми службами предприятий задача анализа и прогноза развития технико-природных карстовых явлений требует оптимизации работ, т.е. совершенствования системы мониторинга.

Таким образом, совершенствование системы мониторинга может быть основано на раскрытии закономерности развития карстовых процессов, определении индикаторных участков, выборе методов горноэкологического мониторинга и разработке практических рекомендаций.

Первое научное положение

Технико-природные карстовые процессы на территориях горнодобывающих объектов, комплексов промышленной и

гражданской застройки имеют закономерность структурной приуроченности к геодинамически опасным зонам (ГОЗ).

В диссертационной работе представлены исследования, проведенные на 5 участках, где на основе работ по геодинамическому районированию выделены геодинамически опасные зоны и дифференцированно посчитаны плотности технико-природных карстовых явлений территорий.

На рис. 1 представлена карта карстовых провалов на подработанной территории Северо-Уральского бокситового рудника на поверхности шахт № 14 и №15. Для этих шахт известны работы И.М. Батугиной, И.М. Петухова, А.Н. Шабарова по гединамическому районированию, в которых выделены границы геодинамических блоков и оценена их ширина (ГОЗ). На данном участке автором проведен анализ приуроченности повышенной плотности технико-природных карстовых явлений к ГОЗ. Плотность карстовых явлений посчитана по методике Л.В. Голубевой. Результаты анализа представлены в виде диаграмм, из которых видно, что плотность карстовых явлений в ГОЗ выше, чем внутри блоков.

Анализ пространственного распределения поверхностных карстовых явлений показал, что суммарное число воронок N. вышедших на поверхность на исследуемом участке СУБР, равно 257. Общая площадь участка 80бщ составляет 24 км2. На участке имеется 3 границы блоков, занимающих площадь 5ГД = 0,8 км2. В зонах ГОЗ произошло 28 поверхностных карстовых явлений (N2).

Удельная плотность карстовых явлений, произошедших в ГОЗ, равна:

р2 = N2/8™ = 28/ 0,8 = 35 (явл/км2). (1)

Удельная плотность карстовых явлений, произошедших вне ГОЗ, равна: р, = М, / 229 / 23,2 = 9,87 (явл/км2), (2)

где Б, = 80бщ-8Гд,а N,=N-N2.

Иначе говоря, удельная плотность карстовых явлений на СУБРе, произошедших в ГОЗ, выше таковой на остальной площади в 3,55 раз (рис. 2): с = р2/р, =35 /9,87 = 3,55. (3)

Рис. 1. Карта поверхностных карстовых явлений и границ геодинамических блоков СУБР(М 1:35000)

ГОЗ, р!

Рис. 2. Диаграмма удельных плотностей карстовых явлений на исследуемом участке СУБРа: р! - фоновая; рг - произошедшие в РОЗ

На территории Южно-Уральского бокситового рудника крупные карстовые воронки образовывались в русле реки Ай. Это приводило к увеличению водопритока в шахту Кургазагская и к сбросу неочищенных шахтных вод обратно в реку. Анализ показывает, что плотность карстовых явлений в геодинамически опасных зонах выше в 15,39 раз (рг = 2 явл/км", р, = 0,13 явл/км2), чем на других участках (рис. 3).

Рис 3. Диаграмма удельных плотностей карстовых явлений на исследуемом участке ЮБРа: р| - фоновая: р2 - произошедшие в ГОЗ рГпз

В г.Уфе проведены исследования в 2002 году на участке трассы проектируемого метрополитена, работы по геодинамическому районированию выполнены в 2011 году. Анализ показывает, что плотность карстовых явлений в геодинамически опасных зонах выше в 3,66 раз (р2 = 14,29 явл/км2, р| = 3,91 явл/км2), чем на других участках (рис.4).

Общая,

Рис 4. Диаграмма удельных плотностей карстовых явлений на исследуемом участке проектируемого метрополитена г.Уфа: р| - фоновая; р? - произошедшие вргоз

В Израиле, в результате понижения уровня воды, берега отступающего Мертвого моря подвержены карстовым явлениям. Для участков - Mineral Beach и Ein-Gedi (рис. 5) работы по геологическому изучению территории выполнены ЗАО «Катари-сейсмо» с участием автора в течение сезона 2011 года. Дополнительно были выполнены работы по геодинамическому районированию. Проведенный анализ пространственного распределения карстовых образований показал, что плотность карстовых явлений в ГОЗ выше в 4,1 и 4,39 раз (в ГОЗ равна 536,3 и 103 явл/км2, вне ГОЗ - 131 и 23,53 явл/км2 соответственно).

По итогам исследования построена Сводная таблица удельных плотностей карстовых явлений на исследуемых участках (табл. 1).

Рис. 5. Особенности и характер карстовых явлений на побережье Мертвого моря, участок Ет-Оеё1 (Израиль)

Исследуемый участок Удельная плотность карстовых явлений, произошедших вне ГОЗ; pi, (явл./км") Удельная плотность карстовых явлений, произошедших в ГОЗ; Р2, (ЯВЛ./КМ") Отношение Pi /Р2 Отношение площади ГОЗ к общей площади исследования; %

СУБР 9,87 35 3,55 4

ЮБР 0,13 2 15,39 12,5

Участок Mineral Beach 131 536,5 4,1 15,2

Участок Ein-Gedi 23,53 103,3 4,39 12,23

Трасса метрополитена (г. Уфа) 3,91 14,29 3,66 14,59

Из таблицы видно, что при относительно небольшой площади ГОЗ,

удельная плотность карстовых явлений в них на всех исследуемых участках в 3,55-15,39 раз выше, чем вне ГОЗ.

