Науки о земле. Рубрика в журнале - Вестник Мурманского государственного технического университета
Оценка влияния температуры на физико-технические свойства горных пород
Статья
Рассмотрены физические свойства петрографических разновидностей гранитоидов Кольского полуострова. Приведены экспериментальные данные по минеральному составу и физическим свойствам пород (плотность, модуль упругости, коэффициент Пуассона, предел прочности на сжатие, скорость продольных волн), слагающих породные комплексы Мурманского блока – гранодиорит и аляскитовый гранит. Для оценки теплофизических свойств пород при нормальных термодинамических условиях использованы взаимосвязи параметров свойств с их минеральным составом. На основе такого подхода и температурной зависимости свойств породообразующих минералов выполнена теоретическая оценка влияния теплового фактора на физические свойства гранитоидов (теплопроводность, удельная теплоемкость, модуль упругости, коэффициент теплового линейного расширения). Представлены результаты прогноза изменения свойств пород в условиях повышенных температур в интервале от 20 до 100 °С.
Бесплатно
Оценка потенциала удароопасности горных пород месторождений Хибинского массива по критерию Кайзера
Статья
При переходе горных работ на большие глубины ухудшаются горно-геологические условия на рудниках за счет изменения напряженно-деформированного состояния массивов горных пород и их структурной нарушенности. В таких условиях необходимо проводить оценку удароопасности руд и пород, слагающих отрабатываемые месторождения. Для оперативного выполнения подобной оценки предложено использовать критерий Кайзера, заключающийся в анализе экспериментальных данных, полученных на образцах пород. В работе представлены результаты лабораторных испытаний образцов горных пород месторождений Хибинского массива при одноосном сжатии и растяжении. Определены значения их коэффициентов хрупкости. Показана возможность применения критерия Кайзера для предварительной оценки потенциала удароопасности пород. Установлено, что высоким потенциалом удароопасности обладают мельтейгит пятнисто-трахитоидный и ийолит-мельтейгит трахитоидный, у пятнистой апатит-нефелиновой руды такой потенциал отсутствует. Выполнено сравнение полученных результатов оценки удароопасности скальных пород месторождений Хибинского массива по критерию Кайзера, а также критерию Горного института КНЦ РАН и критерию А. Н. Ставрогина. Можно отметить, что критерий Кайзера позволяет достаточно просто выполнять предварительную оценку удароопасности пород с учетом результатов испытаний образцов на стандартных прессах. Однако для увеличения степени достоверности полученных данных их необходимо заверять по критерию Горного института КНЦ РАН или критерию А. Н. Ставрогина.
Бесплатно
Статья
В работе изучается уровень загрязнения полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) эстуариев трех рек, впадающих в залив Петра Великого (Японское море), и оценка экологических рисков, связанных с биологической активностью ПАУ, на основании разовых наблюдений, проведенных в 2012 и 2015 гг. Общее содержание ПАУ было низким, за исключением речной части эстуария Шмидтовки, где отмечены повышенные концентрации полиаренов. Композиция ПАУ была схожей для рек Амбы и Туманной и отличалась в р. Шмидтовке, для которой установлена большая доля 3- и 5-6-кольчатых соединений. Расчет диагностических маркеров показал, что в эстуариях присутствовали ПАУ как петрогенного, так и пирогенного происхождения. Показатели токсичности и мутагенности (ПТ и ПМ) в исследованных эстуариях не превышали нормированных значений для бензапирена, однако в пресноводной зоне эстуария р. Шмидтовка были выше нормированного значения 5 нг/л, что может стать причиной канцерогенных и мутагенных изменений у гидробионтов, обитающих в реке.
Бесплатно
Статья
Методы очистки нефтезагрязненных территорий включают применение сорбентов, повышению эффективности которых способствует иммобилизация на их поверхности углеводородокисляющих микроорганизмов. Биогеосорбенты получены на основе минерального сырья (анальцим- и глауконитсодержащих пород и термоактивированного вермикулита)и углеводородокисляющих бактерий родов Pseudomonas и Microbacterium, выделенныхиз загрязненных почв Мурманской области. Численность иммобилизованных бактерийна исследуемых носителях остается высокой на протяжении 9 месяцев хранения, а бактериальная пленка на поверхности минеральных носителей сохраняется в течение 12 месяцев хранения в воздушно-сухом состоянии. При хранении биогеосорбентов не требуются создание специальных условий и дополнительная подготовка перед использованием. Минеральные носители оказывают стимулирующее влияние на высоту проростков и длину корней тест-растений. При внесении биогеосорбентов увеличивается численность бактерий, способных к микробиологической трансформации нефтепродуктов, и повышается степень очистки почвы от углеводородов нефти на начальном этапе (в течение первых 30 суток). Наиболее эффективным является внесение термоактивированного вермикулита и глауконитсодержащей породы с иммобилизованными углеводородокисляющими бактериями. Применение биогеосорбента на основе термоактивированного вермикулита позволяет сократить время очистки до 20–22 месяцев, а на основе глауконитсодержащей породы – до 17 месяцев (без очистки этот период составляет 29 месяцев).
