БСЭ. Большая Советская Энциклопедия (ПО)

Артезианские воды ); реже имеют свободную поверхность и безнапорны (см. Безнапорные воды ). Область питания межпластовых вод находится в местах выхода водовмещающих пород на дневную поверхность (или в местах их неглубокого залегания); питание происходит также и путём перетекания воды из других водоносных горизонтов.

  П. в. - природные растворы, содержащие свыше 60 химических элементов (в наибольших количествах - К, Na, Са, Mg, Fe, Al, Cl, S, С, Si, N, О, Н), а также микроорганизмы (окисляющие и восстанавливающие различные вещества). Как правило, П. в. насыщены газами (CO ₂, O ₂, N ₂, C ₂H ₂и др.). По степени минерализации П. в. подразделяют (по В. И. Вернадскому) на пресные (до 1 г/л), солоноватые (от 1 до 10 г/л), солёные (от 10 до 50 г/л) и подземные рассолы (св. 50 г/л); в более поздних классификациях к подземным рассолам относят воды с минерализацией свыше 36 г/л. По температурным данным (в °С) различают переохлажденные П. в. (ниже 0), весьма холодные (от 0 до -4), холодные (от -4 до -20), тёплые (от 2 до 37), горячие (от 37 до 50), весьма горячие (от 50 до 100) и перегретые (свыше 100).

  По происхождению выделяется несколько типов П. в. Инфильтрационные воды образуются благодаря просачиванию с поверхности Земли дождевых, талых и речных вод. По составу они преимущественно гидрокарбонатно-кальциевые и магниевые. При выщелачивании гипсоносных пород формируются сульфатно-кальциевые, а при растворении соленосных - хлоридно-натриевые воды. Конденсационные П. в. образуются в результате конденсации водяных паров в порах или трещинах пород. Седиментационные воды формируются в процессе геологического осадкообразования и обычно представляют собой измененные захороненные воды морского происхождения - хлоридно-натриевые, хлоридно-кальциево-натриевые и др. К ним же относятся погребённые рассолы солеродных бассейнов, а также ультрапресные воды песчаных линз в моренных отложениях. Воды, образующиеся из магмы при её кристаллизации и при метаморфизме горных пород, называются магматогенными, или ювенильными (по терминологии Э. Зюсса ).

  Одним из показателей природной обстановки формирования П. в. является состав растворённых и свободно выделяющихся газов. Для верхних водоносных горизонтов с окислительной обстановкой характерно присутствие кислорода, азота для нижних частей разреза, где преобладает восстановительная среда, типичны газы биохимического происхождения (сероводород, метан). В очагах интрузий и термометаморфизма распространены воды, насыщенные углекислым газом (углекислые воды Кавказа, Памира, Забайкалья). У кратеров вулканов встречаются кислые сульфатные воды (т. н. фумарольные термы). Во многих водонапорных системах, которыми являются часто крупные артезианские бассейны, выделяют три зоны, различающиеся степенью интенсивности водообмена с поверхностными водами и составом П. в. Верхние и краевые части бассейнов заняты обычно инфильтрационными пресными водами зоны активного водообмена (по Н. К. Игнатовичу), или активной циркуляции. В центральных глубоких частях бассейнов выделяется зона весьма замедленного водообмена, или застойного режима, где распространены высокоминерализованные воды. В промежуточной зоне относительно замедленного или затруднённого водообмена развиты смешанные воды различного состава.

  Закономерности распространения П. в. зависят от многих геологических и физико-географических факторов. В пределах платформ и краевых прогибов развиты артезианские бассейны и склоны (на территории СССР, например, Западно-Сибирский артезианский бассейн, Московский артезианский бассейн, Прибалтийский артезианский бассейн) .На платформах встречаются большие по площади участки с высокоподнятым докембрийским кристаллическим фундаментом, характеризующиеся развитием трещинных вод (Украинский кристаллический массив, Анабарский массив и др.), в горно-складчатых областях - П. в. трещинного типа.