Таким образом, выявлена закономерность существенного увеличения удельной плотности технико-природных карстовых явлений в ГОЗ.

Для оценки достоверности определен показательным участок СУБРа по причине того, что отношение р| / ргна нем является наименьшим из всех представленных. Для этого использована оценка вероятности того, что N2=28 поверхностных карстовых явлений участка СУБРа из общего количества N=257 в ГОЗ попали случайно.

Из предположения, что места карстовых явлений распределены случайным образом, найдена вероятность Ргд попадания 1 явления в ГОЗ. Из геометрических соображений видно, что: Ргд= 8ГЛ/ в = 0,8 км2/24 км2 = 0,04, где Б - общая площадь территории, 8ГД- площадь ГОЗ.

Далее по формуле (4) [Справочник по вероятностным расчетам..., 1970] найдена вероятность В того, что из п = 257 карстовых явлений в ГОЗ произойдет менее х = 28. В данном случае I = х — 1 =27.

х-1 п

В(х;п;РГд) = Щ1;п;РГд) = 1-Е Ъ(г,п;Ргц). (4)

¡=0 ¡=х

По полученным данным построен график В(х) (рис. 6). Как видно из

графика, при х > 19 значение В становится очень малым, т.е. вероятность

13

В того, что из п = 257 карстовых явлений в ГОЗ случайно произойдет х = 28 пренебрежимо мала.

Отсюда следует, что с формальной точки зрения достоверность первого научного положения равняется 1.

Таким образом, на основе установленной закономерности можно принять выявляемые геодинамически опасные зоны в пределах горнодобывающих предприятий в качестве индикаторных участков для определения степени активности карстовых процессов.

карстовые явления, х

Рис. 6. График вероятности попадания В, из 257 поверхностных карстовых явлений участка СУБРа, фиксированного количествах в геодинамически опасные зоны (ГОЗ)

Другими словами, активизация технико-природных карстовых процессов всей изучаемой территории должна более контрастно проявляться в пределах ГОЗ, и ведение системного мониторинга целесообразно именно на данных участках.

Второе научное положение Обоснование выбора комплекса методов горно-экологического мониторинга для анализа и прогноза карстовых процессов базируется на учете геофизического, геохимического, геодинамического и ресурсного направлений оценки мониторинга.

Нормативными документами предусмотрено использование при горно-экологическом мониторинге геофизических методов, но рационального комплекса методов для мониторинга карстовых процессов не рекомендовано. В то же время СНИП 11-02-96; СП 11-102-97

рекомендуют производить оценку мониторинга по 4 направлениям: геофизическому, геохимическому, геодинамическому и ресурсному.

Также в СП 11-105-97 (часть VI) рекомендованы геофизические методы, обязательные при решении инженерно-геологических задач на предпроектной и проектной стадии строительства объекта для изучения процессов карстоообразования (сейсмоакустические, гравиметрические, магнитометрические, электромагнитные и газово-эманационные).

В диссертационной работе предложено обоснование выбора комплекса методов горно-экологического мониторинга карстовых процессов, которое предусматривает осуществлять выбор среди указанных СП 11-105-97 (часть VI) геофизических методов на основе наиболее полного анализа по всем 4 направлениям оценки мониторинга.

Для решения задачи выбора комплекса методов разработана и использована шкала порядка (табл. 2), для которой определены критерии эффективности метода мониторинга. При удовлетворении каждого из них присваивается 1 балл. При соответствии всем 4 критериям присваивается оценка 4, при отсутствии соответствий оценка 0.

Таблица 2. Шкала порядка для оценки эффективности геофизических методов при мониторинговых работах

Степень эффективности использования геофизического метода Количество выполняемых условий *

Очень высокая 4

Высокая 3

Средняя 2

Низкая 1 или 0

*Прим. Условия, характеризующие степень эффективности метода мониторинга: - рекомендации по использованию данного метода в нормативных документах; - наличие методических документов или пособий по использованию метода в соответствии с направлением мониторинга; - опыт применения метода для решения сходных задач; - возможность получения однозначных выводов о направлении мониторинга на основе измеряемых параметров.

Основой определения значений шкалы порядка является: анализ методических изданий, публикуемой литературы, рекомендаций нормативных документов к применению определенных методов, экспертная оценка, рассмотрение непосредственно измеряемых параметров.

С использованием шкалы порядка проанализированы указанные выше геофизические методы по соответствующим направлениям оценки мониторинга. Результаты анализа для отдельных методов представлены в табл. 3, учитывающей также стоимость работ и экологическое влияние.

