WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

Pages:   || 2 |

«УНИВЕРСИТЕТЕ «ГОРНЫЙ» САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2016 н ациональный минерально-сырьевой университет «Горный» сегодня — это сеть специализированных аудиторий, оснащенных современными отечественными и ...»

-- [ Страница 1 ] --

НАУКА В НАЦИОНАЛЬНОМ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОМ

УНИВЕРСИТЕТЕ «ГОРНЫЙ»

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2016

н

ациональный минерально-сырьевой университет «Горный» сегодня — это сеть специализированных аудиторий, оснащенных

современными отечественными и зарубежными приборами и оргтехникой. Благоприятная среда университета

способствует высокому уровню интеллекта и культуры

студентов — будущих инженеров, ученых и педагогов .

Это более 16000 студентов, более 211000 м2 учебно-научных площадей. Университет имеет высший государственный статус образовательной системы России, являясь особо ценным объектом культурного наследия народов Российской Федерации .

Университет ведет подготовку по 46 направлениям бакалавриата и магистратуры, по 71 инженерной специальности для России и 51 стран Азии, Европы, Африки и Америки. Университет — это лучшее академическое образование в области геологии, горного дела, шахтного строительства, металлургии, геодезии, экономики, экологии по всему спектру полезных ископаемых, включая нефть и газ. Университет имеет высшую квалификацию профессорско-преподавательского состава — более 88 % — доктора и кандидаты наук, более 33 профессоров являются заслуженными деятелями науки .

Университет обладает уникальной научно-исследовательской базой и выполняет исследования по следующим приоритетным направлениям:

• Технологическое развитие минерально-сырьевой базы

• Разработка эффективных и ресурсосберегающих технологий добычи и переработки минерального сырья

• Разработка технологий обеспечения экологической 21-я линия В.О.,2 безопасности на объектах минерально-сырьевого комя21-я линия В.О.,2 линия В.О.,2 плекса

• Обеспечение экономического и правового механизмов управления недропользованием .

Е-mail: rectorat@spmi.ru Е-mail: rectorat@spmi.ru Е-mail: rectorat@spmi.ru // // //

–  –  –

Алексеев В.И. Тектоническое развитие и гранитоидный магматизм Северо-Восточной Азии в позднем мезозое

Евдокимов А.Н., Фокин В.И., Шануренко Н.К. Геохимические особенности и перспективы рудоносности черносланцевых образований Таймыро-Североземельской золотоносной провинции... 13

Горное дело

Маховиков А.Б. Принципы организации системы корпоративной связи для предприятий минерально-сырьевого комплекса

Мустафаев А.С., Сухомлинов В.С. Функция распределения ионов при произвольном электрическом поле в плазме

Мустафин М.Г. Механизм возникновения горных ударов с разрушением почвы выработок..... 40

Нефтегазовое дело

Николаев А.К., Климко В.И. Выбор рациональной температуры подогрева высоковязкой и высокозастывающей нефти при перекачке по трубопроводу

Рогачев М.К., Кондрашев А.О. Обоснование технологии внутрипластовой водоизоляции в низкопроницаемых коллекторах

Ковалев О.В. Горно-геомеханический прогноз размещения отходов в горных выработках, в том числе в сейсмоопасных районах добычи сырья

Металлургия и обогащение

Александрова Т.Н., Панова Е.Г. Технологические аспекты извлечения благородных и редких металлов из углеродсодержащих пород

Бричкин В.Н., Краславский А. Явление изотермического перехода метастабильных алюминатных растворов в лабильную область и перспективы его промышленного использования............ 80 Кондрашева Н.К., Салтыкова С.Н. Исследование сырья и продуктов термической переработки горючих сланцев





Секисов А.Г., Рубцов Ю.И., Лавров А.Ю. Активационное кучное выщелачивание дисперсного золота из малосульфидных руд

Сизяков В.М. Химико-технологические закономерности процессов спекания щелочных алюмосиликатов и гидрохимической переработки спеков

Теляков Н.М., Дарьин А.А., Луганов В.А. Перспективы применения биотехнологий в металлургии и обогащении