  Своеобразные гидрогеологические условия, определяющие характер циркуляции и состав П. в., создаются в областях развития многолетнемёрзлых горных пород, где формируются надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные воды.

  П. в. - часть водных ресурсов Земли; общие запасы П. в. суши составляют свыше 60 млн. км ³.П. в. рассматриваются как полезное ископаемое. В отличие от других видов полезных ископаемых, запасы П. в. возобновимы в процессе эксплуатации. Участки водоносных горизонтов или их комплексов, в пределах которых имеются условия для отбора П. в, определённого состава, отвечающего установленным кондициям, в количестве, достаточном для экономически целесообразного их использования, называются месторождениями П. в. По характеру использования П. в. подразделяются в СССР на: хозяйственно-питьевые, технические, промышленные, минеральные воды и термальные воды.К П. в. хозяйственно-питьевого типа относят пресные воды, отвечающие кондициям (с определёнными вкусовыми качествами, не содержащие вредных для здоровья человека веществ и микроорганизмов). Промышленные воды с повышенным содержанием отдельных химических элементов (I, Br, В, Li и Др.) представляют интерес для различных отраслей промышленности. П. в., содержащие специфические компоненты (газы, микрокомпоненты), используются в лечебных целях и в качестве столовых напитков.

  В некоторых случаях П. в. вызывают заболачивание и подтопление территорий, оползни, осадку грунтов под инженерными сооружениями, затрудняют проведение горных выработок, ведение горных работ в шахтах и на карьерах. Для уменьшения притока П. в. в район промышленных объектов применяются дренаж, водоотлив , осушение месторождений.

 Многие качественные и количественные показатели параметров П. в. (уровня, напора, расходов, химического и газового составов, температуры и др.) подвергаются кратковременным, сезонным, многолетним и вековым изменениям, которые определяют режим подземных вод. Последний отражает процесс формирования П. в. во времени и в пределах определённого пространства под влиянием различных естественных режимообразующих факторов: климатических, гидрологических, геологических, гидрогеологических и факторов, создаваемых в результате деятельности человека. Наибольшие колебания элементов режима наблюдаются в неглубоко залегающих П. в.

  В СССР имеется свыше 100 гидрогеологических станций, включающих более чем 25 000 наблюдательных пунктов, которые являются источниками информации о режиме П. в. Изучение режима производится для составления его прогноза при проектировании строительства; разработки мероприятий по предупреждению и ликвидации засоления и заболачивания; составления прогноза водно-солевого режима на орошаемых массивах, для оценки и прогноза водопритоков в горные выработки шахт, карьеров и рудников и др.

  В СССР ежегодно выпускаются прогнозы режима П. в. предвесеннего минимального, максимального и осеннего положения уровня вод зоны интенсивного водообмена. Прогнозы выпускаются в виде карт, на которых показываются изменения уровня П. в.

  Исследованием П. в. занимается гидрогеология.

  Лит.:Вернадский В. И., История минералов земной коры, т. 2 - История природных вод, ч. 1, в. 1-3, Л., 1933-1936; Саваренский Ф. П., Гидрогеология, 2 изд., М. - Л., 1935; Овчинников А. М., Общая гидрогеология, 2 изд., М., 1954; Каменский Г. Н., Толстихина М. М., Толстихин Н. И., Гидрогеология СССР, М., 1959; Ланге O. K., Подземные воды СССР, ч. 1-2, М., 1959-1963; его же, Гидрогеология, М., 1969; Коноплянцев А. А., Ковалевский В. С., Семенов С. М., Естественный режим подземных вод и его закономерности, М., 1963; Гидрогеология СССР, т. 1-, М., 1966-; Швецов П. Ф., Коноплянцев А. А., Швец В. М., Современное содержание, основные направления и организационные формы развития гидрогеологии в СССР, «Изв. АН СССР. Сер. геологическая», 1973, № 2; Коноплянцев А. А., Семенов С. М., Прогноз и картирование режима грунтовых вод, М., 1974.

