Установлены закономерности изменения внешней и полной удельных поверхностей известняка и кимберлита ряда алмазных месторождений Якутии под влиянием знакопеременного температурного воздействия. Исследовали образцы горных пород двух классов крупности: -20+10 мм и -2+1 мм. Внешнюю удельную поверхность образцов крупностью -20+10 мм определяли с помощью гранулометрического анализа. Под воздействием 10 циклов замораживания-оттаивания в водной среде, внешняя поверхность карбонатных пород трубки "Удачная" и трубки "Айхал" увеличивается в 3-12 раз. Внешняя поверхность кимберлита трубки "Интернациональная" и трубки "Мир" увеличивается в 8-14 раз. Полную удельную поверхность образцов крупностью -2+1 мм определяли многоточечным методом БЭТ на приборе "Сорбтометр-М". Проведенными экспериментальными исследованиями установлено, что под воздействием 5-10 циклов замораживания-оттаивания в водной среде, полная удельная поверхность образцов кимберлита трубки "Удачная" увеличивается на 38%, карбонатных пород трубки "Удачная" (доломит, доломитизированный известняк, известняк) увеличивается на 2-12%, а полная удельная поверхность образцов известняка карьера "Мохсоголлох" увеличивается на 5%. Интенсивность образования как внешней, так и полной удельной поверхности образцов зависит от среды, в которой происходит насыщение и замораживание образцов, пористости, минерального состава горной породы, а также масштабного фактора. Полученные результаты помогут понять механизм образования, зарождения и распространения дефектной структуры горных пород под действием знакопеременного температурного воздействия, приводящих в конечном итоге к дезинтеграции горных пород. Ключевые слова : циклы замораживания-оттаивания, кимберлит, дезинтеграция, удель ная поверхность, метод БЭТ, разрушение
The mechanisms of change in external and total specific surfaces under alternating thermal forces are determined for limestone and kimberlite from a few diamond deposits in Yakutia. The test specimens of rocks differed in grain sizes by an order of magnitude: -20+10 mm and -2+1 mm. The external specific surface of the specimens with the grain size of -20+10 mm was determined by the grain size analysis. After 10 cycles of freezing-thawing in aqueous medium, the external surface of carbonate-bearing rocks from Udachnaya and Aikhal Pipes increased by 3-12 times. The external surface of kimberlite from Internatsionalnaya and Mir Pipes enlarged by 8-14 times. The total specific surface of the specimens with the grain size of -2+1 mm was estimated using the BET method on Sorbtometr-M analyzer. The tests show that after 5-10 cycles of freezing-thawing in aqueous medium, the increase in the total specific surface makes 38% for kimberlite from Udachnaya Pipe, 2-12% for carbonate-bearing rocks from Udachnaya Pipe (dolomite, dolomitic limestone, limestone) and 5% for limestone from the Mokhsogollokh surface mine. The intensity of formation both of external and total specific surfaces depends on the saturation and freezing medium, porosity and mineral composition of rocks and on the scale factor. The research findings help understand the mechanism of initiation and growth of structural defects in rocks under alternating thermal forces, which finally result in total disintegration