Хоменко Л.П., Воропанова Л.А. Электроэкстракция кобальта из сульфатно-хлоридных и сульфатных растворов кобальта и марганца в статических условиях

Электромеханика и машиностроение

Абрамович Б.Н., Сычев Ю.А. Проблемы обеспечения энергетической безопасности предприятий минерально-сырьевого комплекса

Загривный Э.А., Басин Г.Г. Формирование внешней динамики горных машин

Шахназаров К.Ю., Пряхин Е.И. Аномалия пластичности железа как следствие превращения при ~ 650 С

–  –  –

Geology Alekseev V.I. Tectonic development and granitoid magmatism of Northeast Asia in the late Mesozoic

Evdokimov A.N., Fokin V.I., Shanurenko N.K. Geochemical features and prospects of ore content in black slates in Tajmyr-Severnaya Zemlya gold formation

Mining

Makhovikov A.B. Principles of corporate communications management system development for mineral resources companies

Mustafaev A.S., Soukhomlinov V.S. Ion velocity distribution function in arbitrary electric field plasma

Mustafin M.G. The mechanism of rock burst leading to ground destruction of mine openings.......... 40 Oil and qas Nikolaev A.K., Klimko V.I. Selection of rational heating temperature for pipeline pumping highviscosity and high pour point crude oil

Rogachev М.K., Kondrashev A.O. Substantiation of intrastratal water shutoff technology in low permeability reservoirs

Kovalev O.V. Engineering and geomechanical forecast for waste disposal in underground caverns including earthquake-prone zones

Metallurgy and mineral processing Aleksandrova T.N., Panova E.G. Technological aspects of extraction of precious and rare metals from carbonaceous rocks

Brichkin V.N., Kraslawski A. The phenomenon of isothermal transition of metastable aluminate solutions into the labile area and prospects of its industrial use

Kondrasheva N.K., Saltykova S.N. Examination of the raw materials and the products of the combustible shales processing

Sekisov A.G., Rubzov Y.I., Lavrov A.Y. Activation of heap leaching of low-sulfide ores the invisible gold

Sizyakov V.M. Chemical and technological mechanisms of a alkaline aluminum silicates sintering and a hydrochemical sinter processing

Telyakov N.M., Daryin A.A., Luganov V.A. Prospects of biotechnologies application in metallurgy and enrichment

Khomenko I.P., Voropanova L.A. Electroextraction of cobalt from sulfate-chloride and sulfate solutions of cobalt and manganese in static conditions

Electromechanics and mechanical engineering Abramovich B.N., Sychev Yu.A. Problems of ensuring energy security for enterprises from the mineral resources sector

Zagrivniy E.A., Basin G.G. External dynamics formation in mining machines

Shakhnazarov K.Y., Pryakhin E.I. The anomaly of iron plasticity as a result of transformation at ~ 650 C

–  –  –

УДК 551.24:552.311(5-012)

ТЕКТОНИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ И ГРАНИТОИДНЫЙ

МАГМАТИЗМ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ АЗИИ

В ПОЗДНЕМ МЕЗОЗОЕ

В.И.АЛЕКСЕЕВ, д-р геол.-минерал. наук, доцент, wia59@mail.ru Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия Рассмотрена история тектонического развития и гранитоидного магматизма СевероВосточной Азии в позднем мезозое. Многообразие тектонических обстановок и гранитоидный магматизм дают обширный материал для решения многих фундаментальных проблем геологии, но тектоно-магматическое районирование затруднено вследствие изменчивости состава и строения земной коры. Предложен рациональный подход к тектоническому районированию региона при исследовании гранитоидного магматизма на основе выделения блоков консолидированной коры с различной тектонической историей. Выделены домезозойские и мезозойские структуры Дальнего Востока, среди которых преобладающими являются первичные и наложенные на докембрийско-палеозойское основание верхояниды .

Сделан вывод о важной роли в геодинамическом развитии Дальнего Востока срединных массивов и пассивных континентальных окраин с маломощным рифейско-палеозойским чехлом. Установлена мезозойская активизация древних структур, сопровождающаяся молодым гранитоидным магматизмом .

