Исследование изменения качественных характеристик ледовой оболочки грунтоледяных тел в воде

Abstract

Арктическая зона Российской Федерации и ее шельфовые площади выступают пер спективными источниками восполнения и наращивания минерально-сырьевой базы страны. Известные технологии разработки подводных месторождений твердых полезных ископаемых в настоящее время не находят широкого применения при освоении запасов, расположенных в акваториях Арктики. Авторами данной работы предлагается технология добычи, в основе которой лежат: естественное природное явление в виде ледяных тел, образующихся в морях и озерах, расположенных в различных точках Земли; и различие плотностей воды в ее жидком и твердом аг регатных состояниях. Суть технологии состоит в том, что воздух с отрицательной температурой подается в подвод ный забой, за счет чего создаются благоприятные условия инициации кристаллизации воды вокруг частиц полезно го ископаемого, а следовательно, и образования грунтоледяных тел, обладающих отрицательной гидравлической крупностью, транспортирующих данные частицы со дна к водной поверхности. В качестве преимущества перед уже известными технологиями выделяется возможность исключения из процесса транспортировки грунтозаборных устройств, характеризующихся высокими энергетическими затратами, или уменьшение глубины их работы. Цель: исследование изменений качественных характеристик ледяной оболочки грунтоледяного тела в динамике, учиты вая влияние температуры окружающей его воды. Полученные результаты будут использованы для научного обос нования параметров и условий применения предлагаемой технологии в северных морях. Методы: методы лабора торного моделирования процессов всплытия грунтоледяных тел при различных температурах морской воды, ха рактерных для северных широт. Для эксперимента использовались образцы грунтоледяных тел различной массы, за изменением их веса наблюдали в ходе всего процесса, чтобы определить влияние температурных условий на ди намику изменения их физико-механических свойств. Результаты. На основе экспериментальных данных была разработана математическая модель, описывающая удельную скорость таяния ледяной составляющей грунтоледяных тел. Выводы. Разработанная математическая модель необходима для прогнозирования скорости и продолжи тельности всплытия грунтоледяных тел при различных температурных условиях акватории, что в свою очередь позволяет расширить понимание об эффективности применения предлагаемой технологии в тех или иных климатических, гидравлических и геологических обстановках. Это дает возможность оценить конкурентоспособность и практичность предлагаемой технологии в конкретных условиях

Relevance. The Arctic zone of the Russian Federation and its shelf areas are promising sources for replenishing and increasing the country mineral resource base. Known technologies for the development of underwater deposits of solid minerals are currently not widely used in the development of reserves located in the Arctic waters. The authors propose a mining technology, which is based on: a natural phenomenon in the form of ice bodies formed in the seas and lakes located in different points of the Earth; and the difference in the density of water in its liquid and solid aggregate states. The essence of the technology consists in the fact that air with negative temperature is supplied to the underwater face, due to which fa vourable conditions are created for initiation of water crystallisation around mineral particles, and, consequently, for for mation of soil-ice bodies with negative hydraulic size, transporting these particles from the bottom to the water surface. As an advantage over already known technologies, the paper highlights the possibility of excluding from the transport process the soil intake devices characterised by high energy costs or reducing the depth of their operation. Aim. To investigate chan ges in the qualitative characteristics of the ice shell of the soil-ice body in dynamics, taking into account the impact of the sur rounding water temperature. The results obtained will be used for scientific substantiation of parameters and conditions of application of the proposed technology in the northern seas. Methods. Laboratory modelling methods of soil-ice body surfac ing processes at different sea water temperatures typical for northern waters. Samples of soil-ice bodies of different masses were used for the experiment; their weight changes were observed during the whole process to determine the impact of temperature conditions on the dynamics of changes in their physical and mechanical properties. Results. The authors have developed a mathematical model describing the specific melting rate of the ice component of soil-ice bodies on the basis of experimental data. Conclusions. The developed mathematical model is necessary for forecasting the speed and duration of soil-ice bodies surfacing under different water area temperature conditions, which in its turn allows expanding the under standing of the efficiency of the proposed technology application in those or other climatic, hydraulic and geological condi tions. This makes it possible to assess the competitiveness and practicality of the proposed technology in specific conditions