Для отработки подкарьерных запасов трубки ҺУдачнаяһ принята система этажного обрушения с одностадийной выемкой под породной предохранительной подушкой. Для безопасного выпуска руды подушка должна сохранять сыпучие свойства в течение всего периода существования рудника. Для изучения процесса льдонакопления разработана общая математическая модель теплои массопереноса, учитывающая три процесса, происходящие в породной подушке: инфильтрация жидкой влаги за счет атмосферных осадков, фильтрация влажного воздуха и теплоперенос с фазовыми переходами влаги. Рассмотрено воздействие атмосферных осадков и рудничного воздуха на льдонакопление в предохранительной подушке. Математическая модель позволяет рассчитать образование льда в пустотах материала подушки за счет инфильтрации воды и конденсации влаги из влажного рудничного воздуха. Рассмотрена породная подушка толщиной 30 м. Численные расчеты проведены для хорошо проницаемых и слабопроницаемых горных пород. Разработанные математические модели теплои массообмена и программы расчета температурно-влажностного состояния предохранительной подушки при фильтрации влаги могут служить основой для прогноза интенсивности смерзания и для управления процессом безопасного равномерного опускания подушки
For the extraction of mineral reserves of Udachnaya Pipe under the open pit bottom, the system of one-stage caving under a safety cushion is accepted. To ensure the mine safety, the cushion should preserve looseness within the whole mine life period. Developed for the analysis of ice accumulation, the general mathematical model of heat and mass transfer takes into account three interfering processes running in the safety rock cushion, namely, seepage of moisture from atmospheric precipitation, leak of moist air and heat transfer during phase transformations of moisture. It is analyzed how atmospheric precipitations and mine air affect the process of ice accumulation in the safety cushion. The mathematical model allows calculating ice formation in voids of the cushion owing water seepage and condensation of moist mine air. The model efficiency is discussed in terms of the calculations for a rock safety cushion 30 m thick. The calculations are performed for readily and weakly permeable rocks. For the readily permeable rocks, the maximum ice content is 0.1 at a depth of 1.5 m in the first summer and 0.15 at a depth of 2.2 m in the first winter. In the second summer, the maximum ice content is also observed at the depth of 2.2 m; moreover the ice content grows, which blocks pores. In case of the weakly permeable rocks, ice accumulates at a depth of 1.9 m. At the bottom of the cushion, rocks gradually thaw under leakage of air from the mine irrespectively of the season. In addition, ice accumulates in the cushion owing to condensation of moisture from the mine air. The ice content curve contains a characteristic “hump” which drifts toward the upper boundary of the cushion with time. The hump drifting is less intensive in the weakly permeable rocks. The developed mathematical models of heat and mass transfer and the programs for calculating temperature and moisture content of the safety cushion under moisture seepage can be used to predict rate of adfreesing in rocks and to control safe and uniform subsidence of the cushion. The calculation results will help develop guidelines on making safety cushions, maintaining their year-round flowability and permeability, as well as improving safety of underground extraction of diamond pipe reserves

Приведены результаты экспериментальных исследований влияния отрицательных температур на удельную энергоемкость процесса разрушения горных пород. Показано, что удельная энергоемкость разрушения пород карьеров "Удачный" и "Айхал" ЗАО АК "АЛРОСА", а также карьера "Мохсоголлох" ОАО "ЯкутЦемент" после воздействия отрицательных температур снижается до 2 раз.

Свойства мерзлых грунтов определяются многими факторами и существенно зависят от температуры, влажности, гранулометрического состава, насыпного веса и т.д. Для выяснения характера деформирования и разрушения образцов мерзлых грунтов, отобранных с берегов техногенного озера, образованного на дне отработанного карьера "Интернациональный", были проведены исследования их основных физико-механических свойств и испытания на одноосное сжатие искусственно изготовленных образцов кубической формы с ребром 100 мм. Проведенные испытания показали, что в исследуемом грунте отсутствуют легкорастворимые соли, но в незначительном количестве присутствуют среднерастворимые (загипсованность 1,12 %). Ввиду незначительного содержания солей замораживание образцов происходит при минимальной отрицательной температуре. Прочность мерзлых образцов значительно увеличивается с понижением температуры, однако при нижнем и верхнем пределе пластичности практически не отличается. Получены линейные зависимости прочности мерзлых грунтов, отобранных со дна карьера ҺИнтернациональныйһ, от температуры при различной влажности. В мерзлом состоянии при температуре -3 °C и влажности 16 % средняя прочность искусственно изготовленных образцов составляет 2,34 МПа, а при влажности 26 % - 2,93 МПа. С дальнейшим понижением температуры до -5 °C средняя прочность образцов породы возрастает до 4 МПа, а при температуре -10 °C средняя прочность образцов породы достигает 7 МПа. Определено, что при температуре ниже -7 °C исследуемые грунты переходят в разряд скальных грунтов малой прочности.