Движущей силой формирования гранитоидов Тихоокеанского рудного пояса являлось взаимодействие плит Палеопацифика и Северо-Восточной Азии в среднем – позднем мезозое. Прослежена история тектогенеза и гранитоидного магматизма региона в позднем триасе – эоцене (230-33,7 млн лет) с учетом новейших геодинамических представлений. Установлено место в тектонической истории Азиатской континентальной окраины плутонических и вулкано-плутонических поясов. Выделены четыре этапа тектоно-магматического развития Дальнего Востока: юрско-раннемеловой коллизионный, раннемеловой надсубдукционный, позднемеловой надсубдукционно-трансформный и позднемеловой – палеогеновый рифтогенный. Установлена направленная конструктивная эволюция земной коры Дальнего Востока: зарождение и наращивание по окраинам древних кратонов континентальной земной коры, насыщенной гранитоидными интрузиями, нарастание кремнекислотности и щелочности гранитовых магм и образование на завершающем этапе позднемеловых рудоносных литий-фтористых гранитов .

Ключевые слова: тектоника, гранитоидный магматизм, Дальний Восток, СевероВосточная Азия .

Введение. Важнейшей геотектонической структурой Северо-Восточной Азии является северо-западный сектор Тихоокеанского рудного пояса (ТРП), включающий докембрийские кристаллические массивы, фанерозойские складчатые сооружения и пояса мезозойско-кайнозойского магматизма. Характерная особенность ТРП – многократное проявление гранитоидного магматизма, захватывающего не только синхронные орогенные сооружения, но и смежные структуры более раннего возраста [8]. Внешние границы ТРП выходят далеко за пределы кольца мезокайнозойских складчатых сооружений и охватывают активизированные окраины древних геоблоков с поясами и ареалами молодого гранитоидного магматизма [7]. Особенно выделяется своими масштабами юрско-меловой этап магматизСанкт-Петербург. 2016 ма: в российском секторе мезозойские гранитоиды занимают 75 % «гранитизированной»

части ТРП [7, 8, 14]. Многообразие тектонических и петрологических обстановок, активное геодинамическое развитие и гранитоидный магматизм Северо-Восточной Азии являются благоприятной почвой для решения многих фундаментальных проблем геологии .

Тектоническое районирование региона. ТРП представляет собой сложнейший ансамбль геоблоков на границе Евроазиатской, Тихоокеанской и Гиперборейской литосферных плит, который до настоящего времени отличается геодинамической активностью и самым интенсивным выделением сейсмической энергии на планете. Изучение гранитоидного магматизма Дальнего Востока неразрывно связано с анализом геотектонического взаимодействия континентальных и океанических плит в зоне перехода «континент – океан» [1-3, 7-9, 11-15] .

Размещение гранитоидов свидетельствует о зональном проявлении магматизма азиатской континентальной окраины, омоложении горных пород от континента к океану, смене кислых калиевых гранитоидных формаций на основные натровые [4, 8]. Конфигурация границ зоны мезозойского гранитообразования связана не с границами тектонических структур, а с контуром восточной границы Азии [7, 8]. Однако попытки тектономагматического районирования Северо-Востока Азии затруднены вследствие изменчивости состава и строения земной коры [5]. Наиболее эффективным в этих условиях является районирование по геодинамическому принципу: выделение гранитоидно-металлогенических провинций и ареалов в соответствии с тектоническими условиями и движущими силами магматизма. Но здесь возникают трудности, связанные с разнообразием существующих региональных геодинамических построений [2, 6, 13, 15] .

В данной статье рассмотрены традиционные геотектонические структуры и использована схема тектонического районирования, разработанная Подкомиссией по тектоническим картам Комиссии по геологической карте мира. В основу схемы положено двучленное строение континентальной коры: складчатый фундамент (консолидированная кора) и плитный чехол. Консолидированная кора понимается как оболочка, претерпевшая деформации, метаморфизм и гранитизацию и отличающаяся по составу, строению и физическим параметрам от перекрывающих (плитный чехол) и подстилающих (верхняя мантия) образований литосферы .