  А. А. Коноплянцев.

Подземные пожары

Подзе'мные пожа'ры, пожары в подземных выработках шахт (рудников) и в массиве полезного ископаемого. П. п. возникают как от внешних тепловых импульсов (экзогенные П. п.) - от неосторожного обращения с огнем, неисправности электрооборудования, трения механизмов и т.п., так и в результате самовозгорания угля, углистых пород и сульфидных руд (эндогенные П. п.). Особо опасными П. п. становятся при наличии в шахте метана, взрывчатой угольной или сульфидной пыли.

  Профилактика П. п. и предупреждение их последствий заключается в том, что наряду с общими пожарно-профилактическими мероприятиями (использование негорючих материалов для крепления горных выработок, трудновоспламеняемых конвейерных лент и электрических кабелей в негорючих оболочках, устройство разветвленной сети пожарного водопровода и др.), предусматривается применение специальных схем вскрытия и подготовки месторождений. Они позволяют локализовать участок в случае пожара и отвести пожарные газы в общешахтную исходящую струю воздуха, минуя остальные участки, на которых находятся люди. Все подземные рабочие обеспечиваются самоспасателями (см. Горноспасательное оборудование ) ,позволяющими выйти в безопасное место из выработок, заполненных пожарными газами.

  В начальной стадии развития экзогенные П. п. тушат непосредственным воздействием на очаг водой, огнетушащими средствами и т.п. Эндогенные П. п., очаги которых находятся, как правило, в труднодоступных местах, а также принявшие большие размеры экзогенные пожары тушат способом изоляции (в выработках устанавливают специальные изолирующие сооружения, прекращающие доступ воздуха в район пожара). В некоторых случаях приходится прибегать к затоплению пожарных участков водой. При изоляции пожарных участков, опасных по выделению метана, для предупреждения взрыва в район пожара нагнетают негорючие газы (CO ₂, N ₂) или парогазовую смесь, образуемую выхлопными газами газотурбинного двигателя, охлажденными диспергированной водой, что снижает концентрацию кислорода в воздухе пожарного участка до пределов, исключающих возможность взрыва метана (комбинированный способ).

  Лит.:Балтайтис В. Я., Тушение пожаров в угольных шахтах. 2 изд., М., 1961; Основы противопожарной защиты угольных шахт, М., 1971; Физические основы самовозгорания угля и руд, М., 1972.

  В. Я. Балтайтис.

Подземные работы

Подзе'мные рабо'ты(правовой режим). В СССР условия труда на П. р. регулируются, кроме общих норм законодательства о труде, некоторыми специальными нормами. В соответствии с Основами законодательства о труде 1971 и КЗоТ союзных республик запрещается, как правило, применение на П. р. труда женщин (кроме нефизических работ или работ по санитарному и бытовому обслуживанию), а также применение труда лиц моложе 18 лет. Для рабочих, занятых на П. р. в угольной, сланцевой и др. отраслях горнодобывающей промышленности, на П. р. по строительству шахт (рудников), тоннелей и метрополитенов устанавливаются сокращённый (6-часовой) рабочий день, а также ряд преимуществ по оплате труда по сравнению с лицами, работающими на поверхности в этих же отраслях. Работникам, занятым на П. р., профессии и должности которых включены в Список производственных цехов, профессий и должностей с вредными условиями труда, работа которых даёт право на дополнительный отпуск и сокращённый рабочий день (утвержден Государственным комитетом Совета Министров СССР по вопросам труда и заработной платы 24 декабря 1960), предоставляется дополнительный отпуск от 6 до 36 рабочих дней (в зависимости от степени вредности производства). Существенные льготы введены для работников, занятых на П. р., в области пенсионного обеспечения: пенсии по старости и по инвалидности (а семьям - по случаю потери кормильца) им назначаются в более высоком размере и при пониженных требованиях в отношении трудового стажа и возраста, если не менее половины стажа, необходимого для назначения пенсии, приходится на П. р. независимо от места последней работы.

