автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Прогноз криогенных процессов при разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых

V 1 о V а

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ДАЛЬНЕВОСТОЧНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА

На правах рукописи

Петрова Марина Александровна

ПРОГНОЗ КРИОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАЗВЕДКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Специальность 05. 15.11. - "Физические процессы горного

производства"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

(Б 01

о

Л

Хабаровск 1994

Работа выполнена в Читинском политехническом институте

научный руководитель: член-корреспондент АТН РФ* заслуженный

деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Кузин В. -Ф.

Официальные оппоненты: член-корреспондент АТН РФ, доктор технических наук, профессор Раткин А. в.;

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Нанаев ю, А.

Ведушая организация: Читинский институт природных ресурсов СО РАН (ЧИПР)

зашита, состоится узе^униг*? 1995 г. в ю часов на заседании специализированного Совета К 003. 02..О/ в Институте горного дела Дальневосточного отделения РАН по адресу: бооооо, г.хабаровск, ул.Тургенева, 51.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГД ДВО^РАН с 9 до 17 час. 30 нин.

Автореферат разослан " " \99jf г.

Ученыя секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук

Г. А. Хурсакин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Перспективы разведки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых в значительной степени осложняются развитием целого комплекса горно-геологических процессов, среди которых особое место занимают криогенные процессы в зоне распространения вечнонерзлых пород.

Анализ работы горнодобывающих предприятия Забайкалья показывает что отсутствие прогноза развития криогенных процессов на стадиях поисков, разведки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых существенный образом увеличивает стоимость капитальных вложений в эксплуатируемые инженерные сооружения и себестоимость добычи ценного компонента. Принимая во внимание, что Забайкалье относится к области распространения островных нерзлых толш. которые характеризуются чрез вычайно высокой динамичностью при любых самых незначительных техногенных воздействиях на природно-геологическую обстановку актуальност - данной проблемы возрастает.

Имеющиеся в настоящее время достаточно обширные научно-теоретические разработки по данной проблене носят, как правило, отрывочный . характер и не дают полной картины природы, динамики и закономерностей развития криогенных процессов при интенсивных техногенных воздействиях на природно-геологическую среду.

диссертационная работа посвяшена решению научной и народнохозяйственна задачи рационального освоения месторождений полезных ископаемых на базе комплексного изучения природы, динамики и закономерностей развития криогенных процессов и их вляиния на устойчивость и эксплуатацию проектируемых инженерных сооружений горнодобывающих предприятий.

Актуальность подтверждена включением ее в координационный план Нингеологии РФ - хоздоговорная тена "Прогноз криогенных процессов • при хозяйственном освоении зоны Б АН ■ с Удоканским горно-геологнчес-ким предприятием (Н гос. регистрации 01870076492).

Цель работы - разработать комплексную нетодику инженерно-геологических исследований при разведке и эксплуатации ' месторождений полезных ископаемых, выявить природу и установить ' количественные закономерности развития криогенных процессов с разработкой методов прогноза и управления ими при горно-промышленном освоении территорий.

Основная идея работы заключается в тон, чтобы установлешше количественные закономерности развития криогенных процессов использовать для надежного проектирования и эксплуатации объектов горнодобываюпей промышленности в области распространения вечномерзлн" пород.

Основные задачи исследований:

- разработать методику комплексных инженерно-геокриологических исследований изучения криогенных процессов при разведке и ■ эксплуатации месторождений полезных ископаемых;

- выявить природу развития криогенных процессов, таких как криогенное пучение промерзающих и осадка оттаивающих пороД| крио-солифлюкция. термоэрозия и терносуффозия;

- установить динамику и закономерности развития криогенных процессов в зависимости от термодинамических, природно-геологичес-ких и техногенных Факторов;

- разработать принципы прогноза криогенных процессов и управления ими при разведке и эксплуатации месторождений полезных иско-паеных.

Методы исследований включают: анализ и обобщение ранее проведенных результатов исследований, стационарные натурные наблюдения, натенатическое моделирование и обработка экспериментальных данных.