Таблица 3. Значения шкалы порядка степени эффективности геофизических методов в соответствии с направлениями оценки мониторинга карстовых процессов

Эффективность геофизических методов

Сейсмо-акустические Гравиметрические Магнии- то-метрические Электромагнитные Газово-эманаци-онные

га и X X Геофизическое (природные и техногенные геофизические поля, физические свойства горных пород) 4 3 2 4 2

о о н £ О 5 к У. Геохимическое (природные и техногенные геохимические поля, химический состав горных пород, вод и атмосферы) 2 1 1 3 3

X т Я о к X £ с? ю га 0 с га 1 Геодиналшческое (геодинамические нагрузки и деформации, напряжения, неотектонический режим) 0 3 3 0 4

Ресурсное (тектоническое и литологическое строение, региональная и локальная оценка в зоне освоения ресурсов геологического пространства на предмет использования) 4 2 2 3 2

Иные факторы

Экологическое влияние среднее низкое низкое низкое низкое

Стоимость работ высокая средняя средняя средняя средняя

В табл. 4 представлены суммарные оценки эффективности не

отдельных, а уже комплексов методов по направлениям оценки мониторинга. Критерием отбора являлся выбор комплекса, имеющего

суммарное значение эффективности не ниже 5 по всем направлениям, а также наибольший общий суммарный балл.

По проведенным оценкам (табл. 4) комплекс методов электроразведки и газово-эманационной съемки обладает высшим баллом и имеет значение эффективности не ниже 5 по всем направлениям.

Таблица 4. Суммарные значения шкалы порядка для комплекса геофизических методов в соответствии с направлениями оценки мониторинга карстовых процессов

Эффективность комплексов геофизических методов

Электроразведка + Гравиметрия Электроразведка + Магнитометрия Электроразведка + Газово- эманационный Гравиметрия + Магнитометрия Гравиметрия + Газово- эманационный Магнитометрия + Газово- эманационный

Напиавления оценки мониторинга Геофизическое (природные и техногенные геофизические поля, физические свойства горных пород) 7 5 6 4 5 3

Геохимическое (природные и техногенные геохимические поля, химический состав горных пород, вод и атмосферы) 5 5 6 4 5 5

Геодинамическое (геодинамические нагрузки и деформации, напряжения, деструкция пород, неотектонический режим) 4 4 5 6 7 7

Ресурсное (тектоническое строение, литологические особенности, региональная и локальная оценка в зоне освоения ресурсов геологического пространства на предмет использования) 5 5 5 4 4 4

Итого 21 19 22 18 21 19

При комплексных исследованиях электроразведочные методы призваны решать структурно-картировочные задачи, а газово-эманационные методы задачи, связанные с изучением геодинамического

17

состояния и геохимической характеристики площади исследования. Также в пользу данного выбора говорит достаточная мобильность обоих методов и возможность их использования в виде единого технологического комплекса. Так, гравиметрические и магнитометрические методы требуют установки пунктов контроля, а электороразведка и газово-эманационная съемка более близки по объему (СП 11-105-97), организации и производству работ.

Для оценки состоятельности и применимости выбранного комплекса методов необходимо провести анализ на удовлетворение условию отслеживания динамики основных причин развития карстовых процессов.

Выбранный комплекс методов функционально отражает в полной мере все три условия активизации карстовых процессов, требующих анализа при ведении горно-экологического мониторинга: 1. Наличие карстующихся пород; 2. Наличие агрессивных вод и промывного режима; 3. Активная деструкция горных пород.

Так, электромагнитные методы надежно определяют наличие карстующихся пород и характеристики гидрологического режима методами ВЭЗ (вертикальное электрическое зондирование) и ЭП (электропрофилирование), а степень активной деструкции горных пород на основе газово-эманационной съемки (метод газовой томографии) по интенсивности эманаций почвенных радиоактивных и нерадиоактивных газов.

Опыт совместного анализа данных методов продемонстрирован на рис. 7. Из рисунка видно, что в разрезе по данным электроразведки выявлен карстовый объект, а по данным газово-эманационной съемки видно, что в данной зоне идет процесс активной деструкции.

На основе данного комплексного анализа и работ по геодинамическому районированию построены карты прогноза развития карстово-суффозионных процессов исследуемых нами участков.

СОВМЕЩЕННЫЕ РАЗРЕЗЫ

временной гео электрический и микрогеодинамичесхий Масштаб 1:50000

Условные обозначения Волновые резонанс№>1е границы , (петрофизшеские границы и г*"э неоднородности) Да Аномалии метана и гомологов

Аномалии С02 Дш Аномалии радона и торона ^ Пикета и № номера

I-1 Зона активной деструкцш пород

Объект выделенный поданным электромагнитной съемки

Рис 7. Пример совместного анализа данных электромагнитного профилирования и газово-эманационной съемки

Таким образом, подход к выбору комплекса методов горноэкологического мониторинга карстовых процессов, учитывающий геофизические, геохимические, геодинамические и ресурсные направления оценки, может быть реализован. Применение же рекомендованного комплекса методов позволяет получить необходимую информацию без использования всего масштабного комплекса работ, применяющихся при инженерно-геологических изысканиях.

Третье научное положение

Метод горно-экологического мониторинга, учитывающий влияние геодннамически опасных зон (ГОЗ) на развитие карстовых процессов, обеспечивает геоэкологическое обоснование безопасного размещения инженерных сооружений и рациональное использование природных ресурсов.