Подземные рассолы

Подзе'мные рассо'лы,подземные воды, содержащие растворённые минеральные вещества в повышенных концентрациях. По одним классификациям, к П. р. относят воды с минерализацией свыше 50 г/л(В. И. Вернадский, 1931-1936, ГОСТ 17403-72), по другим - свыше 36 г/л(исходя из солёности вод Мирового океана). П. р. широко распространены в седиментационных бассейнах, где они обычно залегают ниже пресных и солёных вод и приурочены к преобладающей по мощности части осадочного чехла. Например, в бассейнах Восточно-Европейской платформы мощность зоны пресных подземных вод варьирует от 25 до 350 м,солёных вод - от 50 до 600 м,рассолов - от 400 до 3000 м.П. р. выявлены также в осадочных толщах, залегающих под дном некоторых морей (Красное и Каспийское, Мексиканский залив и др.) и в пределах шельфов (например, вблизи полуострова Флорида), а также в зоне гипергенной трещиноватости кристаллических щитов (Балтийского, Украинского, Канадского). В аридных районах П. р. насыщают донные отложения водоёмов внутреннего стока (например, солеродные озёра Индер в СССР и Серлс в Калифорнии; солончаки, шоры, шотты и др.) и солеродных морских заливов и лагун (Кара-Богаз-Гол в СССР, Бокана-де-Верила в Перу, себхи Средиземноморского побережья Африки и Аравии).

  По преобладающему аниону выделяют хлоридные, сульфатные и гидрокарбонатные П. р. Из них широко распространены только хлоридные (натриевые, кальциевые и магниевые). В соленосных седиментационных бассейнах по условиям залегания различают надсолевые, внутрисолевые и подсолевые П. р. (надсолевые П. р. преимущественно натриевые, солёность их не превышает 300-320 г/л,внутрисолевые и подсолевые П. р. преимущественно многокомпонентные, солёность их до 600 г/л) .

 П. р. используются для получения поваренной соли, иода, брома, лития, являются потенциальным сырьём для извлечения рубидия, цезия, бора, стронция. Некоторые П. р. применяются в лечебных целях в виде рассольных ванн.

  Лит.:Смирнов С. И., Происхождение солёности подземных вод седиментационных бассейнов, М., 1971.

  С. И. Смирнов.

Подземные сооружения

Подзе'мные сооруже'ния.Выбор архитектурно-планировочных решений. способа строительства, вида конструкций и их крепления, гидроизоляции, системы кондиционирования воздуха и т.п. определяется в основном назначением П. с. и свойствами массива вмещающих горных пород (грунтов).

  Области применения.строительство П. с. ведётся в возрастающих масштабах в большинстве промышленно развитых стран, что объясняется экономичностью П. с. по сравнению с наземными, технической или производственной необходимостью, градостроительными условиями, соображениями военного характера и т.д. Подземное расположение сооружений целесообразно в районах с неблагоприятными климатическими условиями (резкие перепады температуры воздуха, ураганные ветры, длительные ливни, селевые потоки), крутым рельефом местности. Значительное развитие строительство П. с. получило в горнодобывающей промышленности.

  По назначению П. с. условно подразделяются на несколько основных групп: транспортные и гидротехнические тоннели;сооружения метрополитена;электростанции (главным образом ГЭС); базисные склады и холодильники; объекты городские хозяйства (пешеходные переходы, гаражи, коллекторы и т.п.); резервуары для питьевой воды, нефте- и газохранилища, ёмкости для захоронения вредных производственных отходов; промышленные предприятия; лечебные учреждения; военные объекты. Особую группу составляют П. с. шахт, располагаемые в околоствольном дворе (электроподстанция, депо, станция водоотлива, медпункт и т.д.) или предназначенные для транспортной связи поверхностных сооружений с очистными забоями (шахтные стволы, капитальные штреки, штольни и т.д.).