научные положения, выносимые на защиту;

- нетодика комплексных стационарных исследований криогенных процессов, таких, как тепло- и массоперенос, льдовыдеение, обезвоживание, усадки, коагуляции, агрегации и др.. позволявшая выявить механизм развития основных физико-геологических параметров и установить их роль в суммарной деформировании пород и любых инженерных сооружения объектов горнопромышленных ' предприятий;

- динамика развития криогенных процессов по глубине, во времени и в пространстве, отличающаяся изненениен как абсолютных ве-.• личин, так и их дифференциальных составляющих с учетон различных теплоизолирующих и светоотражающих Факторов;

- закономерности развития криогенных процессов на основе дву- -и многосторонних зависимостей количественных характеристик устано- ■ влены не только по интегральным величинам, но и по всем сопутствующим теплофизическин и Физико-химическин процессам в зависимости от • естественных и техногенных изменений природно-геологической обстановки при разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемыхг

- нетоды прогноза и управления криогенными процессани , которые базируются на строгих математических моделях и отличающиеся учетом ■ изненения комплекса природно-геологических и горно-технологических факторов.

Новизна полученных результатов заключается в следующем:

- разработана нетодика комплексных исследовании при разрведке ■ и эксплуатации месторождений полезных ископаемых;

- вскрыта природа протекания криогенных процессов при естественных и техногенных изменениях природно-геологической обстановки;

- выявлена динамика развития криогенных процессов по глубине, во времени и в пространстве с учетон различных теплоизолирующих

и светоотражающих Факторов;

- установлены количественные закономерности развития криогенных процессов в зависимости от всего комплекса природно-геологической и техногенной обстановок с выявлением роли каждого сопутствующего процесса в суммарном деформировании пород;

- разработана методика прогноза криогенных процессов при разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаеных.

Конкретное личное участие автора:

- разработана методика комплексных исследования изучения криогенных процессов при разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых;

- проведены многолетние натурные стационарные наблюдения за динамикой развития криогенных процессов;

- выполнена математическая обработка экспериментальных данных на эвп;

- разработаны прогнозные схемы управления криогенными процессани при отработке месторождений полезных ископаемых;

Достоверность научных исследований обеспечивается: представительным экспериментальным материала натурных наблюдений, высокой сходиностью теоретических и расчетных данных (погрешность не превышает 10И), апробацией и внедрением пред ложенных прогнозных схем на предприятиях Забайкалья.

Практическое значение работы заключается в создании прогнозных схем управления криогенными процессами что позволяет наиболее рационально обосновать комплекс защитных мер при разработке месторождений полезных ископаемых, а также проектируемых и строящихся объектов горнодобывающих предприятий.

Реализация работы, по результатам исследований разработаны и реализованы рекомендации по проведению инженерно-геологических и горных работ на Вачинском золотороссыпном месторождении. Удоканском горно-геологическом предприятии, забайкальской тресте инженерно-строительных изысканий, Орловском ГОКе.

Фактический экономический эффект составил 1,2 млн. руб (1992 г. ).

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Всесоюзных конференциях "Геокриологический прогноз при строительном освоении территорий" (Москва,1985 г. ), "Инженерно-геологические изыскания в области вечной мерзлоты" (Благовещенск, •

1986 г.), "Инженерно-геокриологические проблемы Забайкалья" (Чита,

1987 г. ), "Проблемы инженерно-геологических изысканий в криолитоэо-не" (Нагадан, 1989 г.), а также Региональной конференции "Проблемы освоения Удокаяского тпк" (Чита, 1985 г. ). "ПРОблены природоиспользо-вания Забайкалья" (Чита, 1985 г. ), а также ряде внутривузовских конференций.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 9 печатных работ. Кроме того, крупные разделы автором • изложены в 4-х научно-исследовательских отчетах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Одним из главных вопросов при разработке методов прогноза и управления криогенными процессами пород при эксплуатации объектов горнодобывающей промышленности является правильное установление причин их возникновения, а также выявление количественных дву- и многосторонних зависимостей развития этих процессов от всего комплекса Факторов геолого-природной обстановки и технолого-конструк-тивных параметров.

Изучению криогенных процессов посвящены труды отечественных и зарубежных ученых: А. А. Ананяна. в. п. Баканина, в. т. Балобаева, с. г. Боч. Э. И. Богуславского, Г. П. Бровки, А. Н. Гальперина, Г. ф. Гравнса, С. Е. Гре~ чишева, Ф. В. Дудинского, Э. Д. Ершова, А. Л. Егорова, И. и. Железняка, л. А. жигарева. т. н. каплиной. с. п. качурина. в. А. Кудрявцева, ю. п. ле-беденхо, В. Л. Невечери, Б. А. Оловина, в. О. Орлова, В. А. Падукова, Г. 3. Перлыптейна, В. С. Петрова, А. В. Рашкина, В. в. Ржевского, В. с. Савельева, в. л. суходровского. и. А. тютюнова. г. н. Фельдмана, г. л. Фисенко. Н. А. Цытовича, Л. В. Чистотинова, П. Ф. Ввепова, В. Н. Апйегзопа, О. »7. РегПапэа, й. V. Р1ет1пва, А. В. Нага! Попа, Э. ТаЬега и др.

В настоящее время в практике подобных исследований обычно развита схема: абсолютная величина интенсивности проявления того или иного процесса и ее связь с соответствующий технолого-констрзтстив-ным параметром. Однако, следует отметить, что в трудах целого ряда ученых (П. А. Ребиндера. Е. н. Сергеева, э. д. Ершова, в. и. осипова. н. н. мас-лова, Н. Н. Гольдштейна и др. ) обращается пристальное внимание на необходимость выявления всего конплекса тешюфи^ических и физико-химических процессов на границе раздела двух Фаз: мерзлые - талые породы, лед - вода. Кроме того, промерзающие породы следует рассматривать как многокомпонентные и многофазные систены непрерывно изменяющиеся под воздействием внешних и внутренних источников энергии.

В данной работе предлагается установить механизм, выявить динамику и получить количественные закономерности развития криогенных процессов с учетон всех вышеизложенных позиции.

Так, например, результаты экспериментальных лабораторно-полевых наблюдений показывают, что вся группа криогенных процессов развива- ■ ется в зависимости от термодинамических условий промерзающих и оттаивающих горно-геологических систен. В частности, в зависимости от условий теплообмена на поверхности при отрицательных температурах воздуха формируется строго определенный режин промерзания пород. Под последним следует понимать образование влажностно-плотностных и криогенно-льдистых зон промораживания, характеризующихся строго определенными прочностными и деФорнадионныни свойствами и зависящими от скоростей промерзания и градиентов температур в промерзающей зоне. Эти два параметра ( Ъпр . дгогН ) практически полностью определяют развитие как теплоФнзических и Физико-химических, так и Фи-зикомеханических процессов, таких как миграция влаги, сегрегационно-миграционное льдонакопление, обезвоживание, усадка, коагуляция и агрегация, набухание и др.

Натурные наблюдения, а также расчеты проведенные для различных скоростей промерзания по решению классической задачи Стефана и градиентов температур по уравнению:

показали, что в зависимости от трех критических пределов изменения скорости промерзания и градиентов температур Формируется шесть мерзлотных криогенно-льдистых зон.

Здесь До - амплитуда колебаний температур на поверхности, град С; Сов- объемная теплоемкость пород, кдж/м; л - коэффициент теплопроводности. КДж/м. час. град.; Т - период, равный году, час.; г - время промерзания,час. При скорости движения границы раздела Фаз более О.00

i/час и независимо от величины плотности миграционного потока влаги 1роисходит Формирование нассивной криогенной текстуры по всему про-мерзаюшену елою. В этом случае образуется монолитная пронерзаюшая • голша пород, характеризующаяся Формированием коагуляционных и Фазо-зых контактов между глинистыми и пылеватыни фракцияни. весьма высо- • <ини значениями сцепления и угла внутреннего трения, а также модулем эбпей деформации, превышающим несколько сот НПа (рис. 1).

при скорости движения границы раздела фаз ненее о. оооз м/час з промерзающих породах формируется минимальный миграционный поток злаги (около 3x0.0001 кг/м. кв. /час) , но постоянный по глубине. 3 этом случае Формируется равномернослоистая толстошлировая криогенная текстура. Тип контактов нежду глинистыми частицами, как правило, коагуляционный. При оттаивании такой пронерзший слой характеризуется минимальными значениями всего конплекса Физикомехани-зеских характеристик. Так, например, коэффициент сжимаемости таких пород достигает О. 1 1/НПа, угол внутреннего трения уменьшается ю 7-12 град . при проведении горно-технологических работ несоблю-иение данного условия приводит к оползанию или сплыву уступов бортов карьера, отвалов пустых пород, выпучиванию пульпопроводов и т. д..