Бесплатно
Статья научная
Результаты сравнительной оценки сорбционных характеристик регионального природного сырья органического происхождения (мха сфагнума, фукуса пузырчатого, композита на их основе, торфа) представлены в сравнении с синтетическим сорбентом OilSorb, используемым в практике аварийно-спасательных подразделений для ликвидации аварийных разливов нефти. Экспериментальные данные в отношении потенциальных загрязнителей акватории Баренцева моря (нефти сорта ARCO, судового дизельного топлива) и показатели водоемкости сорбентов получены для стандартных условий при температуре 21–23 С (согласно ГОСТ 33627-2015) и температуре 10–12 С, характерной для летнего периода на Кольском полуострове. Оценка сорбционных характеристик исследуемых материалов проведена для системы "морская вода – нефтепродукт", моделирующей реальный разлив нефти в морской акватории. Испытания в модельной системе, имитирующей реальные условия, демонстрируют существенные изменения эффективности использования сорбционных материалов, показанной ими при стандартных условиях. В ходе исследования установлена динамика распределения сорбированных нефтепродуктов и воды в рассматриваемых материалах, а также остаточных нефтепродуктов – в воде систем "морская вода – нефть ARCO" и "морская вода – дизельное топливо" при различном времени экспозиции. В течение времени экспозиции 30, 60, 90 мин в условиях системы, моделирующей реальный разлив нефти в акватории, наиболее эффективными и устойчивыми во времени показателями сорбции нефтепродуктов обладает материал на основе мха сфагнума.
Бесплатно
Переработка руды месторождения Нюд II методом низкотемпературного обжига с сульфатом аммония
Статья
Мурманская область располагает значительным объемом сульфидного медно-никелевого сырья. Перспективными для переработки являются месторождения массива Нюд, связанные с Мончеплутоном (Нюд II и Терраса). В качестве объекта исследования выбрана забалансовая руда месторождения Нюд II с исходным содержанием никеля 0,45 % и меди 0,39 %. В процессе исследования руду смешивали с сульфатом аммония, измельчали и обжигали полученную смесь в муфельной печи в статической атмосфере воздуха. Обожженную смесь выщелачивали в подогретой дистиллированной воде при постоянном перемешивании. Максимальное извлечение металлов достигается при измельчении до класса –40 мкм, соотношении руды и сульфата аммония 1 : 7, температуре обжига 400 °С, продолжительности обжига 300 мин. В обожженной при данных параметрах смеси в ходе рентгенофазового анализа фиксируются рефлексы сульфатов меди и никеля. На стадии водного выщелачивания максимальное извлечение никеля составило 79,1 %, меди – 75,8 %.
Бесплатно
Статья
Тажеранская степь является уникальным географическим объектом юго-западного Прибайкалья. Эксперименты по исследованию механизмов поверхностных явлений в системе "песок –техногенный сток" проведены с использованием искусственно созданных техногенных стоков, имитирующих ситуацию локального розлива нефтепродуктов. Для определения концентраций нефтепродуктов использовался флуориметрический метод анализа. Рентгеноструктурные исследования выявили в минеральном составе песчаных отложений присутствие ɑ-кварца (36,4 %), альбита, микроклина, кальцита, амфибола, вермикулита и др. Для идентификации функциональных групп на поверхности зерен применялась ИК-Фурье-спектрометрия. Ситовый анализ показал соизмеримые количества всех фракций стандартного набора сит. В ходе исследования установлено, что степень удерживания маслянистых пленок из водных композиций зависит от зернистости песка, его однородности и кристаллохимических особенностей. Песчаные отложения Тажеранской степи имеют достаточно высокую удерживающую способность; 0,08-метровый слой удерживает 80–90 мас.% бензиновых фракций из водных эмульсий. Песчаные отложения выполняют функцию природного барьера от проникновения маслянистых загрязнителей в нижележащие слои. Состояние приповерхностного почвенного слоя оказывается весьма уязвимым, нефтяные пленки представляют угрозу уникальному биологическому разнообразию фауны. Полученные результаты показывают важную роль песчаных отложений как индикатора состояния окружающей среды, ее способности к самосохранению и свидетельствуют о необходимости тестирования песчаных отложений при проведении постоянного мониторинга уровня загрязненности Тажеранской степи.
Бесплатно
Статья
С целью повышения экономической эффективности перехода от открытых на подземные горные работы при освоении железорудных месторождений предложен вариант комбинированной системы разработки, сочетающий технологию камерной выемки под потолочиной и технологию этажного принудительного обрушения с разноуровневым площадным двусторонним выпуском руды из блока увеличенной высоты. Данный вариант предназначен для выемки мощных рудных тел и позволяет сократить удельный объем подготовительно-нарезных работ, повысить показатели извлечения руды и увеличить концентрацию горных работ, а также реализовать проветривание всех выработок блока за счет общешахтной депрессии. Проведено технико-экономическое сравнение традиционного и предлагаемого вариантов отработки подкарьерного этажа по критерию прибыли, учитывающего изменение показателей извлечения руды и эксплуатационных затрат при увеличении высоты этажа. Установлено, что прибыль по варианту с применением комбинированной системы разработки выше на 221 р./т, чем по традиционному варианту, что достигается увеличением извлекаемой ценности руды на 102 р./т и снижением себестоимости добычи руды на 119 р./т. Внедрение предложенного технического решения позволит увеличить годовую прибыль предприятия на 26 %.
Бесплатно
Применение титансодержащих отходов в цементной промышленности: обзор литературы
Статья научная
Металлургическая промышленность является одной из лидирующих отраслей по образованию отходов, которые имеют высокий потенциал вторичного использования. В работе рассматриваются проблемы обращения с отходами металлургической промышленности и возможные пути их решения. Отработанные кислые травильные растворы титана (титановый шлам) могут быть использованы в качестве добавки к цементным клинкерам как для улучшения характеристик строительных материалов, так и для эффективности процесса их производства. Изучено влияние фторида кальция (CaF2) и диоксида титана (TiO2) на цементные клинкеры при различных концентрациях веществ и температурах спекания. Приведены данные изменения содержания свободной извести (f-CaO), закономерности образования и распределения клинкерных фаз: алита, белита, целита и алюмоферита кальция. Изложены механизмы включения CaF2 и TiO2 в состав различных цементных фаз. Таким образом, использование титансодержащих отходов позволяет не только их утилизировать, но и получать строительные материалы с улучшенными характеристиками.
Бесплатно
Статья
Экологические проблемы на масштабных территориях (полигоны различного назначения, военные базы, аэродромы) обострились в связи с интенсификацией военной деятельности. Создание перечней приоритетных загрязнителей объектов окружающей среды, обязательных для контроля на таких территориях, является первоочередной задачей. В статье приводятся данные развернутого геохимического анализа почв территории аэродрома государственной авиации, на основании которого выявлены приоритетные контаминанты с учетом их валового содержания, классов опасности и повторяемости превышения опасных концентраций относительно фона. В Краснодарском крае (г. Крымск) за 4 года исследований проанализировано 32 пробы с территории аэродрома государственной авиации, а также установлены фоновые концентрации 22 металлов, нефтепродуктов, формальдегида и нитратного азота. Для определения классов опасности металлов с неустановленными предельно допустимыми концентрациями проведен корреляционный анализ, сопоставляющий классы опасности веществ и их кларки. По результатам исследования составлен рекомендуемый к контролю список загрязнителей, в который входят цезий, мышьяк, скандий, ниобий, свинец (I класс опасности); сурьма, формальдегид, нитратный азот (II); нефтепродукты (III). Вариабельность распределения концентраций загрязнителей на территории аэродрома зависит от особенности эксплуатации воздушных судов и специальной техники для обеспечения полетов. Во всех точках пробоотбора (начало – конец и периметр взлетно-посадочной полосы; рулежные дорожки; под глиссадой) головным загрязнителем почв является мышьяк, концентрации которого превышают фоновые в 16–36 раз. Установлено опасно высокое содержание в почвах аэродрома нефтепродуктов, формальдегида, нитратного азота, в некоторых точках – скандия и цезия.
Бесплатно
Статья
В настоящее время в пределах Прибалтийско-Ладожской структурно-фациальной зоны, характеризующейся распространением прибрежно-морских и прибрежно-континентальных отложений нижнего и среднего франа, обнажения коренных пород практически утрачены. В обнажении Яхново вскрываются породы волховской свиты (дарривилий), а также важинской и сясинской свит (нижний фран). В породах волховской свиты зафиксированы комплекс ихнофоссилий мягкого дна с доминирующим ихнородом Thalassinoides Ehrenberg, характерным для обстановки сублиторали выше базиса штормовых волн и ниже базиса обычных волн, а также поверхность хардграунда с характерными следами сверления Trypanites Mägdefrau. В породах сясинской свиты установлены следы Arenicolites Salter, встречающиеся в отложениях зон высокодинамичного мелководья; в осыпи в глыбах известняков обнаружен крупный след артроподы, предположительно относящийся к ихнороду Rusophycus Hall, рассматриваемому как домихниа (норка) членистоногих. Находки крупных членистоногих ранее не были зафиксированы в породах франа востока Главного девонского поля. В ходе исследования доказана историческая, стратиграфическая, ихнологическая, палеоэкологическая, палеогеографическая ценность разреза Яхново, являющегося фактически единственным обнажением, демонстрирующим особенности карбонатно-терригенного разреза нижнего франа, сформировавшегося в наиболее мелководной зоне раннефранского моря.
Бесплатно
Статья
В статье приведены результаты изучения рифейских красноцветных песчаников Терского берега Белого моря. Рассмотрен 21 структурный элемент, характеризующий условия образования пород, в том числе 15 древних и 6 современных отложений. Наблюдения проводились в течение 10 лет на двух участках побережья Белого моря. Цель исследований состояла в установлении причин отсутствия органики, происхождения примеси гематита в песчаниках рифея и оценке климатических условий при их образовании. Эти вопросы являются ключевыми для выделения протерозойской красноцветной формации. Данные показали, что некоторые структуры пород аналогичны в древних и современных отложениях. К таким структурам относятся, например, волновая рябь, которая в деталях повторяет размерность, форму и ориентацию в обеих эпохах, поэтому может быть использована для оценки древних морских условий осадконакопления. Однако большая часть структур свидетельствует о принципиальных различиях условий образования пород. Установлено, что в древних породах систематически образовывались такыры и осаждался гематит, что свидетельствует о засушливом климате в рифее и специфическом составе морской воды. Наиболее важным отличием древних отложений является отсутствие в них фауны и флоры.
Бесплатно
Снеговая съемка в пределах месторождений медных руд в горнопромышленных районах Урала
Статья научная
В работе представлены результаты исследований пылевых остатков снегового покрова в пределах различных природно-климатических зон и месторождений меди Уральского региона. Исследование снегового покрова является одним из методов экологической оценки территорий. Это касается изучения пылевых остатков проб снегового покрова, что показано на примере территорий Северного и Южного Урала на разных стадиях работ на месторождениях меди. Начальная стадия изучения и разработки рассмотрена на примере медно-порфировых месторождений в Челябинской области, где для снеговых проб в пылевых остатках характерны семена березы, выявляется органика, очень незначительное количество минеральной части при низкой пылевой нагрузке (Р ˂ 100 кг/сут на км2). Для месторождений Ивдельского района (Северный Урал) в пылевых остатках в значительной мере присутствует органическая труха, обломки рудных минералов (пирита, халькопирита) и минералы вулканогенных пород и метасоматитов. Максимальное значение пылевой нагрузки установлено для отрабатываемого в настоящее время Ново-Шемурского месторождения. Изучение пылевых остатков в зоне влияния Карабашского медеплавильного комбината (до его реконструкции) показало, что в некоторых частях санитарно-защитной зоны уровень загрязнения снегового покрова очень высокий при значениях пылевой нагрузки до 12 633 кг/сут на км2, что определяется прежде всего широким использованием дробленых медеплавильных шлаков. В целом изучение пылевых остатков снежного покрова дает информацию как об экологическом состоянии территорий, так и минеральном составе остатков, что необходимо использовать в практических целях.
