Охлаждение горных пород

ОХЛАЖДЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД (а. rock соoling; н. Gesteinsabkuhlung; ф. refroidissement des roches; и. refrigeracion de rocas, enfriamiento de rocas) — процесс изменения температурного режима массива горных пород, сопровождающийся изменением теплового поля минеральной массы без образования льдоцемента в её порах и пустотах. Русский академик А. Ф. Миндендорф первый описал охлаждение горных пород в 1842-45. В 20-х гг. 20 в. М. И. Сумгин проводил изучение охлаждённых россыпей на Дальнем Востоке. В конце 50-х — начале 60-х гг. на охлаждённые горные породы было обращено особое внимание в связи с развитием подземной добычи полезных ископаемых и расширением объёмов промышленного и гражданского строительства в районах многолетней мерзлоты. Например, при строительстве Хантайской и Колымской ГЭС большие массивы охлаждённых кристаллических пород потребовали специального укрепления их вяжущими веществами.

Охлаждённые горные породы в природных условиях распространены на значительной территории CCCP (около 50%) и встречаются как в зоне многолетней мерзлоты, так и в высокогорных районах. В центральных районах CCCP эти породы формируют с помощью различных источников холода (см. Замораживание грунтов, Замораживающая скважина, Замораживающая станция). Охлаждённые горные породы имеют разновидности: не содержащие воды (морозные породы), содержащие воду (гигроскопическую или плёночную), содержащие растворы солей при температуре выше точки замерзания раствора.

Охлаждённые грубообломочные горные породы (галечники, валунные отложения и др.), имеющие температуру ниже нуля, легко разрабатываются. Переход от отрицательных температур к положительным и обратно не сопровождается изменением прочностных показателей горной массы. Однако для ряда отраслей строительства важна не цементация пород льдом при отрицательной температуре, а только сама минусовая температура (например, прокладка трубопроводов различного назначения). При подземной разработке полезных ископаемых в многолетней мерзлоте устойчивость горных выработок и способы управления породами кровли в значительной степени зависят от наличия или отсутствия льдоцемента в породах. При изменении теплового режима шахтного воздуха до положительных значений льдоцемент плавится и породы теряют несущую способность, т.е. становятся неустойчивыми, в то время как охлаждённые горные породы сохраняют устойчивость. Особое значение использованию охлаждённых горных пород придаётся при строительстве подземных холодильно-складских сооружений, которые работают надёжно, обеспечивают стабильный термовлажностной режим, не требуют ремонта в период эксплуатации. В перспективе возможно формирование искусственной аккумуляции запасов холода в сухих породах с использованием высокоэффективных теплопередающих устройств, позволяющих сохранять высокую устойчивость сооружения, осуществлять эффективную аккумуляцию холода из атмосферного воздуха в горные породы, эффективно расходовать аккумулированный запас холода в массиве пород.