наиболее опасный с технолого-конструктивных позиций для объектов горнодобывающих предприятий является умеренный тип промерзания пород в интервале скоростей пронерзания о. 0005 - о.001 м/час. В этом :лучае возможно Формирование нескольких типов мерзлотных криогенно-пьдистых зон по глубине промерзающего слоя пород (гас. 1). В зависимости от условий теплообмена на поверхности, грунтово-влажностных условиях этот тип характеризуется чередованием шлирово-льдистах и массивно-льдистых прослоев с выделением от двух до трех и даже четырех зон. Причен, шлирово-льдистые зоны по прочности своих контактов аналогичны медленным скоростям пронерзания, а нассивно-льдистые-высоким. Чрезвычайно опасный данный интервал промерзания пород с точки зрения устойчивости бортов является потому, что сползание пород может происходить в течение всего теплого периода послойно, кроне того, такое криогенно-льдистое строение промерзшего слоя наиболее благоприятно для интенсивного развития процессов выпучивания инженерных сооружения, объемного терноэрозионного размыва пород, термосуффозии.

Экспериментальные полевые исследования по установлению количественных закономерностей развития криогенных процессов, проведенные за территории будушего расположения объектов Удоканского ГОКа, показали, что в зависимости от термодинамических условий промерзания (оттаивания) пород роль теплофизических. Физико-химических и Физико-механических процессов в суммарном деформировании различна. Так, аапример, криогенное пучение пород можно представить следующей за-

виснмостью (Ерлов Э. Д. , Петров В. С. ):

где: 'ъуч-величина пучения пород, представлякаая собой сунну величин пучения за счет увеличения в объеме на 9'/■ замерзаюпей поровой влаги (первое слагаемое), миграции связанной воды в нерзлую зону и образования прослоев льда (второе слагаеное) и усадку талой части пород в результате Физико-химического обезвоживания (третье слагаемое); '

, ^н, У/у - весовые значения влажности соответственно природной, незамерзшея воды, предела усадки, д. е.; ^'ск. - соответственно плотность пород и воды, кг/м. куб ; Л - мощность пронерзаюшего слоя по- • род, м; Кгч - коэффициент диффузии влаги, м. кв. /час; - термоградиентный коэффициент, 1/град; Х-мОъ- плотность миграционного потока влаги, кг/м. кв/час; вгасП - градиент температуры в зоне интенсивных Фазовых переходов, град/н; 1"дт> - скорость движения границы раздела • Фаз, м/час; - коэффициент обьенной относительной усадки пород.

Результаты наблюдений показали, что при равных грунтово-влаж-ностных условиях доля миграционного, с одной стороны, и порового льдонакопления. с другой, в суммарной пучении пород изменяется в очень широкон интервале, а именно 5-95* (для глин нонтнориллонито-вого и полиминерального составов) и 25-75 '/■ для супесчано-сугли-нистьгх пород. Так. в частности, в естественных природных условиях в промерзавших породах супесчаного состава доля миграционного льдонакопления в суммарной величине пучения составила 83, 9'/-. В условиях • же снятого растительного покрова, когда скорость промерзания возросла в 1,3 раза (0.00058 н/час) это значение уменьшилось до 34 и. Соответственно доля порового льдонакопления в пучении пород составила 16.1 и 64и (рис. 2). Роль усадки.возникаюшея за счет обезвоживания талой зоны промерзающих пород, соответственно равна 26 и 11,9

Особую роль в управлении криогенными процессами при интенсивных < техногенных нарушениях играют различные технолого-конструктивные факторы, способствующие уменьшению величины того или иного процесса. ■ Для установления таких зависимостей были применены различные теплоизолирующие и светоотражающие покрытия, изменяющие теплообмен на границе атмосфера-грунт. В частности, были использованы теплоизо- -лируюшие материалы типа пенопласт, шлак, опилки, рубероид, а также' по аналогии с экспериментами профессора Рашкина А.в. пленочные светопрозрачные покрытия. Анализ полученных результатов показывает, что в области сплошного распространения вечномерзлых пород (север Забайкалья) практически все теплоизолирующие материалы какоя-либо серьезной роли в снижении пучения промерзающих пород не играют. Однако, эксперименты, проведенные со светопрозрачными пленочными

суммарная величина деформирования 'пород

[* к ^-величина соотпвлят'кх Акторов

ао

16

А -

величина пучения пород за счет ¡^д" миграционного льдонакопления

величина пучения пород за счет 'порового льдонакоплёния

¡'¡-величина уа.пкп тплои поч" пор-.

^-результирующая величина пучения

Рис. 2 Гистограммы соотношения суммарного деформирования промерзающих порог, и . -

ляющих Факторов в естественных условиях (а), в условиях снятого растительною г,л„„ , —.. —......... —------------ • -ч - ------------------------- "

•терпок-

- ^ -

покрытиями дали весьма интересные результаты. Так, например, при покрытии пленкой участка поверхности плошадью юо кв. м. на высоте 5-7 см в летний период величина пучения пород за зиму составила 4,2 см по сравнению с 12,8 см на рядом расположенной площадке в естественных условиях, причен скорость пронерзания пород под пленкой составила 0.000986 м/час, что в 2, 2 раза выше. Пленочное покрытие сыграло роль поршневого эффекта в обезвоживании пород до начала их промерзания.

Особую опасность при проведении открытых горных работ, частичной планировке поверхности представляет инъекционное пучение, возникающее в результате развития гидростатических давлений до нескольких десятков НПа. Многочисленные наблюдения на участках Удоканского ГОКа, Татауровского угольного месторождения, Орловского ГОКа показывают, что любые тскусственные нарушения условий теплообмена на поверхности в области неглубокого сезонного оттаивания пород приводят к увеличению глубины оттаивания в 1,7-2,5 раза, формирующийся "карман" является зоной аккумуляции наднерзлотного стока и в последующем образованием занкнутой водонасышенной промерзающей систе-ны. Как правило, такие вспучивания, образованные у оснований низовых откосов дамб хвостохранилиш приводят к существенному уненыэе-нию их устойчивости.

Характеризуя обратный пучению пород процесс осадки следует остановиться на неоднозначности, как указывали многие исследователи, направленности данного процесса. В зависимости от целого комплекса таких внутренних процессов, как теплоперенос, миграция связанной воды под действием термодинамических потенциалов грунтовой влаги, набухание, обезвоживание в результате фильтрации воды, миграции в мерзлую зону оттаивающих пород, испарения, транспирации растительностью и т. д. может происходить как опускание поверхности пород, так и ее поднятие. Результаты натурных наблюдений показывают, что в супесчано-суглинистых породах в области вечнонерзлнх пород при их среднегодовых тенпературах ниже -г.5 град роль положительных деформаций в суммарной осадке оттаивающих пород составляет 40-47 х. В оттаивающих монтмориллонитовых глинах эта доля достигает 100-1207.. в целон следует отметить, что осадки оттаивающих пород в значительной степени определяются посткриогеннын строением. При трехслойном криогенном строении пронерзшего слоя (рис.1) разуплотнение средней зоны при оттаивании происходит в течение 2-2.5 месяцев, т. е. практически весь летний период . Изменение условий теплообмена на поверхности приводит, в первую очередь, к изменению глубин оттаивания пород.

Смешение пород по склонам, происходящее в результате медленных вязкоплатических течений под действием градиентов сил гравитации, а

также в виде быстрых сплывов в результате потери прочности пород при техногенных нарушениях, как. например, увеличение угла откоса бортов карьера, подрезка склонов, обустройство дренажно-осушитель-ных работ и др. наиболее широко развито на обьектах предприятий горнодобывающей промышленности Забайкалья в силу чрезвычайно высокой расчлененности рельефа.

В настоящее время известно, что вязкопластические деформации пород на склонах подчиняются закону Бингана-Иведова. в соответствии с которым скорость развития снещения пород описывается уравнением

вида: „ , /,

а"т - (г к - 1 т) /

где £ - коэффициент вязкости пород, сПуаз; Хк - касательное напряжение сдвига, Ш1а; Т-г - предел текучести (по Н. Н. Наслову - порог ползучести), кпа.

Прининая данное выражение за основу и учитывая, что на породы на склонах действуют гравитационные, Фильтрационные, температурные, влажностно-плотностные потенциалы можно рассчитать скорость смешения пород по следующему выражению:

- 2>Г(Тсх 8т, А + рг^^-^скСОзАЧо-р - с)]

с) г " ''" ь

где ^ - угол наклона склона (борта карьера), град; ^»р- угол внутреннего трения, град; с - сцепление пород, НПа; в" соответствен но объемная масса пород и плотность воды.