Последующая деструкция консолидированной коры может сопровождаться ее преобразованием (активизацией), заложением и перемещением блоков континентальной литосферы. Структурно-вещественные характеристики геологических комплексов рассматриваются как индикаторы тектонических преобразований земной коры, а интерпретация геодинамических режимов, носящая нередко субъективный характер, имеет второстепенное значение [10-14] .

Домезозойские структуры. Исследуемая территория ограничена на западе Сибирским кратоном и Алданским щитом, на востоке – Тихоокеанской плитой, на юге – СевероКитайским кратоном, на севере – Гиперборейской платформой (Арктидой). Земная кора региона сложена разновозрастными образованиями: докембрийскими кристаллическими массивами, обрамляющими их фанерозойскими складчатыми зонами, мезозойскокайнозойскими и кайнозойскими осадочными бассейнами и вулканогенными поясами .

Структурами первого порядка являются Новосибирско-Чукотская, Яно-Колымская, СихотэАлинская складчатые системы, восточная зона Центрально-Азиатской системы, Сибирский кратон, Алданский щит (см. рисунок). Важную роль в геодинамическом развитии Дальнего Востока играют срединные массивы с маломощным рифейско-палеозойским чехлом: Восточно-Чукотский, Омолонский, Приколымский, Омулевский, Охотский, Буреинский, Ханкайский [11]. На юге региона тихоокеанские структуры срезают древние складчатые сооружения Монголо-Охотского пояса [9]. В строении северной части региона домезозойские структуры представлены Колымо-Омолонским блоком, включающим Омолонский и Приколымский массивы. К нему примыкают Алазейский и Черско-Полоусный варисские пояса, Момско-Селенняхский и Зырянский межгорные прогибы [10] .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 Мезозойские структуры. 0 250 км Формирование мезозойских сооружений Дальнего Востока проходило при тектоническом взаимодействии жестких блоков – 1 Восточно-Азиатского (Сибирский кратон и Алданский щит), Тихо- 2 океанского, Восточно-Чукотского (как части Гиперборейской плат- 3 формы), Колымо-Омолонского, Буреино-Ханкайского и Охотско- 4 го. Яньшаньская активизация ознаменовалась глубокой перера- 5 боткой структур МонголоОхотского пояса с образованием 6 сложнейшего тектоно-метаморфического сооружения [9]. Преобла- 7 дающими структурами Дальнего

Востока являются верхояниды:

первичные (Илинь-Тасская и Олойская зоны, Сугойский прогиб Яно-Колымской системы, СихотэАлинская область) и наложенные на докембрийско-палеозойское основание (Новосибирско-Чукотская область, Верхоянский пояс, Иньяли-Дебинская и Сетте-ДабанСхема тектонического районирования Дальнего Востока России ская зоны, Приколымское и Омупо С.П.Шокальскому с соредакторами [10]) левское поднятия). Верхояниды 1 – Алданский щит; 2 – кратоны и срединные массивы (Сиб – Сибирский представлены флишоидными и кратон; Б – Буреинский, ВЧ – Восточно-Чукотский, О – Омулевский, вулканогенно-осадочными тол- Ом – Омолонский, Ох – Охотский, Пк – Приколымский, Х – Ханкайский щами триаса – нижнего мела ан- массивы); 3 ––каледониды – структуры, консолидированные до среднего девона (СБ Саяно-Байкальский складчатый пояс); 4 – варисциды тиклинорных и синклинорных (до позднего карбона – перми): IV – Центрально-Азиатская складчатая зон, складчато-глыбовых подня- система (ГХ – Гоби-Хинганская область); 5 – варисциды, активизиротий и прогибов с повышенной ванные до позднего мела (А – 6 – индосиниды (до среднего – позднего Алазейский, МО – Монголо-Охотский, ЧП – Черско-Полоусный пояса);

степенью деформации и надвига- триаса): С – Солонкерский, ХД – Хангайско-Даурский пояса; 7 – яншаниды ми. Они прорваны интрузиями (до начала мела), КТ – Кони-Танюрерский пояс; 8 – верхояниды юрско- (до конца раннего мела): I – Новосибирско-Чукотская, – Верхоян- II – Янобатолитовых поясов Колымская, III – Сихотэ-Алинская складчатые системы (Вр раннемеловых гранодиоритов и ская, НЧ – Новосибирско-Чукотская, СА – Сихотэ-Алинская области;