Бесплатно
Статья
Выполнен анализ условий и ограничений применения моделей Лихтенеккера и Лихтенеккера – Асаада для прогнозной оценки эффективной теплопроводности горных пород. Для сравнительной оценки рассмотрены экспериментальные данныепо теплопроводности карбонатных пород (известняк, доломит) из бассейна Molasseна юго-западе Германии, импактной структуры Чиксулуб (полуостров Юкатан, Мексика) и баженовской свиты (Западная Сибирь, Россия). Сопоставительные оценки выполнялись на основе использования корреляционных соотношений, полученных авторами экспериментальных работ в результате регрессионного анализа петрофизических свойств карбонатных пород. Результаты расчетно-аналитической оценки показали, что наиболее высокая точность прогноза теплопроводности с использованием модели Лихтенеккера – Асаада может быть достигнута при наличии экспериментальных данных, обеспечивающих высокоточное определение структурного фактора. Изучены особенности влияния различных параметров модели Лихтенеккера – Асаадана погрешность оценки эффективной теплопроводности породы. Установлено, чтона стадии предпроектных исследований для достаточно корректной теоретической оценки теплопроводности водонасыщенных слабопористых горных пород может быть использована модель Лихтенеккера.
Бесплатно
Статья
Анализ загрязнения атмосферы при пылении хвостохранилища АНОФ-2 (Мурманская область, г. Апатиты) проведен с привлечением CFD-моделирования, выполненного с помощью программы Comsol. Для вычисления аэродинамических характеристик применялось приближение несжимаемой жидкости с привлечением стандартной (k-?)-модели турбулентности. Процесс распространения мелкодисперсной пыли промоделирован посредством численного решения конвективно-диффузионного уравнения переноса примеси с учетом скорости оседания. Численные эксперименты выполнены при вариации скорости ветрового потока 5–23 м/с и площади пыления от 2 до 10 га при случайном выборе из 20 дискретных участков. Получены распределения динамической скорости для конкретных участков пыления, поинтервальные и суммарные пространственные распределения пылевых загрязнений (частицы пыли диаметром 0–70 мкм с шагом 10 мкм). Отмечены особенности влияния на уровни загрязнения атмосферы конкретных районов г. Апатиты в зависимости от размещения пылящих участков по поверхности пляжа хвостохранилища. Проанализированы и обобщены до функциональных зависимостей расчетные уровни загрязнения атмосферы в центре г. Апатиты, осредненные по количеству сочетаний участков пыления. Обобщенная функциональная зависимость позволяет прогнозировать концентрацию пыли в г. Апатиты в зависимости от площади пыления случайным образом выбранных дискретных участков на поверхности хвостохранилища и скорости ветрового потока, а также определять критическую площадь пыления, при которой уровень загрязнения атмосферы достигает предельно допустимых концентраций в зависимости от скорости ветрового потока.
Бесплатно
Статья
Электрические методы мониторинга напряженно-деформированного состояния земной коры предполагают измерение кажущегося сопротивления, однако физический интерес представляют изменения удельного сопротивления. В ходе ежедневного (в течение 12 лет) измерения кажущегося сопротивления земной коры с помощью стационарной 32-электродной установки вертикального электрического зондирования в высокосейсмичном районе Таджикистанаи прецизионной аппаратуры получен профиль вертикального электрического зондирования особого вида, у которого от пикета к пикету меняется дата зондирования. Для инверсии полевых данных была разработана специальная версия программы IPI, учитывающая особенности измерительной установки. Первоначально прямая и обратная задачи вертикального электрического зондирования решались на стандартной логарифмической сетке разносов, что существенно увеличивало скорость расчетов. Фактические данные интерполировались к данной сетке. Однако тестирование алгоритма на синтетических данных показало, что в этом случае предельно достижимая точность ограничивается особым видом эквивалентности – эффектом раскачки сопротивлений. В прецизионной версии программы IPI реализовано несколько алгоритмических приемов, нацеленных на уменьшение погрешности решения обратной задачи. При описании эффектов, зависящих от выбора той или иной сетки разносов, произведено сравнение результатов решения обратной задачи для синтетических профилей в двух версиях программы IPI и определен полезный эффектот перехода на фактическую сетку разносов. При сравнении результатов инверсии экспериментального профиля вертикального электрического зондирования, полученногов результате многолетних наблюдений, по косвенным признакам произведена оценка амплитуды ошибок, возникающих при использовании логарифмической сетки разносов.
Бесплатно