современные представления о развитии вязкопластических дефор-иаций в грунтах связаны с Формированием прочности единичных контакто между глинистыми частицами. Экспериментальные исследования показывают. что действительно при формировании коагуляционных контактов скорость вязкопластических деформаций скачкообразно возрастает. В дальнейшем, при сдвиге частик происходит образование переходных контактов, т. е. нарушается контакт нежду глинистыми частицами через пленки связанной воды. Последующее смешение пород возможно только при уменьшении неизрасходованной энергии Гиббса, другими словами при Формировании диффузного слоя глинистых частиц.

Нноголетние натурные наблюдения, за вязкопластическими деформациями пород проведенные с помощью самописцев доказывают достоверность вышеизложенного (рис. 3).

Однако, в медленном смешении пород на склонах и уступах поми-но вязкопластических деформаций большую роль играют десерпдионные механизмы смешения, причем, данные наблюдении показывают, что при углах наклона более 10 град, роль криогенной и гидрогенной десер-пдии резко возрастает, а при углах в 22 град, доля вязкопластических

Рис. 3 Динамика вяэкопластического смещения пылеватой супеси по глубине и во времени на склонах крутизной 5 (а) и 1< Сб; градусов

и десерпционных деформаций уравнивается (при прочих равных условиях На рис. 4 приведены результаты смешения грунтов на склонах различной крутизны в зависимости от механизмов деФорнадий.

Быстрые сплывы пород связаны с резкой потерей несущей способности в результате как техногенных, так и естественных Факторов. Такие сплывы происходят, как правило, по оттаивающему сильнольдисто ну основанию, когда угол внутреннего трения пород уменьшается ниже критического, опенка развития таких деформация проведена по резуль тататам экспериментальных лабораторно-полевых исследований (рис. 5).

Наиболее слабо изученным и в то же время повсеместно развивающимся процессом при производстве открытых горных Работ является термоэрозия и термосуффозия песчано-пылеватых частиц. Наиболее опасным является механическая термосуффозия, связанная с выносом из пород под действием Фильтрационного потока влаги глинисто-пыле-ватой и тонко-мелкозернистой песчаной Фракций из бортов карьеров, оснований дамб хвостохранилиш поскольку это приводит к нарушению устойчивости сооружений.

Экспериментально установлено, что в зависимости от вышевыделенных типов криогенного строения пород развитие этих процессов в мерзлых породах происходит объемным путем, то есть под тепловым воздействием фильтрационного потока влаги происходит вытаивание прослоев льда (мгновенного эффекта "схлапывания" не происходит) и за счет кинетической энергии водного потока на поверхности, с одной стороны, и гидродинамического потока по вытаявшим прослоян, с другой, происходит объемный размыв пород. Мощность такой единовременной зоны размыва изменяется от нескольких десятков сантиметров до нескольких метров. В работе впервые установлены количественные зависимости размыва пород от всего комплекса мерзлотных факторов.

На основе обобщения результатов проведенных иследований разработаны методы прогнозирования криогенных процессов и направленного управления ими при разведке и эксплуатации объектов горнодобывающей промышленности^ Аля удобства и практического использования прогнозных схем разработаны и приведены в работе номограммы, с помощью которых определяется величина (интенсивность) проявления того или иного процесса в зависимости от факторов природно-геологической .среды (рис. 4 ). Проверка полученных результатов прогнозирования и расчетов на"ЭШ на объектах вачинского. Удоканского, татауровского месторождений. Орловском ГОКе показала достаточно хорошую сходимость Погрешность во всех случаях не превышала 10*.

Разработанные схемы управления криогенными процессами при разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых включают в себя группы приемов по направленному управлению процессом, которые

- iL) -

подразделяются на системы . в свою очередь каждая система рассматривает параметры, через которые могут быть преобразованы элементы природного комплекса. Особым разделом в представленных схемах управ ления выделено качественное влияние параметров на составляющие того или иного процесса, т. е. приведена графическая закономерность изменения величины процесса от составляющих его Факторов. Последним раз делом является перечень конкретных приенов управления процессом.

