Файл: Павлов, А. В. Искусственное оттаивание мерзлых пород теплом солнечной радиации при разработке россыпей.pdf

загрязнение и разрушение под действием атмосферных факто­ ров, а также старение полимера, что снижает эффективность. Так, например, на месторождении р. Дарасун разность между температурой поверхности породы под нестабилизированной полиэтиленовой пленкой и температурой воздуха составляла 6—7° в начале и 2,2° в конце сезона.

Способ послойной разработки мерзлых пород по мере их оттаивания применяется па всех горнодобывающих предприя­ тиях Сибири и Дальнего Востока. Этим способом выполняют весь комплекс горных работ на предприятиях, ведущих откры­ тую разработку россыпных месторождений бульдозерно-скре­ перным способом, и значительный объем земляных работ при дражном и гидравлическом способах разработки. Вскрыша мерз­ лых пород на дражных полигонах осуществляется, как правило, лишь в первой половине летнего сезона, во второй — горные работы ведутся на тех участках полигона, где глубина протаивания превышает мощность разрабатываемого слоя.

Послойная разработка осуществляется бульдозерами пли скреперами слоями толщиной 20—40 см. При меньшей толщине слоев (и одновременном увеличении частоты срезки) произво­ дительность землеройных машин резко снижается, вследствие чего увеличиваются затраты на оттаивание.

Имеется опыт послойной разработки мерзлых пород гидрав­ лическим способом. На месторождении р. Кадали-Макит (ком­ бинат «Лензолото») применялась система разработки попутно­ боковыми забоями с расположением забойных мониторов на верхней бровке уступа. Ширина полигона на один забой 40— 60 м. Поочередно в стадии оттаивания и разработки на­ ходилось три-семь забоев, число рабочих забоев изменялось от одного до трех.

На ряде месторождений комбината «Алданзолото» испыты­ вался послойный способ оттаивания мерзлых песков с двойной перевалкой («сухая оттайка»). Технология его следующая: после вскрыши непродуктивной части россыпи разрабаты­ ваются пески со складированием их в пределах промышленного контура в отвалы, при отработке драгой этих участков произ­ водится планировка отвалов при помощи бульдозеров. В связи с большим объемом земляных работ, вызванных двухили трех­ кратной переработкой пород и, следовательно, значительными затратами на подготовку полигона и отработку, этот способ оттаивания применяется довольно редко.

4[А. В. Па*ло« в. А. О ловяи

Г л а в а II

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛО-И ВЛАГООБМЕНА В СЕЗОННОПРОТАИВАЮЩЕМ СЛОЕ ГОРНЫХ ПОРОД НА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ПЛОЩАДКАХ ТЕПЛОБАЛАНСОВОГО СТАЦИОНАРА

ВОКРЕСТНОСТЯХ Г. ЯКУТСКА

1.Задачи исследований, состав наблюдений

иоборудование теплобалансового стационара

Способы искусственного оттаивания, основанные на повы­ шении и аккумуляции солнечной энергии в верхнем слое гор­ ных пород, непрерывно совершенствуются. Совершенствование этих способов базируется на исследованиях процессов тепло-

ивлагообмена в самих промерзающих-протаивающих породах

ина их контакте с атмосферой. В следующей главе будут рас­ смотрены результаты исследований, выполненных непосредст­ венно на одном из участков горнодобывающих предприятий.

Вместе с тем проведение опытов в производственных усло­ виях неизбежно приводит к упрощению эксперимента, к недо­ статочно детальному изучению теплофизической сущности про­ цессов искусственного оттаивания пород. Поэтому необходимы стационарные наблюдения кругооборота тепла и влаги при различных методах мелиорации территории. Подобные иссле­ дования являются весьма ценными не только для решения задач горного дела, но и для сельскохозяйственного производства и строительства.

Впервые стационарные комплексные исследования круго­ оборота тепла и влаги в верхнем слое горных пород на площад­ ках с различными естественными покровами и искусствен­ ными покрытиями были начаты Институтом мерзлотоведения им. В. А. Обручева в 1956 г. в окрестностях Загорска с сезоннопромерзающими и Воркуты с многолетнемерзлыми породами (Павлов, 1965). Однако в этих местностях и районах россыпной добычи полезных ископаемых природные условия резко отлича­ ются. Поэтому в 1968—1969 гг. Институт мерзлотоведения СО АН СССР организовал в окрестностях г. Якутска теплоба­ лансовый стационар для проведения режимных исследований.