адамеллитов и поперечными зо- ИД – Иньли-Дебинская, ИТ – Илинь-Тасская, Ол – Олойская, СД – СеттеДабанская зоны; Кр – Корякский пояс, Сг – Сугойский прогиб); 9 – гималаинами интрузий меловых гранитов ды (кайнозой); 10 – мезозойско-кайнозойские осадочные комплексы прогии монцонитов [1, 3, 9-13]. бов (АЗ – Амурско-Зейский, Олд – Ольджойский, СЛ – Суньляо); 11 – граниразвитие цы тектонических подразделений (а – достоверные, б – предполагаемые) Тектоническое Северо-Восточной Азии в позднем мезозое. История ТРП началась в докембрии, основные структурные элементы сложились к позднему палеозою, а в мезозое в этой зоне происходило взаимодействие тихоокеанских и континентальных плит. Существуют модели тектонического развития региона, основанные на гипотезах геосинклиналей [9, 14] и мобилистской концепции [1, 3, 6, 13, 15] .

Рассмотрим развитие региона в позднем мезозое в соответствии с работами [1, 3, 6, 13] и с учетом последних геодинамических данных [2, 7, 12]. В позднем триасе – средней юре ________________________________________________________________________________________________ 7 Санкт-Петербург. 2016 (230-154 млн лет) закончилось формирование Монголо-Охотского орогенного пояса; на азиатской окраине возникла система Удско-Мургальской и Алазейской островных дуг, связанных с субдукцией. В конце средней юры образовался Колымо-Омолонский блок как результат столкновения Алазейской островной дуги с Приколымским и Омолонским массивами .

В поздней юре – раннем мелу (154-105 млн лет) началось сближение КолымоОмолонского массива с Верхоянской континентальной окраиной; образовалась УяндиноЯсачненская магматическая дуга. Островные дуги не могли компенсировать процессы спрединга в Палеопацифике, и происходили мощные столкновения Колымо-Омолонского и Буреинского массивов с окраинами Сибирского кратона, приведшие к структурной перестройке региона, ликвидации океанических бассейнов, развитию складчатости и гранитоидного магматизма . На ранней стадии коллизии (поздняя юра – неоком) преобладало тихоокеанское направление, определившее образование складчатой «Колымской петли», Главного Колымского и Станового батолитовых поясов высокоглиноземистых гранитоидов (145-135 млн лет). На поздней стадии (неоком – конец раннего мела) произошла коллизия между континентом, Южно-Анюйской дугой и Новосибирско-Чукотской пассивной окраиной Гипербореи; был сформирован Северный батолитовый пояс (130-100 млн лет), а также продольные и поперечные ряды позднеколлизионных интрузивов в пределах Главного Колымского батолитового пояса (125-110 млн лет) [1, 3]. К концу этапа завершилось формирование Центрально-Азиатского складчатого пояса и коллизионных геоструктур Востока Азии .

В начале раннего мела (145-135 млн лет) продолжалось смещение плиты Фараллон к северо-востоку Палеотихого океана. К югу от Удско-Мургальской дуги возникли Сибирская, Бурея-Сихотэ-Алинская и Восточно-Китайская трансформные окраины. В интервале 135-100 млн лет назад плита Изанаги двигалась под косым углом к окраине континента [15], что привело к деформации аккреционных комплексов Корякского пояса и СихотэАлинской области, образованию сдвигов северо-восточного простирания в смежной части континента. Сдвиги рассекали северную окраину Сино-Корейского кратона и раннемеловые орогенные складчатые сооружения с образованием внутриконтинентальных грабенов синсдвигового растяжения Сунляо, Эрлянь, Хайлар, Амуро-Зейского [1, 8, 12]. Скольжение океанической плиты вдоль края континента вызывало отрыв и погружение в мантию океанической литосферы, субдуцированной под восточную окраину Азии. Под зоной растяжения формировались астеносферные окна – слэб-виндоу; был заложен пояс позднеюрскораннемеловых вулканитов Большого Хингана (150 млн лет) [6, 8, 13] .