Категория устойчивости территории по значениям плотности карстовых явлений на км2 определяется по табл. 5 (ТСН 302-50-95, СНиП 22-02-2003). Однако при отнесении территории к определенной категории устойчивости не учитывается, что плотность карстовых явлений в ГОЗ выше, чем вне ГОЗ. В диссертационной работе предложено оценивать категории устойчивости отдельно для ГОЗ рг0, = NI(n / STO3 и остальных участков рвне гоз = (No6lll - Nrol) / (So6m - Sr<rl).

Таблица 5. Характер использования территории в зависимости от плотности карстовых явлений (по материалам [ТСН 302-50-95, СНиП 22-02-2003])

Плотность карстовых явлений, шт/км" Категория устойчивости территории Рекомендуемый характер использования территории

характер застройки этажность зданий

> 100 1 очень неустойчивые нет Газоны, скверы

10-100 II неустойчивые 1-2 этажные Капитальные сооружения при наличии экспертного заключения о надежности противокарстовой защиты

1-10 III недостаточно устойчивые не более 9 этажей Все типы зданий с противокарстовыми конструктивными и профилактическими мероприятиями, с выбором устойчивых массивов грунта более детальными изысканиями

0,1-1,0 IV с несколько пониженной устойчивостью не ограничивается Все типы зданий с противокарстовыми конструктивными и профилактическими мероприятиями

0,01-0,1 V относительно устойчивые не ограничивается Все типы зданий с противокарстовыми мероприятиями профилактического характера

<0,01 карстово неопасная устойчивые не ограничивается Любые строения без каких-либо ограничений

Данные расчетов (табл. 6.) также показывают, что участки относятся к разным категориям устойчивости, а это является решающим критерием, определяющим (в соответствии с табл. 5) возможность хозяйственного использования площадей и рационального использования материальных и природных ресурсов. При определении категорий устойчивости территории по средним значениям возникают ошибки, связанные с недооценкой влияния ГОЗ.

В табл. 6. приведены данные по средней плотности карстовых явлений на изученных автором территориях (объектах), а также по плотности в геодинамически опасных зонах и вне геодинамически опасных зон. Табл.6 и рис. 8 демонстрируют изменение категории устойчивости в ГОЗ и вне ГОЗ на основе расчета удельных плотностей карстовых явлений на исследуемых участках.

Таблица 6. Сводная таблица удельных плотностей карстовых явлений на исследуемых

участках

Исследуемый Средняя удельная Удельная плотность Удельная плотность

участок плотность карстовых явлении, карстовых явлении,

карстовых явлении; Рср, (явл./км2) произошедших вне ГОЗ; pi, (явл./км2) произошедших в ГОЗ; P2, (ЯВЛ./КМ")

Категория устойчивости Категория Категория

территории устойчивости территории устойчивости территории

СУБР 10,7 9,87 35

II категория III категория II категория

ЮБР 0,358 0,13 2

IV категория IV категория III категория

Участок 192,6 131 536,5

Mineral Beach 1 категория I категория I категория

Участок Ein- 33,33 23,53 103,3

Gedi II категория II категория I категория

Трасса 5,42 3,91 14,29

метрополитена (г. Уфа) III категория III категория II категория

Так, в 4 из 5 случаев разница в плотности карстовых явлений

достаточна для отнесения территорий к другой категории относительно усредненных значений.

ОЪР

Ю]

Участок Мшега! Веаск

Условные обозначения О _ I категория щщ - П категория ВЗ - Ш категория □ - Г\' категория

Участок ЕтОеШ

• #

Рис. 8. Изменение категории устойчивости изучаемых участков при учете влияния геодинамически опасных зон (ГОЗ)

На основе анализа всех приведенных выше исследований автором разработан метод горно-экологического мониторинга, заключающийся в выделении ГОЗ в качестве индикаторных участков наблюдения за развитием карстовых процессов; выполнении мониторинговых работ рациональным набором геофизических методов; дифференцированном определении категорий устойчивости в ГОЗ и вне ГОЗ; разработке практических рекомендаций по безопасному размещению инженерных сооружений и рациональному использованию природных ресурсов.

С целью отображения последовательности действий в рамках данного метода мониторинга составлена функциональная схема горноэкологического мониторинга карстовых процессов при освоении недр и земной поверхности (рис. 9).

На соблюдении последовательности мероприятий данной функциональной схемы основан метод горно-экологического мониторинга, который дает более объективное геоэкологическое обоснование для безопасного размещения инженерных сооружений и позволяет

рационально использовать природные ресурсы.

Рис 9. Функциональная схема метода горно-экологического мониторинга, учитывающего влияние геодинамически опасных зон (ГОЗ) на развитие карстовых

процессов

Основные составляющие данного метода опробованы в практике геологоразведочных работ, проведенных ЗАО «Катари-сейсмо», на участке трассы метрополитена г. Уфа, участках Ein-Gedi и Mineral Beach (Израиль)

при непосредственном участии автора и рекомендованы к использованию на закарстованных территориях рудных и угольных месторождений.