  Экономическая эффективность подземных электростанций (по сравнению с наземными) обусловлена, в первую очередь, сокращением протяжённости напорных водоводов,объёмов бетонных работ,снижением расхода материалов. Объёмы горностроительных работ при сооружении крупной подземной ГЭС характеризуются несколькими млн. м ³извлекаемых горных пород (например, объём скальной выемки Ингури ГЭС в СССР, имеющей мощность 1400 Мвт, -3,2 млн. м ³) .Большими поперечными сечениями (сотни м ²) и протяжённостью (десятки и сотни м) отличаются машинные залы электростанций. Различают 3 типовые схемы подземных ГЭС: концевая (здание расположено в конце трассы деривации ) ,головная (здание вблизи водозабора), промежуточная (здание в средней части трассы деривации). Подземными строят также тепловые и атомные электростанции (например, в Швеции и Швейцарии). К середине 70-х гг. количество подземных ГЭС в мире (эксплуатируемых и строящихся) достигло 350, их общая мощность 4Ч10 ⁴ Мвт.

 Базисные подземные склады рентабельны благодаря возможности приспособления под них имеющихся горных выработок, стабильности температуры окружающей среды и влажности в подземных помещениях, пожарной безопасности, экономии наземного пространства, удобству охраны и т.п. Различают подземные склады активного и пассивного складирования. При активном, систематически осуществляемом складировании, когда ежесуточно перерабатывается большое количество продуктов и материалов, необходимы хорошо спланированные, значительные по размерам разгрузочные и погрузочные площадки и непосредственная связь складов с ж.-д. коммуникациями. Для активного складирования эффективно, например, использование горизонтальных горных выработок, проведённых по известнякам из бортов отработанных карьеров.Подобный склад (полезной площадью около 5 га) расположен вблизи г. Канзас-Сити (США). Часть склада используется для хранения замороженных продуктов при температуре до -32 °С в количестве 25 000 т.Стоимость строительства склада составила примерно 10% от стоимости наземного холодильника такой же ёмкости. В Инкермане (СССР, Крым) для подземного винохранилища использованы горные выработки высотой 10-12 ми длиной по 200 м,образованные после выемки известняка-ракушечника. При пассивном складировании целесообразно использовать выработки отработанных шахт, связь с которыми осуществляется через вертикальные стволы. Вместимость таких складов 10 ⁵-10 ⁶ м ³. Основные затраты на строительство подземных складов приходятся на сооружение подходных выработок и транспортных коммуникаций.

  Подземное пространство городов осваивается всё возрастающими темпами. Комплексная застройка подземного пространства крупных городов позволяет рационально использовать наземную территорию, содействует упорядочению транспортного обслуживания населения и повышению безопасности дорожного движения, снижает уличный шум и загрязнение воздуха выхлопными газами автомобилей, способствует повышению художественно-эстетических качеств городской среды. Городские П. с. можно условно объединить в ряд групп: инженерно-транспортные (пешеходные и транспортные тоннели, автомобильные стоянки и гаражи,помещения вокзалов); сферы обслуживания (магазины, кафе, кинотеатры, выставочные залы, книгохранилища, архивы, холодильники, овощехранилища, автоматические телефонные станции и т.п.); промышленного назначения и энергетики (отдельные цехи, лаборатории, котельные, тепловые станции и т.п.); инженерные сети и сооружения (газо- и трубопроводы, бойлерные, калориферные, трансформаторные и газораспределительные станции и др.); гражданской обороны. П. с. - неотъемлемая часть крупного города. Подземное строительство позволяет высвободить в новых районах значительную часть полезной площади. Особое место в городском подземном хозяйстве занимают гаражи (часто многоэтажные). Вместимость подземных гаражей может достигать нескольких тыс. автомобилей, глубина заложения пола нижнего яруса - 15-25 м.Перспективны встроенные гаражи, размещаемые в цокольных и подземных этажах жилых домов. Создаются (1974) проекты единой общегородской сети подземных гаражей и автостоянок (например, для Стокгольма, Парижа, Будапешта). Один из наиболее крупных градостроительных проектов - схема организации и использования подземного пространства Москвы, разработанная в 1971-73.