В сеномане – кампане (97-74 млн лет) вдоль границы Северо-Восточной Азии и Палеотихого океана установилась единая Восточно-Азиатская континентальная окраина, протянувшаяся от Южного Китая до Чукотки. Плита Изанаги в Палеотихом океане 85-74 млн лет назад сменила направление движения с северо-западного на западное, и началось ее поглощение путем фронтальной субдукции под континентальную окраину [15]. Пик процессов наращивания окраинноморской и континентальной земной коры пришелся на конец мела (коньяк и сантон), когда были сформированы крупнейшие окраинноконтинентальные вулкано-плутонические пояса – Охотско-Чукотский и Восточно-Сихотэ-Алинский [12] .

В тылу континентальной окраины происходила тектоно-магматическая активизация: наметился гигантский пояс растяжения земной коры по линии (в современных координатах):

Иультин – Певек – Депутатский – Лазо – Омсукчан – Юдома-Крестовская – Чегдомын – Владивосток. В Новосибирско-Чукотской системе возник Индигирский пояс грабенов и ареалов субщелочных – щелочных вулканических пород и гранитоидов аптпозднемелового возраста. На юге территории был сформирован Хингано-Охотский вулкано-плутонический пояс с поздними субщелочными вулканитами и лейкогранитами. Дальневосточный пояс растяжения контролировал ареалы внутриплитного гранитоидного магISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 матизма повышенной щелочности в поперечных структурах батолитовых поясов. В состав анорогенных образований вошли продукты редкометалльно-гранитового магматизма – интрузии тихоокеанских литий-фтористых гранитов .

В маастрихте – эоцене (72-33,7 млн лет) в зоне субдукции происходило поглощение плиты Изанаги под окраину континента и погружение Тихоокеанской плиты, которая двигалась в северном направлении под небольшим углом к окраине континента [15]. Надсубдукционная обстановка сменилась режимом трансформной окраины, определявшим в основном перераспределение сиалического вещества. Начали преобладать деструктивные процессы, нашедшие отражение в виде внутриплитного ареального щелочно-базальтового вулканизма. В олигоцене – миоцене восточная окраина Северной Азии приобрела строение, близкое к современному [12] .

Гранитоидный магматизм Северо-Восточной Азии в позднем мезозое. Неотъемлемой частью структуры ТРП являются плутонические и вулкано-плутонические пояса – продукты грандиозного циркумтихоокеанского континентального магматизма, начавшегося 200 млн лет назад. Связь магматических пород региона с тектоническими процессами подчеркивается их зональным распределением: с приближением к океану появляются все более основные и все более молодые образования. Вулкано-плутонические пояса контролируются протяженными системами глубинных разломов северо-восточного и северозападного направлений [3, 6, 11, 12]. Наибольшие масштабы характерны для окраинноконтинентальных вулкано-плутонических поясов – Охотско-Чукотского, Удского, Кони-Тайгоносского, Восточно-Сихотэ-Алинского и Камчатского. С вулканитами тесно связаны батолитоподобные интрузивные массивы и штоки гранодиорит-гранитовой и диорит-тоналитовой формаций, датируемые концом альба – началом позднего мела .

В поясах присутствуют более молодые тела сиенит-диорит-щелочногранитовой формации [1, 5, 8, 11] .

Внутриконтинентальные вулканические зоны представляют собой результат тектономагматической активизации тыловых зон континентальных окраин и размещаются внутри и по границам жестких блоков, вдоль разломных зон. Наиболее крупная зона – ХинганоОхотская, отличается пестрым составом горных пород, гомодромным характером разреза и увеличением во времени доли фаций повышенной щелочности [1, 11]. С вулканическими зонами связаны комагматические и автономные гранитоидные интрузивы различных формаций .

Крупнейшие плутонические пояса региона – Чукотский, Северный, Главный Колымский, Южно-Верхоянский, Центрально-Сихотэ-Алинский – образуются во внутриконтинентальной зоне и имеют в целом более древний возраст, по сравнению с окраинными вулкано-плутоническими поясами [1, 3, 4, 5]. Движущей силой формирования гранитоидов Тихоокеанского рудного пояса являлось взаимодействие плит Палеопацифика и СевероВосточной Азии в среднем – позднем мезозое .