Экономический эффект от внедрения данного метода горноэкологического мониторинга карстовых процессов на объектах освоения недр содержит следующие составляющие:

• сокращение объемов работ за счет ведения мониторинга на локальных «индикаторных» участках;

• применение рационального комплекса геофизических методов и сокращение полного комплекса инженерно-геологических изысканий в рамках мониторинга;

• рациональное использование природных ресурсов за счет перехода части участков в более благоприятную категорию устойчивости;

• предупреждение чрезвычайных ситуаций за счет безопасного размещения инженерных сооружений, выявления и контроля неблагоприятных участков.

Совокупный эффект рассчитывается суммированием экономических эффектов отдельных составляющих.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся научной квалификационной работой, решена актуальная научная задача в области геоэкологии на основе научно обоснованных технических решений, имеющая важное народнохозяйственное значение - совершенствование горноэкологического мониторинга карстовых процессов при освоении недр и земной поверхности.

Основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации, полученные лично автором в результате исследований:

1. Установлена закономерность структурной приуроченности технико-природных карстовых процессов к геодинамически опасным зонам (ГОЗ). В диссертационной работе исследованы 5 участков (СУБР, ЮБР, участки Mineral Beach и Ein-Gedi (Израиль), трасса проектируемого метрополитена г.Уфа). На основе работ по геодинамическому

районированию выделены геодинамически опасные зоны и дифференцированно посчитаны плотности карстовых явлений территорий. Получено, что при относительно небольшой площади ГОЗ, удельная плотность карстовых явлений р2 в них на всех исследуемых участках в 3,55-15,39 раз выше, чем р| вне ГОЗ.

2. Доказано, что геодинамически опасные зоны (ГОЗ) можно использовать как индикаторные участки для проведения комплексных карстологических мониторинговых исследований. Для этого определен показательным участок СУБРа, где посчитана вероятность В того, что из 257 карстовых явлений, в ГОЗ случайно попадет 28. Данная вероятность оказалась пренебрежимо мала.

3. Обоснован выбор комплекса геофизических методов для мониторинга территорий, подверженных карстовым процессам. На основе нормативных документов наиболее полный анализ рекомендовано вести по 4 направлениям оценки: геофизическому, геохимическому, геодинамическому и ресурсному. Выбор комплекса методов горноэкологического мониторинга осуществлялся среди указанных СП 11-10597 (часть VI) геофизических методов. Для целей мониторинга разработана и использована шкала порядка, для которой определены критерии эффективности метода мониторинга. По проведенным оценкам рациональным определен комплекс методов электроразведки и газово-эманационной съемки.

4. Разработан метод горно-экологического мониторинга, заключающийся в определении категорий устойчивости территории с учетом выявленной закономерности структурной приуроченности карстовых процессов к геодинамически опасным зонам (ГОЗ). На изученных автором территориях оценены категории устойчивости отдельно для ГОЗ рго, = N„3 / 8Г01 и остальных участков рвис Гоз= (Н,бш - К,,.,) / ($обш - 510)). В 4 из 5 изученных случаев разница в плотности карстовых явлений достаточна для отнесения части территорий к другой категории относительно усредненных значений. Данный метод позволяет получить

геоэкологическое обоснование для безопасного размещения инженерных сооружений и рационально использовать природные ресурсы.

5. Экономический эффект совершенствования горно-экологического мониторинга карстовых процессов заключается в следующем: сокращение объемов работ за счет ведения мониторинга на локальных «индикаторных» участках; сокращение полного комплекса инженерно-геологических изысканий за счет применения рационального комплекса геофизических методов в рамках мониторинга; рациональное использование природных ресурсов за счет перехода части участков в более благоприятную категорию устойчивости; предупреждение чрезвычайных ситуаций за счет безопасного размещения инженерных сооружений, выявления и контроля неблагоприятных участков.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Батугин A.C. Хотченков Е.В. Выявление закономерности карстовой нарушенности территории с целью совершенствования горноэкологического мониторинга горных предприятий // Труды международного научного симпозиума «Неделя горняка - 2013». / Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2013. Вып №1. С. 253-260.

2. Батугин A.C. Хотченков Е.В. Совершенствование горноэкологического мониторинга карстовых процессов при освоении недр и земной поверхности, деп.рук. Горный информационно-аналитический бюллетень. -2013. - №3. - 13 с.

3. Хотченков Е.В., Батугин A.C. Метод горно-экологического мониторинга, учитывающий влияние геодинамически опасных зон (ГОЗ) на развитие карстовых процессов // Специальный выпуск. Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2013. №5. С. 1-8.

4. Абаимов В.В., Хотченков Е.В. Анализ состояния эколого-геологического мониторинга окружающей среды и прогноза чрезвычайных ситуаций для объектов добывающей промышленности, деп.рук. Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. - №7. - 5 с.

5. Титова A.B., Хотченков E.B. Возможности прогноза чрезвычайных ситуаций при анализе эколого-геологического мониторинга окружающей среды для объектов добывающей промышленности // Геология: история, теория, практика. Тезисы докладов. М.: ГГМ РАН, 2009. С. 251-253.

6. Хотченков Е.В. Современные подходы к исследованию геологического пространства при детальном изучении динамики развития карстовых процессов // Геология: история, теория, практика. Тезисы докладов. М.: ГГМ РАН, 2009. С. 261-263.