  Подземные хранилища для нефтепродуктов, природного газа, питьевой воды отличаются от наземных крупными масштабами по вместимости (до нескольких млн. м ³) .Конструкции подземных резервуаров выполняются из бетона, железобетона, металла. При подземном хранении нефти и др. горючих веществ экономия от снижения испарения в короткий срок оправдывает дополнительные расходы на строительство резервуара (подробнее см. в статьях Газовое хранилище, Нефтехранилище) .Подземные хранилища - наиболее эффективный способ захоронения непригодных для переработки вредных промышленных отходов атомного, химического, металлургического и др. производств. Для этого используют существующие соляные полости, заброшенные выработки шахт, строят резервуары в глинистых породах; промышленные стоки направляют через скважины в непригодные для использования водоносные горизонты.

  Подземные промышленные объекты (например, насосные и компрессорные станции, ямы доменных печей, кессоны регенераторов мартеновских печей и т.п.) строятся при неглубоком заложении. Большой глубиной заложения характеризуются подземные заводы, которые начали сооружать за рубежом в 30-х гг. 20 в.; широкий размах их строительство приобрело во время 2-й мировой войны 1939-1945 - главным образом в Германии и Японии (к 1945 в Германии насчитывалось 143 подземных завода).

  Подземные лечебные учреждения располагают в выработках отработанных шахт, главным образом соляных. Выработки большого поперечного сечения (камеры) приспосабливаются под палаты для больных, лечебные кабинеты и т.п. Целесообразность подземных медицинских учреждений обусловлена постоянством давления, влажности и температуры воздуха, отсутствием бактериальной флоры, солнечной радиации, шума, естественной ингаляцией (благодаря насыщенности среды химическими элементами), ограниченным воздействием магнитного поля. Это создаёт микроклимат, благоприятный, в частности, для лечения лёгочных заболеваний (например, в СССР работает подземная лечебница для больных бронхиальной астмой, размещенная на глубине 200 мв соляном руднике около поселка Солотвина в Закарпатье).

  Строительство и эксплуатация П. с.Выбор способа строительства П. с. зависит в основном от глубины заложения и назначения объекта, горнотехнических условий строительного участка. Неглубокие П. с. строят открытым способом, методом опускного сооружения, либо в траншеях, под гиксотропными суспензиями (см. Тиксотропия ) .П. с. глубокого заложения и, в особых случаях, неглубокого (например, перегонные тоннели метрополитенов или городские коллекторы) строятся закрытым (подземным) способом.

  При открытом способе строительства траншеи и котлованы, как правило, закрепляют (горизонтальное крепление с распорками - в грунтах сухих и естественной влажности, и шпунтовое - в неустойчивых водонасыщенных). строительство в открытых котлованах эффективно до глубин 7-10 мпри обеспечении надёжного водопонижения.

 Из способов строительства опускным сооружением преимущественное распространение получил метод опускного колодца.В СССР ежегодно (1973) строится 60-70 опускных колодцев площадью 100-13 000 мс глубиной погружения 10-55 м.Прогрессивный способ строительства П. с. - с опускным колодцем в тиксотропной рубашке, который даёт возможность сооружать колодцы больших диаметров. Успешно применяется принудительное регулирование опускания колодца при помощи системы домкратов, располагаемых по его периметру. Методом опускного колодца строят многоэтажные подземные гаражи, П. с. на металлургических заводах и т.п.

  Метод строительства П. с., получивший название «стена в грунте», основан на способности тиксотропных суспензий удерживать грунтовые стенки от обрушения; он состоит в возведении вертикальных стен П. с. в траншеях-щелях до начала разработки грунта внутри сооружения. Применение этого метода целесообразно в сложных гидрогеологических условиях (отпадает необходимость в водопонижении, замораживании и т.п.). Он эффективен при строительстве на застроенных территориях небольших П. с. на значительной глубине (обычно около 20 м) -транспортных тоннелей, пешеходных переходов и т.п.