Мерзлая порода

МЁРЗЛАЯ ПОРОДА, мёрзлый грунт (а. frozen rock; н. gefrorenes Gestein; ф. pergelisol, permafrost, sol gele; и. roca соngelada, roca helada), — порода, имеющая отрицательную температуру и содержащая в составе лёд. Мерзлые породы называются многолетнемёрзлыми, если в условиях природного залегания они находятся в мёрзлом состоянии непрерывно (без оттаивания) в течение многих лет.

В мерзлых породах (нельдонасыщенных) содержатся твёрдая (минеральные и органические частицы и лёд), жидкая (незамёрзшая вода с растворёнными в ней веществами) и газообразная (воздух, пары воды и газы различных происхождения и состава) фазы. В льдонасыщенных грунтах газообразная фаза отсутствует. Соотношение фаз зависит от внешних воздействий — давления и температуры. Содержание незамёрзшей воды резко уменьшается с понижением температуры и возрастает с увеличением дисперсности (удельной поверхности) грунта. Лёд содержится в виде льда-цемента и в виде ледяных включений (шлиров) различных размеров и генезиса. Содержание льда в мерзлых породах обусловливает льдистость пород.

Криогенное строение мерзлых пород определяется содержанием и пространственным распределением внутригрунтовых включений льда. В зависимости от минимальных линейных размеров включений различают масштабные уровни строения мерзлых пород: криогенное строение толщ (более 0,1-0,3 м), криогенную текстуру (от минимально визуально наблюдаемых до 0,1-0,3 м) и криогенную структуру (меньше визуально наблюдаемых). Существуют также классификации строения мерзлых пород по генезису ледяных включений, по их размерам, по генезису в целом (сингенетические и эпигенетические) и т.д. Механические свойства мерзлых пород зависят от температуры, влияющей на относительное содержание льда, цементирующего грунт, и незамёрзшей воды. Прочность грунта в мёрзлом состоянии во много раз больше прочности того же грунта в немёрзлом состоянии. В меньшей степени это проявляется в скальных грунтах. С понижением температуры прочность мерзлых пород возрастает. Мерзлые породы обладают резко выраженными реологическими свойствами (ползучестью и релаксацией напряжений). Важное механических свойство мерзлых пород — наличие предела длительной прочности (максимальное напряжение, при котором деформации ползучести затухают). Длительная прочность мерзлых пород в 5-20 раз меньше мгновенной. Прочность на разрыв зависит от температуры в гораздо меньшей степени, чем прочность на сжатие и сдвиг. Угол внутреннего трения в мёрзлых и немёрзлых грунтах отличается незначительно и мало зависит от температуры. Теплофизические свойства мерзлых пород характеризуются удельной теплоёмкостью (объёмной или весовой) и коэффициентом теплопроводности.

Реклама



Строительная классификация мерзлых пород регламентируется ГОСТом 25100-82. Выделяются разновидности мерзлых пород: твёрдомёрзлые, пластично-мёрзлые, сыпучемёрзлые, морозные породы. Существует также классификации мерзлых пород по разрабатываемости различными механизмами (буровыми станками, отбойными молотками и т.д.). Основные положения проектирования оснований и фундаментов на мерзлых породах регламентируются в СНиП II-18-76.

При ведении горных работ в мерзлых породах выбор и обоснование способа разработки месторождений полезных ископаемых, оценка и место заложения вскрывающих выработок, назначение системы разработки и способа управления горным давлением, технология очистной выемки, проходки и крепления капитальных, подготовительных и разведочных выработок определяются инженерно-геокриологическими особенностями месторождений. Наибольшее значение при этом имеют распространение, состав, мощность, строение и температура мерзлых пород, характер взаимодействия их с подземными водами, криогенные физико-геологические процессы. Представления о преимуществе открытого способа разработки полезных ископаемых по сравнению с подземным в районах с мерзлыми породами не всегда справедливы. В глубоких карьерах площадь отвалов значительно превышает территорию самого карьера. В районах с мерзлыми породами это может вызвать трудно восстановимое разрушение рельефа на огромной территории. Поэтому в ряде случаев подземный способ может оказаться предпочтительнее.

При подземной разработке месторождений выработаны определённые приёмы: шахтные поля размещают целиком в мёрзлых или целиком в немёрзлых горных породах, что позволяет унифицировать проветривание горных выработок, а также избежать проникновения подмерзлотных вод в выработки, пройденные в мерзлых породах. Подготовительные и вскрывающие выработки в мерзлых породах отличаются устойчивостью и часто нуждаются в облегчённой крепи и периодическом контроле. Повышенная прочность мерзлых пород позволяет применять наиболее простые и экономичные камерные системы разработки. Так обычно разрабатываются угольные, некоторые рудные месторождения и месторождения нерудных строительных материалов. Россыпные месторождения отрабатываются лавами. Применяется льдозакладка выработанного пространства. С целью предотвращения оттаивания мерзлых пород вокруг выработок иногда используют теплоизоляцию. При отработке шахтного поля на горизонтах вблизи нижней границы мерзлых пород откаточный штрек прокладывают по изотерме минус 1 — минус 2°С, во избежание прорыва напорных подмерзлотных вод (рекомендация применима для пресных вод).



Android-приложение
Смотрите также:
Отраслевые новости:

Аналитика: