Смерзание горных пород
СМЕРЗАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД (а. соngelation of rocks; н. Zusammenfrieren der Gesteine; ф. соngelation des roches; и. соngelacion de rocas) — процесс перехода минеральной массы из сыпучего (кусковатого) состояния в монолит, связанный с образованием льдоцемента из содержащейся в породе влаги или влажного снега.
Смерзание горных пород осложняет хранение, погрузку, транспортировку и разгрузку различных сыпучих и кусковатых материалов. Особую сложность смерзание горных пород представляет при ведении открытых горных работ в районах с суровыми климатическими условиями. Взорванная горная масса, смерзаясь, затрудняет погрузку, вызывает поломки оборудования и повышенное потребление энергии. При этом различают собственное смерзание минеральных масс, приводящее к потере их сыпучести, и смерзание минеральных масс с поверхностями транспортных средств, фундаментов, площадок и т.д.
Смерзание с поверхностями различных сооружений и конструкций широко используется как инженерных приём, применяемый при строительстве фундаментов, укреплении грунтов в дорожном строительстве, при устройстве монтажных площадок, взлётных полос в районах многолетней мерзлоты. В основе этих процессов лежит резкое возрастание прочности свойств влажных сыпучих и кусковатых масс при замерзании в них влаги. Цементирующее действие льда при образовании монолита, смерзшейся сыпучей или кусковатой массы проявляется вследствие развития сил смерзания, т.е. сил сцепления кристаллов льда с минеральными частицами. При этом прочность смерзания горных пород зависит от влажности и величины отрицательной температуры вещества, его механического состава, пористости, шероховатости и т.д. Влажность сыпучих и кусковатых пород складывается из природной влажности и влаги, обусловленной технологией добычи и переработки минеральной массы, например при мокром пылеподавлении, обогащении и т.п.
По характеру воздействия на смёрзшуюся массу, с целью снижения сил сцепления, все способы разделяются на две группы. Первая группа объединяет способы, направленные на предотвращение смерзания, то есть до начала складирования или транспортирования минеральной массы поверхности площадок и транспортных средств обрабатываются поверхностно-активными веществами или подвергаются стабильному нагреву, исключающих смерзание и примерзание материала. Вторая группа объединяет способы, направленные на восстановление сыпучести или кусковатости, то есть в местах выгрузки материал приводят в сыпучее состояние в основном термическими способами (поддув горячим воздухом, нагрев в специальных депо и т.д.).
На горнодобывающих и перерабатывающих предприятиях применяют способы для предотвращения смерзания транспортируемых минеральных масс: удаляют влагу из материала термической сушкой; сохраняют влагу в жидком состоянии добавкой труднозамерзающих растворов; ослабляют связи с поверхностями транспортных средств применением поверхностно-активных веществ; обезвоживают на грохотах, в центрифугах, фильтрованием и пр. Применяемые способы ослабляют прочность смерзания, но не исключают его полностью. Для укрепления фундаментов, площадок и дорожных оснований в условиях многолетней мерзлоты используют самонастраивающиеся жидкостные термосифоны, тепловые трубы с низкотемпературными теплоносителями и сезонные охлаждающие устройства (термосваи), которые забирают из атмосферы холод в зимний период и аккумулируют в грунте. Чем ниже температура грунта, тем выше силы смерзания, тем прочнее сооружение. См. Замораживание грунтов.
В перспективе должны найти применение способы борьбы со смерзаемостью, основанные на использовании газовых активных смесей.