Природные условия в месте размещения стационара харак­ теризуются следующими данными: средняя годовая температу­ ра воздуха —10,2° С, норма осадков 194 мм, высота снежного покрова к концу зимы 30 см, температура пород на глубине нулевых годовых амплитуд та —2,0°.

.50

В теплобалансовом стационаре девять экспериментальных площадок, павильон для размещения регистрирующих при­ боров, аккумуляторная, павильон для хранения сезонного (предназначенного только для лета или зимы) оборудования

(рис. 2).

Площадка естественная (1) размером 50x50 м2 располагается в средней части лесной поляны на участке с лугово-степной растительностью (рис. 3). Она является эталонной для всех других тепломелиоратшшых площадок и позволяет выявить изменение составляющих тепло- и влагообмена и гидротерми­ ческого режима пород при наиравлепном изменении поверхност­ ного покрова, происходящем на других площадках.

Па этой же поляне размещаются семь тепломелиоративных площадок: с деревянными отмостками (3), асфальтированная (4), с пленочными покрытиями (5, 6), оголенная (7), с теплоизо­ ляционными покрытиями (8), с искусственным увлажнением

(9). Сплошной дощатый настил на площадке 3 способствует дополнительному зпмнему охлаждению пород, так как снежный покров в Якутип очень рыхлый и является хорошим теплоизолятором. Летом навес предохраняет землю от солнечной инсоляции. Продухи тем временем закрывают, чтобы снизить поступление теплого воздуха, который мог бы отеплить землю. Такие навесы, называемые отмостками, применяются для умень­ шения глубины сезонного протаивания пород. На площадке 4 изучается тепловой режим пород под асфальтовым покрытием— основным дорожным покрытием в условиях Якутии.

Площадки 5 и 6 предназначены для наблюдения за протанванием пород под светопрозрачнымн синтетическими пленками (полиэтиленовой, полиамидной и другими видами).

На оголенной площадке 7 летом периодически удаляют тра­ вяной, а зимой снежный покрсч. Таким способом имитируются поверхностные условия строительной площадки.

Площадка 8 служит для изучения теплозащитных свойств различных синтетических материалов — пенопластов, пенистых покровов. Опа разделена на четыре равные площадки (см. рис. 2) и до осени 1971 г. использовалась для изучения вли­ яния различных видов пленок на сезонное протаивание пород

(рис. 4).

Площадка 9 ограждена по периметру бетонной стенкой па глубину 2 м, выступающей над поверхностью земли на 0,5 м. Водонепроницаемое ограждение позволяет создавать различ­ ный режим затопления.

Площадка с дощатым навесом (3), асфальтированная (4), с пленочными покрытиями (6), оголенная (7) имеют размеры 20x20 м2. Площадка (5) предназначена для исследования крае­ вого эффекта при применении пленочных покрытий и размеры ее увеличены до 40x40 м2. Площадка с искусственным ув­ лажнением (9) составляет 10x10 м2.

Рис. 2. Схема расположения экспериментальных площадок^еплобалансового стационара.

1 — теплобалансовый павильон; 2 — аккумуляторная ; 3 — водоналивной бак; 4 — линии связи и электроснабжения; 5 — ограда; в — термометрическая скважина; 7— ак­ тинометрическая установка; 8 — термопарный комплект; 9 — мерзлотомер; ю — тепломер; 1 1 — градиентная установка; 12 — вышка в лесу; 1 3 — психрометриче­

ская будка; 1 4 — испарители и дождемеры.

Площадки: 1 — естественная, 2 — в лесу, з —,с дощатыми отмостками, 4 — асфаль­ тированная, 5, 6 — с пленочными покровами, 7 — оголенная, з — с теплоизоляцион­

ными покрытиями, 9 — с искусственным увлажнением.

В юго-западном направлении от поляны на расстоянии 100 м

1,6—1,8 м —супесь с прослойками песка или песок с прослой­ ками супеси; далее до 20 м —песок мелко- и среднезернистый, с редкими прослойками и ледяными линзами льда мощностью до 5 —10 мм, а до глубины 6 —8 м еще и с прослойками расти­ тельного детрита. Объемный вес пород сезонноталого слоя составляет 1,1—1,3 г/см3 на глубинах до 0,5 м и 1,4—1,5 г/см3

52