7. Хотченков Е.В., Кузнецова Г.А. Информативность геоакустических шумов, деп.рук. Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2007. -№11.-4 с.

Подписано в печать :Г<?<£^72013 г. Формат 60x90/16. Объем 1 пл. Тираж 120 экз. Заказ № 9.

Отпечатано во ВНИИгеосистем -Москва, 117105, Варшавское шоссе, 8

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Хотченков, Евгений Викторович, Москва

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Государственный геологический музей им. В.И. Вернадского Российской академии наук

На правах рукописи

04201360083

ХОТЧЕНКОВ Евгений Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ГОРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА КАРСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ОСВОЕНИИ НЕДР И ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в горно-перерабатывающей

промышленности)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Батугин Андриан Сергеевич

Москва-2013

Введение

Содержание

6

Глава 1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования 11

1.1. Актуальность совершенствования системы горно-экологического мониторинга карстовых процессов 11

1.2. Анализ основных методов разведки геологического пространства и основ комплексирования для изучения карстовых процессов 25

1.3. Анализ пригодности карстоопасных территорий для хозяйственного использования 34

1.4. Задачи исследований диссертационной работы 42

Выводы 46

Глава 2. Выявление закономерности структурной приуроченности

карстовых образований к геодинамически опасным зонам (ГОЗ) 48

2.1. Взаимное влияние карстовых процессов и объектов горнодобывющей промышленности 48

2.2. Блочная структура массива горных пород и сущность работ по геодинамическому районированию 57

2.3. Особенности и характер проявления карстовых процессов на исследуемых участках освоения недр и земной поверхности 62

2.3.1 Особенности и характер проявления карстовых процессов при разработке Северо-Уральских бокситовых месторождений 63

2.3.2. Особенности и характер проявления карстовых процессов при разработке Южно - Уральских бокситовых месторождений 70

2.3.3. Особенности и характер проявления карстовых процессов участка Mineral Beach (Израиль) 75

2.3.4. Особенности и характер проявления карстовых процессов участка Ein-Gedi (Израиль) 81

2.3.5. Особенности и характер карстовых процессов на участке проектируемого метрополитена г. Уфа 84

2.4. Закономерность влияния ГОЗ (геодинамически опасных зон) на интенсивность карстовых явлений исследованных участков 90

2.5. Возможность рассмотрения ГОЗ (геодинамически опасных зон) в качестве индикаторных участков наблюдения интенсивности карстовых процессов 91

2.6. Оценка достоверности влияния ГОЗ (геодинамически опасных зон) на интенсивность карстовых процессов исследованных участков 92

Выводы 94

Глава 3. Обоснование выбора комплекса геофизических методов для горно-экологического мониторинга карстовых процессов на объектах горнодобывющей промышленности 96

3.1. Определение базовых принципов выбора геофизических методов для горно-экологического мониторинга карстовых процессов 96

3.1.1. Геолого-экономическая целесообразность использования набора геофизических методов 102

3.1.2. Направления оценки горно-экологического мониторинга 106

3.1.3. Возможность отслеживания динамики основных причин карстообразования 109

3.2. Выбор комплекса геофизических методов при решении задачи горноэкологического мониторинга карстовых процессов на объектах горнодобывющей промышленности 113

3.2.1. Анализ эффективности геофизических методов в соответствии с направлениями оценки горно-экологического мониторинга

карстовых процессов 115

3.2.1.1. Геофизическое направление 116

3.2.1 .II. Геохимическое направление 119

3.2.1.III. Геодинамическое направление 121

3.2.1.IV. Ресурсное направление 124

3.2.2. Выбор комплекса геофизических методов и оценка на удовлетворение условию отслеживания динамики основных причин карстообразования 129

3.2.3. Краткое описание рекомендуемых методов 132 3.3. Практический опыт комплексной интерпретации данных рекомендуемых методов с целью прогноза карстово-суффозионных процессов 139 Выводы 147

Глава 4. Обоснование подхода к определению категорий устойчивости территории на основе установленной закономерности структурной приуроченности карстовых явлений к геодинамически опасным зонам (ГОЗ) 148

4.1. Анализ взаимосвязи плотности карстовых явлений с категориями

устойчивости территории 148

4.2. Оценка категории устойчивости района проектируемого метрополитена в г. Уфа 152

4.3. Противокарстовые мероприятия при освоении недр и земной поверхности 156

Выводы 160

Глава 5. Разработка метода горно-экологического мониторинга, учитывающего влияние геодинамически опасных зон (ГОЗ) на развитие карстовых процессов 161

5.1. Определение принципов горно-экологического мониторинга карстовых процессов при освоении недр и земной поверхности 161

5.2. Представление результатов горно-экологического мониторинга карстовых процессов 164

5.3. Составляющие экономического эффекта совершенствования горно-

экологического мониторинга карстовых процессов 169

5.4. Функциональная схема метода горно-экологического мониторинга, учитывающего влияние геодинамически опасных зон (ГОЗ) на развитие карстовых процессов 174

Выводы 176

Заключение 178

Список литературы 180

Введение

Активизация карстовых процессов при ведении горных работ наносит огромный ущерб окружающей среде горнопромышленных районов, что ощущается далеко за пределами горных отводов. Происходит поглощение поверхностных вод и сброс их после прохождения через горные выработки в водоемы без надлежащей очистки, нарушение земель карстовыми провалами и вывод их из хозяйственного оборота, деформация сооружений и инженерных коммуникаций и др.

