Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН, г. Якутск, РФ:

Захаров Е. В., старший научный сотрудник, канд. техн. наук, zaharoff@igds.ysn.ru

Курилко А. С., заместитель директора, д-р техн. наук, a.s.kurilko@igds.ysn.ru

Приведены результаты экспериментальных исследований изменения удельной энергоемкости разрушения карбонатных пород алмазных месторождений Якутии под действием циклического замораживания —оттаивания. Исследовались образцы кимберлита трубок «Интернациональная» и «Мир», а также известняки трубок «Удачная» и «Айхал» АК «АЛРОСА». Разработана методика, позволяющая с высокой степенью достоверности проводить сравнительные испытания по разрушению горных пород после различного рода воздействий, в частности после знакопеременного температурного воздействия. С ее помощью установлено, что после первых 3–5 циклов замораживания—оттаивания в аквальной среде происходит снижение энергоемкости разрушения кимберлита в 3–5 раз, а известняков — в 2–3 раза. Исследованиями по дезинтеграции горных пород показано, что под воздействием первых трех циклов замораживания—оттаивания в аквальной среде около 70 % первоначальной фракции кимберлитов трубок «Интернациональная» и «Мир», а также 50 % известняков трубок «Удачная» и «Айхал» самопроизвольно дезинтегрируются и переходят в более мелкие классы крупности. Дезинтеграция исследованных образцов и снижение энергоемкости их разрушения объясняются развитием и накоплением повреждений в горной породе под действием циклического замораживания—оттаивания. Эти повреждения вызываются прежде всего замерзанием и миграцией влаги, находящейся в порах породы, а также термическими напряжениями, связанными с изменением объема минеральных зерен, слагающих породу, в соответствии с их коэффициентами теплового расширения.

1. Захаров Е. В., Курилко А. С. Локальный минимум энергоемкости разрушения скальных пород в диапазоне отрицательных температур // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014. № 2. С. 94–99.
2. Татауров С. Б. Трансформация и переработка золотосодержащего сырья в криолитозоне. М.: Горная книга, 2008. 318 с.
3. Захаров Е. В. Удельные показатели разрушения скальных пород под влиянием криогенного выветривания // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2016. № S21. С. 90–100.
4. Симонов П. С., Кашапова Е. П., Лисенков Е. А. Исследование энергоемкости разрушения бетона ударом падающего груза // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2015. Т. 1. С. 49–52.
5. Новопашин М. Д., Курилко А. С. Дезинтеграция кимберлитов под воздействием циклов замораживания—оттаивания // Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды: труды конференции с участием иностранных ученых, г. Новосибирск, 10–13 октября 2006 г. Новосибирск, 2007. С. 68–73.
6. Вайсберг Л. А., Каменева Е. Е. Изменение структуры горных пород при цикличном замораживании и оттаивании // Обогащение руд. 2015. № 2. С. 28–31. DOI: 10.17580/or.2015.02.06.
7. Дмитриев А. П., Гончаров С. А. Термодинамические процессы в горных породах: учебник для вузов. М.: Недра, 1983. 312 с.
8. Leonovich S., Zaitsev Yu., Tsuprik V., Kim L. Frost destruction and fracture mechanics of concrete // Полярная механика. 2016. № 3. С. 687–694.
9. Mellor M. Phase composition of pore water in cold rocks. US Army Corps of Engineers, Cold Region Research and Engineering Laboratory Research Rept. 202, 1970. 61 p.
10. Шестернев Д. М. Криогипергенез и геотехнические свойства пород криолитозоны. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. 266 с.
11. Matsuoka N. Microgelivation versus macrogelivation: towards bridging the gap between laboratory and field frost weathering // Permafrost and Periglacial Processes. 2001. Vol. 12. P. 299–313.
12. Hale P. A., Shakoor A. A laboratory investigation of the effects of cyclic heating and cooling, wetting and drying, and freezing and thawing on the compressive strength of selected sandstones // Environmental and Engineering Geoscience. 2003. Vol. 9, No. 2. P. 117–130.
13. Freire-Lista D. M., Fort R., Varas-Muriel M. J. Freeze–thaw fracturing in building granites // Cold Regions Science and Technology. 2015. Vol. 113. P. 40–51.
14. Fener M., İnce İ. Effects of the freeze–thaw (F–T) cycle on the andesitic rocks (Sille-Konya/Turkey) used in construction building // Journal of African Earth Sciences. 2015. Vol. 109. P. 96–106.
15. Zhou Ke-ping, Li Bin, Li Jie-lin, Deng Hong-wei, Bin Feng. Microscopic damage and dynamic mechanical properties of rock under freeze–thaw environment // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2015. Vol. 25, Iss. 4. P. 1254–1261.
16. Lubera E. Frost weathering of selected rocks in the Tatra Mountains // Quaestiones Geographicae. 2014. 33 (1). P. 75–88.
17. Гончаров С. А. Резерв снижения энергозатрат при добыче и переработке железных руд // Горный журнал. 2016. № 6. С. 96.
18. Курилко А. С., Захаров Е. В., Попов В. И. Знакопеременные температурные воздействия как фактор энергосбережения для технологий комплексной подготовки рудного сырья в условиях криолитозоны // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. № 5. С. 84–91.
19. Соловьев Д. Е., Хохолов Ю. А., Захаров Е. В. Изменение контуров незакрепленной горной выработки под действием циклов замораживания—оттаивания // Тр. Всерос. науч.-практ. конф. «Геомеханические и геотехнологические проблемы эффективного освоения месторождений твердых полезных ископаемых северных и северо-восточных регионов России», посвященной памяти чл.-корр. РАН Новопашина М. Д. Якутск: ИМЗ СО РАН, 2011. С. 68–72.
20. Вайсберг Л. А., Зарогатский Л. П. Дезинтеграция кимберлитовых руд, обеспечивающая сохранность кристаллов алмазов // Цветные металлы. 2003. № 10. С. 48–49.
21. Григорьев Ю. М., Миронов В. П., Тарасов П. П. Избирательная дезинтеграция кимберлита в лабораторных условиях // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2017. № 2. С. 52–58.