Введение к работе
"
Актуальность темы. Доминирующим способом разработки россыпных месторождений на Северо-Востоке России является открытый. Удельный вес открытых горных работ составляет почти 90Я». Из этого обьема 4-5 приходится на гидравлический способ, несмотря на то, что он выгодно отличается от других способов.
Главное отличие его заключается в том, что он объединяет в непрерывный' технологический цикл основные операции по добыче полезных ископаемых - водно-тепловую подготовку мерзлых пород, вскрышные работы, добычу и предварительное обогащение песков. Совмещение операций подготовки песков к выемке и добычи позволяет снизитиь затраты на разработку месторождений, так как затраты на эти работы на предприятиях Северо-Востока составляют от 20 до 0% общей стоимости разработки горной массы.
Более широкое применение гидравлического способа на территории распрострянения многолетнемерзлых горных пород сдерживается слабой изученностью физических процессов, на которых основана технология гидроразработки мерзлых пород, и нестабильностью полученных технико-вкономических показателей применявшихся технологических схем гидравлического способа.
При исследовании термоэрозионных процессов в области распространения многолетнемерзлых'пород недостаточное внимание уделяется физическим процессам, возникающим в мерзлой породе под воздействием воды, что не позволяет объяснить более интенсивный размыв мерзлых пород, чем талых, несмотря на то, что механическая прочность первых всегда выше.
Таким обраеом, изучение механизма разрушения мерзлых дисперсных пород под воздействием водной среды, как теплоносителя и фактора вызывающего разрушение, является актуальной научной задачей, решение которой позволит сформулировать инженерно-технические принципы проектирования гидравлических способов разработки мерзлых россыпей, учитывающих особенности их строения и залегания, и разработать, мероприятия, направленные на защиту территорий, сложенных
многолетнемерзлыми породами, от термоэрозионных процессов.
Цель работы - исследование эффекта автотерминации при разрушении мерзлых глинистых пород в водной среде и объяснение его механизма (автотерминация - самопрекращение).
Идея работы (гипотеза) заключается в том, что разрушение мерзлых глинистых пород, под воздействием воды, происходит по неизвестному ранее автотерминирущему механизму, проявляющегося при определенных условиях, на образование которого существенное влияние оказывает коэффициет линейного' расширения породы, меняющий свой знак вблизи 0С.
Задачи исследований:
- разработать методику и провести исследования по
разрушению мерзлых глинистых пород в водной среде;
- установить зависимость параметров разрушения мерзлых
дисперсных пород от их физико-механических свойств;
- определить оптимальные соотношения параметров и
факторов, при которых автотерминирующее разрушение происходит
наиболее эффективно;
исследовать динамику температурного поля в образцах мерзлых глинистых пород при их контакте с водной средой;
исследовать коэффициент линейного расширения мерзлых дисперсных пород вблизи 0С;
- выдать рекомендации к технологическим схемам гидравлической разработки многолетнемерзлых отложений.
Методы. исследований включают анализ и обобщение
литературных данных, проведение лабораторного эксперимента,
физическое моделирование процесса теплообмена, обработку
кспериментальных данных с привлечением методов математической
статистики.
Основные научные положения, защищаемые в работе сводятся к следующему:
- разрушение мерзлых глинистых пород в водной среде
при отсутствии сноса оттаявших частиц автотерминируется;
интенсивность разрушения поверхности мерзлых пород,- у которых зависимость коэффициента линейного расширения от температуры при ее увеличении имеет аномалию - смену знака при температурах, близких к 0С - выше, чем талых;
коэффициент линейного расширения мерзлого образца при его взаимодействии с водной средой становится отрицательным, в результате чего на поверхности образца возникают растягивающие
деформации, которые вызывают образование сетки
трещин-капилляров треугольного сечения с раскрытием устья.
Образование капилляров в образце сопровождается проникновением
в них воды с большой скоростью (во-первых, в капиллярах вакуум;
во-вторых, свежеобразованная поверхность гидрофильна;
в-третьих, капилляры имеют треугольное сечение), вызывающим . микроудары, кавитацию, воздействующие на стенки капилляров и выбрасывающие из него разрушенный материал.
Достоверность научных положений, выводов и результатов, полученных в . диссертационной работе, обеспечивается большим объемом статистически обработанных экспериментальных данных, хорошей сходимостью теоретических -. и . експериментальних зависимостей, не противоречием основных следствий из гипотезы о механизме разрушения данным, опубликованными в литературе.
Научное значение работы состоит в том, что в ней развиты представления о механизме разрушения мерзлых дисперсных пород под воздействием водной среды, как теплоносителя и фактора, вызывающего разрушение.
Практическое значение работы состоит в том, что результаты выполненных исследований могут быть использованы - для интенсификации процессов разрушения при гидравлической разработке россыпных месторождений, создании подземных полостей методом скважинной гидроразработки, разработки мероприятий, направленных на защиту территорий, сложенных многолетнемерзлыми породами, от термоерозионных процессов и позволят строго сформулировать научно-технические принципы проектирования гидравлических способов разработки мерзлых россыпей.
Апробация. Результаты исследований и основные материалы
диссертационной работы 'докладывались на X Всесоюзной научной
конференции вузов СССР с участием научно-исследовательских
институтов " Физические процессы горного производства".(Москва,
1991), научных семинарах лаборатории геомеханики
многоле.тнемерзлых горвйК пород и на ученых советах ИГДС СО РАН (1990-1993 гг.).'
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 4 статьи, подана одна заявка на предполагаемое изобретение.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения и содержит 134 страницы машинописного текста, 38 рисунков, 7 таблиц и списка литературы
из 98 наименований.