Для оценки влияния горного производства на окружающую среду предусмотрен комплекс мероприятий по горно-экологическому мониторингу, осуществляющемуся в соответствии с нормативными документами. Однако, в настоящее время нет документов, где бы рекомендовался комплекс методов, направленный на цели непосредственно мониторинга карстовых процессов, а не масштабных геологических изысканий.

В сложившейся практике проведения мониторинга карстовых процессов в основном происходит лишь только фиксация новых карстовых образований, так как службы мониторинга не располагают необходимыми ресурсами для проведения полноценного мониторинга карстовых процессов. Таким образом, для обеспечения регулярных наблюдений и прогноза развития карстовых процессов при освоении недр, системного использования накопленных знаний, повышения эффективности мониторинга и геоэкологического обоснования рационального использования природных ресурсов необходимы исследования, направленные на совершенствование горно-экологического мониторинга карстовых процессов.

Цель работы - совершенствование системы горно-экологического мониторинга карстовых процессов на объектах горнодобывающей промышленности.

Идея работы - состоит в уменьшении объемов геологоразведочных работ при проведении горно-экологического мониторинга карстовых процессов за счет ведения исследований на отдельных «индикаторных» участках рациональным набором геофизических методов.

Объектом исследования являются массивы горных пород, включающие поверхность и подземное пространство месторождений полезных ископаемых, территорий промышленной и гражданской застройки.

Предмет исследования: система горно-экологического мониторинга карстовых процессов на объектах горнодобывающей промышленности, территориях промышленной и гражданской застройки.

Задачи диссертационного исследования:

1. Установить закономерность пространственного распределения технико-природных карстовых явлений.

2. Определить локальные участки для ведения мониторинга карстовых процессов.

3. Обосновать выбор комплекса геофизических методов для мониторинга территорий подверженных карстовым процессам.

4. Разработать метод горно-экологического мониторинга, учитывающий влияние геодинамически опасных зон (ГОЗ) на развитие карстовых процессов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Технико-природные карстовые процессы на территориях горнодобывающих объектов, комплексов промышленной и гражданской застройки имеют закономерность структурной приуроченности к геодинамически опасным зонам (ГОЗ).

2. Обоснование выбора комплекса методов горно-экологического мониторинга для анализа и прогноза карстовых процессов

базируется на учете геофизического, геохимического, геодинамического и ресурсного направления оценки мониторинга.

3. Метод горно-экологического мониторинга, учитывающий влияние геодинамически опасных зон (ГОЗ) на развитие карстовых процессов, обеспечивает геоэкологическое обоснование безопасного размещения инженерных сооружений и рациональное использование природных ресурсов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлена закономерность структурной приуроченности технико-природных карстовых процессов к геодинамически опасным зонам (ГОЗ).

2. Научно обосновано использование ГОЗ в качестве индикаторных участков при мониторинге карстовых процессов.

3. Обоснован выбор комплекса геофизических методов для мониторинга подверженных карстовым процессам территорий, учитывающего геофизическое, геохимическое, геодинамическое и ресурсное направления оценки.

4. Разработан метод, использующий функциональную схему горноэкологического мониторинга, учитывающую влияние геодинамически опасных зон (ГОЗ) на развитие карстовых процессов.

Обоснованность и достоверность научных положений, результатов и выводов подтверждаются:

- представительным объемом статистических данных по технико-природным карстовым явлениям (267) на территориях горных предприятий Северо-Уральского и Южно-Уральского бокситовых рудников; участка исследования карстовых процессов по трассе метрополитена в г. Уфа (11.2 погонных км., 1117 фактических точек по 9 профилям); участков Mineral Beach и Ein-Gedi (Израиль), использованных при оценке влияния границ геодинамических блоков на карстовые процессы;

- системным анализом нормативной документации и составляющих горно-экологического мониторинга;

- корректным применением стандартных методик, методов научных исследований и практических работ в России и за рубежом (методы электроразведки, газово-эманационной съемки);

корректным применением методики определения категории устойчивости территории подверженной карстовым процессам.

Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по проведению горно-экологического мониторинга карстовых процессов при освоении недр и земной поверхности.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Научные разработки опробованы в практике геологоразведочных работ, проведенных ЗАО «Катари-сейсмо», на участке трассы метрополитена г. Уфа, участках Ein-Gedi и Mineral Beach (Израиль) при непосредственном участии автора. Составлены методические указания по совершенствованию горноэкологического мониторинга карстовых процессов при освоении недр и земной поверхности, в которых данные разработки рекомендованы к использованию на закарстованных территориях рудных и угольных месторождений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на 7-ой научно-технической конференции и выставке «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, РГУ нефти и газа им. Губкина, 2007 г.); научно-практической конференции «О законодательной поддержке внедрения новых наукоемких технологий в минерально-сырьевом комплексе страны» (Москва, Совет Федерации РФ, 2009 г.); научных семинарах кафедр «Инженерная защита окружающей среды» и «Экономика природопользования» (2009, 2010, 2012, 2013 гг.) МГГУ; международных конференциях и семинарах Государственного геологического музея им.

