ЗОЛОТО

Что такое вечная мерзлота. Горнотехнические условия ведения горных работ в вечной мерзлоте

Более трехсот лет отделяют нас от того времени, когда русские воеводы П. Головин и М. Глебов принесли известие о краях с вечно мерзлой землей. Позднее вечную мерзлоту изучали видные русские ученые В. А. Обручев, И. Д. Черский, И. А. Лопатин. В 1889 г. впервые была составлена карта распространения вечной мерзлоты на территории России.

Область распространения вечномерзлых пород очень обширна – это вся Восточная Сибирь и широкая полоса по нижнему течению великих сибирских рек простирающаяся на юг до Монголии.

До Великой Октябрьской социалистической революции северо‑восточные районы России изображались на географических картах огромным белым пятном. Никто не знал, что таят в себе заснеженные горные хребты, необъятная угрюмая тайга и суровая, на первый взгляд, безжизненная тундра.

До 1926 г. имелись лишь самые общие сведения о полезных ископаемых Северо‑Востока нашей страны, гидрогеологических условиях их залегания, формах распространения вечной мерзлоты. В 1926–1927 гг. районы реки Колымы изучались геологической экспедицией во главе с академиком С. В. Обручевым. Работа советских разведчиков недр изменила прежнее представление о географии и геологии этого необозримого края.

Геологические экспедиции 1928–1929 гг., возглавляемые выдающимся геологом Ю. А. Билибиным, положили начало планомерному и подробному изучению природных богатств Северо‑Востока СССР (Магаданская область, Якутская АССР, районы, расположенные восточнее Лены). На огромной площади – около 3 млн. км² были открыты крупнейшие месторождения многих полезных ископаемых, в том числе и золота.

Суровый климат и, главное, вечная мерзлота предопределили огромные трудности в освоении природных богатств этого края. В большинстве районов Северо‑Востока среднегодовая температура отрицательная: в Магадане, например, она равна –4,1°. Вся территория Северо‑Востока, за исключением прибрежной полосы, отличается сухими, холодными, продолжительными (семь‑восемь месяцев) зимами и коротким летом. Длительность весны и осени составляет одну – три недели.

Районы, прилегающие к морям, характеризуются морским климатом с более теплыми зимами, частыми и сильными ветрами (скорость ветра, например в районе Чукотского полуострова, достигает 45–50 м/сек), с холодным туманным и сырым летом. Снежный покров распределен неравномерно, что сказывается на промерзании торных пород в осенне‑зимние месяцы.

В центральной части Северо‑Востока климат резко континентальный. В пределах этой территории расположен Верхояно‑Оймяконский полюс холода. Средняя месячная температура января в отдельных пунктах достигает – 50°, а абсолютный минимум –72° (Усть‑Нера). Самый теплый месяц года – июль, средняя температура которого составляет +15,3°.

Однако наиболее существенным фактором, влияющим на горные работы, являются не суровые климатические условия, а вечная мерзлота.

Вечной мерзлотой называется слой грунта (почвы, горной породы), находящийся на некоторой глубине от поверхности и имеющий постоянно отрицательную температуру. Зона земной коры, состоящая из мерзлых почв и горных пород, называется мерзлой. Нижняя граница вечной мерзлоты – это поверхность, ограничивающая слой вечной мерзлоты снизу, где температура породы равна нулю. Вертикальное расстояние между верхней и нижней границами вечной мерзлоты составляет ее мощность.

В толще горных пород с постоянно отрицательной температурой имеются трещиноватые, коренные, осадочные и другие виды рыхлых пород, сцементированных льдом. На их разрушение в процессе добычи полезных ископаемых требуется во много раз большее количество энергии, чем при разработке аналогичных пород, находящихся в талом состоянии. При этом оттаивание мерзлых пород в верхнем слое значительно ухудшает горнотехнические условия ведения горных работ. Приходится всемерно поддерживать мерзлое состояние пород, чтобы сохранить их устойчивость и тем самым изолировать горные выработки от доступа поверхностных и грунтовых вод. Периодическое оттаивание пород создает, в частности, большие трудности при разработке золотоносных песков подземным способом в летнее время.

Тепловой режим мерзлых горных пород регулируется в процессе проветривания горных выработок. Подогревая или охлаждая воздух, подаваемый в шахту, а также изменяя скорость вентиляционной струи, можно обеспечить постоянство мерзлого состояния пород и, следовательно, их устойчивость. Таким же способом возможно предупреждать обледенение стволов шахт и горизонтальных выработок.

Практика показывает, что улучшение горнотехнических условий ведения горных работ и повышение их эффективности в вечной мерзлоте зависят от искусства сохранения естественного состояния горных пород при подземном способе разработки месторождений и создания условий для ускоренного оттаивания горных пород при открытом способе.

В одних и тех же горногеологических условиях, при одной и той же системе разработки и аналогичных горных машинах производительность и качественные показатели горных работ в условиях вечной мерзлоты могут быть различны в зависимости от того, насколько успешно осуществляется оттаивание горных пород или поддержание их в мерзлом состоянии.

Применение высокопроизводительных горных машин для разработки месторождений полезных ископаемых в условиях вечномерзлых пород в сочетании с эффективным управлением тепловыми процессами на открытых и подземных работах открывает широкие перспективы для дальнейшего повышения производительности труда и снижения себестоимости добычи полезных ископаемых на предприятиях, расположенных в районах вечной мерзлоты.