Разработанные по результатам исследовании основные рекомендаци а также прогнозные схемы управления криогенными процессами внедрены в производство на Вачинском золоторассыпном месторождении, Удоканс-кон горно-геологическон предприятии, забайкальской тресте инженерно строительных изысканий, Орловском ГОКе.

фактический экономический эффект составил 1,2 млн. руб (1992 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи рационального освоения месторождений полезных ископаемых на базе комплексного изучения природы, динамики и закономерностей развития криогенных процессов и их влияния на устойчивость и эксплуатацию проектируемых инженерных сооружений горнодобывающих предприятий. Основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующим.

1. Выявлен механизм развития криогенных процессов с теплоФи-зических и Физико-химических позиций промерзающих и оттаивающих дисперсных систем, что позволило разработать нетодику комплексных инженерно-геокриологических исследований изучения криогенных процессов при разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых.

2. Установлена динамика развития криогенных процессов по глубине и во времени. Доказано, что интенсивность развития процессов обусловлена термодинамическими условияни промерзания (оттаивания) пород, в первую очередь, и грунтово-влажностныни условияни, во

вторую.

3. Установлены количественные дву- и многосторонние зависимости развития криогенных процессов в породах различного состава, строения и свойств, термодинамических условий промерзания (оттаивания) пород с учетом как естественной эволюции природной обстановки. так и при частичном или полном ее изменении в ходе интенсивного горно-производственного освоения территорий. Приведены количественные характеристики всех сопутствующих процессов, определяют» основной, а также показана доля каждого из параметров в развитии того или иного процесса.

4. На основе установленных закономерностей разработали математические нодели прогноза криогенных процессов и осуществлены расчеты на ЭВМ с проверкой результатов на ряде горнодобывающих предприятий Забайкалья при хорошей сходимости теоретических и экспериментальных данных.

5. Разработаны прогнозные схемы направленного управления криогенными процессами, что позволило наиболее рационально обосновать комплекс защитных нер для проектируемых и эксплуатирующихся горнодобывающих предприятий.

6. Разработаны и внедрены элементы методики и практические ре-омендадии по проведению инженерно-геологических и горных работ и прогнозу криогенных процессов при горнопромышленном освоении месторождений полезных ископаемых на Вачинскон золоторассыпном месторождении. Удоканскон горно-геологическон предприятии, забайкальском тресте инженерно-строительных изысканий, Орловском ГОКе с экономическим эффектом 1,2 млн. руб (1992 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Методика прогноза криогенных процессов на различных стадиях инженерно-геологических исследований //Петров В. С. , Кондратьев В. Г. , петрова н. А. .Репин А. г. геокриологический прогноз при строительном освоении территорий, И. , 1985. кн. 1.

2. Особенности развития осадки сезоннооттаиваюших дисперсных пород при различных условиях теплообмена на поверхности //петров в. с., Петрова H.A. Проблемы освоения Удоканского ТПХ, Чита 1985.

3. Особенности развития дефорнаций пучения в пронерзаюшпг крупнообломочных грунтах // петров в. с.. петрова н. А. проблены фун-данентостроения на пучинистых грунтах. Чита 1985.

4. Методика изучения солифлюкции //Петров В. С., Каверзина И. В. , петрова м. А.. Репин А. г. инженерно-геологические изыскания в области вечной мерзлоты. Благовещенск. 1986.

5. Динаника сжимаемости оттаивающих грунтов по глубине СТС // Петров В. С. . Репин А. Г. . Петрова Н. А. инженерно-геокриологические проблены Забайкалья. Чита, 1987.

6. Критические значения параметров, определяющих развитие вяэкопластических деформаций грунтов на склонах // Петров в. с. . Петрова H.A. Проблемы инженерно-геологических изысканий в криоли-тозоне. Нагадан, 1989.

7. Расчетная оценка течения грунтов по склону //петров в. с., Петрова H.A. Инженерно-геокриологические проблемы Забайкалья.

Н. . Наука, 1992.

8. закономерности развития пучения грунтов в условиях северного Забайкалья. Инженерно-геокриологические проблены Забайкалья. Чита, 1987.

9. Динамика летнего деФорнирования грунтов, находящихся в различных природных и термодинамических условиях оттаивания //Петров В. С. , Репин А. Г. Актуальные проблены наук о Земле. Чита, 1990.