В.И. Вернадского РАН (Москва, 2009, 2013 гг.); в рамках международного симпозиума «Неделя горняка» 2010, 2012, 2013 гг.) Москва.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит 33 рисунка, 20 таблиц, и список использованной литературы из 223 наименований.

Глава 1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования

1.1. Актуальность совершенствования системы горноэкологического мониторинга карстовых процессов

На территории России, обладающей чрезвычайно большим разнообразием геологических, климатических и ландшафтных условий, встречается более 30 опасных природных явлений, среди которых наиболее разрушительными являются: наводнения, штормовые ветры, ливни, ураганы, смерчи, землетрясения, извержения вулканов, лесные пожары, оползни, сели, карст, подтопление, эрозия, суффозия, горные удары, снежные лавины, сильные заморозки, различные мерзлотные явления и др. Одни виды опасных природных явлений происходят в виде внезапных и кратковременных событий (землетрясения, оползни, лавины, обвалы, карстовые провалы, смерчи), принося большие материальные потери и гибель людей. Другие, как например подтопление и эрозия, развиваются длительное время, редко приводят к гибели людей, однако материальные ущербы от них достигают внушительных размеров.

В настоящее время рассматривают четыре основных группы природных опасных явлений: сейсмические (землетрясения, цунами, горные удары, вулканическая деятельность); экзогенные геологические (выветривание, оползни, лавины, ледники, обвалы, абразия, затопления, эрозия, сели, карст, суффозия, оседание поверхности, подтопление, заболачивание, плывуны и др.); геокриологические (за счёт промерзания и оттаивания горных пород); гидрометеорологические (метеорологические -сильный ветер, шквал, смерч, сильный ливень, снегопад, град, пыльные бури, сильная жара, сильный мороз и т.д.; агрометеорологические -заморозки, засуха, суховей, переувлажнение почвы; гидрологические -высокий уровень воды, низкий уровень воды, ледовые явления, сель и т.п.; морские - волнения, понижение/понижение уровня моря выше/ниже

критических отметок; обледенение судов и т.п.) [Природные опасности России ...ред. ОсиповаВ.И. 2002, том 1-5].

Наиболее частыми на территории России являются природные катастрофические явления атмосферного характера — бури, ураганы, смерчи, шквалы (28% от общего количества природных чрезвычайных ситуаций). Далее идут землетрясения, составляющие 24% от общего количества катастроф. Чрезвычайные ситуации, обусловленные наводнениями, достигают 19% от общего числа чрезвычайных событий. Опасные геологические процессы, такие как оползни, обвалы, карстовые провалы и др., составляют 4%. Оставшиеся природные катастрофы, среди которых наибольшую частоту проявления имеют крупные лесные пожары, в сумме составляют 25%.

В процентном соотношении чрезвычайные ситуации распределяются следующим образом: техногенные ЧС - около 75%, природные ЧС - около 20%, биолого-социальные ЧС - около 4%, террористические акты - около 1%. И если при техногенных ЧС погибает около 10% от общего количества пострадавших, то во время природных катастроф - 80%. Только прямой заявленный ущерб от всей совокупности ЧС составляет в среднем более 100 миллиардов рублей в год (по данным МЧС).

Самые большие социальные и материальные потери приходятся на территории индустриальных районов и городов, где отмечается максимальная концентрация людей и техногенной инфраструктуры. По данным Госстроя России, из 1092 городов России подвержены процессам подтопления 88% городов, наводнениям — 68%, оползням — 66%, карстовым явлениям — 28%, землетрясениям — 10% . Максимальные материальные потери связаны с плоскостной и овражной эрозией, карстом (ежегодный ущерб 2,3—2,6 млрд. руб.), подтоплением (1,4—1,7 млрд. руб.), переработкой берегов морей и водохранилищ (до 1,4

млрд. руб.). 20-25% территории России с населением более 20 миллионов человек приходится на сейсмически опасные зоны.

Карстовые явления занимают особое место среди опасных процессов, происходящих земной коре, по степени скрытости их протекания, внезапности проявления, катастрофичности проявления и трудности прогнозирования.

Проблемам изучения условий и закономерностей развития карста, способам и методам инженерной защиты, прогнозированию проявлений карста и оценке карстоопасности при освоении недр посвящены работы многих известных российских и зарубежных исследователей (Крубер A.A., Максимович Г.А., Родионов Н.В., Гвоздецкий H.A., Соколов ДС., Саваренский И.А., Кутепов В.М., Мартин В.И., Печеркин И.А., Ермолов В.А., Горбунова К.А., Толмачев В. В., Corbel J., Jarin J., Bogli А., и др.). Это объясняется чрезвычайно широким распространением и многообразием карстовых проявлений, активно влияющих на безопасность

жизнедеятельности людей.

Рост количества природных катастроф, с одной стороны, и расширение техносферы на Земле — с другой, существенно повышают вероятность того, что в зону риска природных катастроф будут вовлечены территории, насыщенные сложными инженерными сооружениями. К последним относятся, в т.ч., предприятия добывающей промышленности, ГОКи, шахты, нефте- и газопроводы, хранилища и продукт