Недропользование

Представлены экспериментальные результаты, касающиеся влияния нагружаемого давления на электрокинетический потенциал частиц каолинита и монтмориллонита, находящихся в водной суспензии. Определено, что исследуемые суспензии каолинита и монтмориллонита агрегативно и седиментационно устойчивые. Об агрегативной устойчивости свидетельствует рассчитанная энергия теплового движения частиц (10-7-10-8 Дж/м2). Проведенный мониторинг размеров частиц указывает на седиментационную устойчивость. Было установлено, что изменение электрокинетического потенциала глинистых частиц в зависимости от нагружаемого давления происходит по-разному. Было выделено три класса: 0-125 МПа, 150-750 МПа, 800-1200 МПа. В каждом классе наблюдаются характерные изменения электрокинетического потенциала, обусловленные природой глины и фракционным составом. Фракционный состав также подвержен изменению в ходе сжатия глин. Нагрузка давлением по-разному оказывает влияние на изменение электрокинетического потенциала для каолинита и монтмориллонита. Для установления влияния гранулометрического состава на условия формирования дзета-потенциала на поверхности глинистых частиц был проведен статистический корреляционный анализ. Установлено, что для монтмориллонита в 1-м и 2-м классах гранулометрический состав и дзета-потенциал имеют статистические связи, а в классе 3 - нет, тогда как для каолинита между гранулометрическим составом и дзета-потенциалом наблюдаются статистические связи в 1-м и 3-м классах, а во 2-м связь отсутствует. Полученные изменения дзета-потенциала связаны с процессами диспергации и агрегации, которые реализуются интенсивнее при невысоких давлениях ( р <150 МПа).

Для формирования технологических свойств глин разработаны различные способы их обработки: тепловая, химическая, ультрафиолетовая, механическая и другие. Однако вопросы изменения свойств глин и глинистых частиц, предварительно уплотненных высоким давлением, изучены недостаточно. Поэтому целью работы является изучение закономерностей изменения сил адгезии на поверхности частиц монтмориллонитовой глины, обработанной стрессовым давлением и сдвигом. Сила адгезии на поверхности глинистых частиц и в пространстве между ними была измерена методом атомно-силовой микроскопии на заранее подготовленных образцах монтмориллонитовой глины, уплотненных под различным давлением (от 25 до 800 МПа). Результаты экспериментов показали, что с ростом давления на монтмориллонит силы адгезии изменяются. Так, при возрастании давления уплотнения от 25 до 200 МПа силы адгезии увеличиваются с 0,32 до 0,70 нН. При воздействии давлений свыше 200 МПа силы адгезии уменьшаются (до 0,40 нН при Р = 800 МПа). Для объяснения подобной зависимости силы адгезии монтмориллонита от давления уплотнения были изучены шероховатость образцов и количество адсорбированной воды на их поверхности. Выявлено, что шероховатость и толщина водной пленки на поверхности глинистой частицы возрастают с ростом давления. Увеличение толщины водной пленки, вероятно, связано с ростом дефектов на поверхности частицы, вызванных давлением и сдвигом. Наличие дополнительных дефектов вызывает повышение плотности заряда на поверхности частиц, увеличивая количество адсорбированных молекул воды и толщину водной пленки соответственно.

Улучшению экономической и экологической ситуации при открытых горных работах способствует использование альтернативных видов моторного топлива. Анализ развития открытых горных работ в России свидетельствует о постоянном их смещении на удаленные северные территории. В себестоимости добычи полезного ископаемого доля транспортных работ составляет 40-50 %, и при понижении горных работ на каждые 100 м себестоимость транспортирования горной массы самосвалами возрастает на 20-30 %. С увеличением глубины карьера естественная вентиляция рабочей зоны ухудшается, что приводит к накоплению отработанных газов дизельных двигателей в карьере. Это сказывается на здоровье горнорабочих и на экономике предприятия, так как влечет за собой необходимость остановки карьера. В настоящее время мировое двигателестроение рассматривает использование природного газа как моторного топлива вместо дизельного топлива. Специфика северных районов такова, что топливо надо завозить на год вперед в период навигации, что увеличивает его цену, тогда как газовые месторождения расположены непосредственно в Якутии. Себестоимость производства жидкого природного газа (СПГ) в регионах его потребления в качестве моторного топлива намного ниже, чем расходы на доставку дизельного топлива. Производство может быть организовано непосредственно на месторождениях газа в Западной Якутии. Установки по производству СПГ компактны и высоконадежны. Испытания карьерных самосвалов Cat 789C, Komatsu 830 и 930 в газодизельном режиме показали, что эффективность и производительность газового двигателя были сопоставимы с эффективностью дизельного двигателя. Экономия дизельного топлива составила 80 %, а объем выбросов отработанных газов сократился на 25 %, обеспечивая при этом улучшение экологической ситуации. Перевод карьерных самосвалов на СПГ позволит в 2-3 раза уменьшить загазованность карьеров и шум, повысить эффективность и конкурентоспособность предприятия за счет снижения затрат на приобретение топлива, транспортировку горной массы и экологические штрафы.

Статистика чрезвычайных ситуаций на объектах трубопроводного транспорта свидетельствует о наличии проблемных вопросов при транспортировке перекачиваемых продуктов. В структуре аварий прошедшего десятилетия преобладали хищения этих продуктов («врезной терроризм»), зафиксированы диверсионные акты. В статье приведены данные о росте числа криминальных вмешательств в работу магистральных трубопроводов, представляющих огромную опасность для здоровья и жизни населения, угрозу окружающей среде, так как они являются причиной аварий, разливов нефти и нефтепродуктов, загрязнения почвы, рек и водоемов, а также сопутствующих экологических и экономических потерь. Проиллюстрированы суммарные потери, которые несет собственник трубопроводной системы от нападений злоумышленников. Чем меньше средств он вкладывает в обеспечение безопасности созданной инфраструктуры, тем больших потерь следует ожидать при ее эксплуатации. Проведен анализ публикационной активности в области обеспечения безопасности трубопроводного транспорта и обнаружения несанкционированных действий в охранной зоне, который показал, что исследования в основном сконцентрированы на создании системы физической защиты магистральных трубопроводов, реализующей принцип «не пропустить контакта злоумышленника с оболочкой трубы». Основное направление исследований по противодействию указанным угрозам ориентировано на обнаружение возмущений сейсмического поля в охранной зоне трубопровода с помощью волоконно-оптического кабеля (датчика). Помимо распределенных оптоволоконных систем для превентивной нейтрализации террористических угроз протяженным объектам оценивались возможности видеовиброаналитических и тепловизионных систем. Предложена структура системы физической защиты магистральных трубопроводов для обнаружения и нейтрализации несанкционированных врезок в трубу в целях минимального уровня потерь при охране трубопровода. Продемонстрирована эффективность предложенного подхода по определению требований к системам защиты объектов от террористических угроз.