Плавление в зоне субдукции захороненных осадков и салических коренных пород сопровождалось эффузивным и гранитоидным магматизмом, контролируемым глубинными разрывными структурами. Эволюция геодинамического режима определяла тектонофизическое состояние прилегающих к зоне субдукции областей и особенности магматизма. В свою очередь, магматические массы и потоки флюидов сами становились существенным тектоническим фактором развития ТРП .

В районах глубокого заложения первичных магматических очагов создавались условия для привноса мантийного вещества, длительного подъема и глубокой дифференциации магм, что послужило предпосылкой развития редкометалльно-гранитового магматизма и образования интрузий рудоносных литий-фтористых гранитов. Для зарождения редкометалльного магматизма особое значение имела латеральная составляющая движения литоСанкт-Петербург. 2016 сферных плит, характерная для завершающих стадий мелового орогенеза. Косая субдукция, переходящая в трансформные движения, определяла возможность проникновения астеносферного вещества через разрывы слэба .

Подводя итоги, выделим основные этапы истории тектоно-магматического развития

Дальнего Востока в мезозое:

1. Юрско-раннемеловой коллизионный этап – сближение Азиатского континента и прилегающих срединных массивов с плитами Палеопацифика, образование в зоне субдукционной конвергенции магматических дуг, аккреция морских и островных комплексов, коллизионное сжатие орогенов. Формирование батолитов высокоглиноземистых гранитов гранитовой формации [1, 3, 4, 8] .

2. Раннемеловой надсубдукционный этап – косая субдукция плит и срединных массивов с латеральной компонентой перемещения вдоль сутур. Формирование орогенных комплексов известково-щелочных гранитов, адамеллитов, гранодиоритов гранитовой формации (интрузии продольных рядов) [1, 4] .

3. Позднемеловой надсубдукционно-трансформный этап (этап активизации) – прямая субдукция Тихоокеанской плиты, формирование окраинноконтинентальных вулканических поясов, переход к трансформному перемещению плит, тектоно-магматическая активизация тыловой зоны континентальной окраины, заложение и оживление поперечных разрывных зон и прогибов. Формирование крупных массивов субщелочных гранитов лейкогранитовой формации (интрузии поперечных рядов) [3, 4, 8,11] и комплексов малых интрузий литийфтористых гранитов [1, 3] .

4. Позднемеловой – палеогеновый рифтогенный (трансформный) этап – активизация континентальных вулканогенных поясов и мезозойских орогенов, заложение новейших грабенообразных структур. Локальный магматизм трахибазальтовой и контрастной трахибазальт-трахиандезит-трахириолитовой формаций; редкие малые интрузии щелочных гранитов [3, 5] .

Выводы. Установлена направленная конструктивная тектоно-магматическая эволюция земной коры Северо-Восточной Азии в позднем мезозое, связанная с конвергенцией блоков древнего Азиатского континента и тектонических плит Палеотихого и Палеоарктического океанов. Основные тенденции эволюции: зарождение и наращивание по окраинам древних кратонов континентальной земной коры, насыщенной гранитоидными интрузиями, нарастание кремнекислотности и щелочности гранитовых магм и образование на завершающем этапе позднемеловых рудоносных литий-фтористых гранитов. Гетерогенное строение и тектоно-магматическое развитие – две взаимодополняющие особенности СевероВосточной Азии .

Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ (научный проект № 14-05-00364а) и Минобрнауки РФ (базовая и проектная части государственного задания в сфере научной деятельности № 5.2115.2014/K на 2014-2016 годы) .

ЛИТЕРАТУРА

1. Геодинамика, магматизм и металлогения Востока России: В 2 кн. / Под ред. А.И.Ханчука. Владивосток:

Дальнаука, 2006. 981 с .

2. Глубинное строение и металлогения Восточной Азии / Отв. ред. А.Н.Диденко, Ю.Ф.Малышев, Б.Г.Саксин .

Владивосток: Дальнаука, 2010. 332 с .

3. Горячев Н.А. Геология мезозойских золото-кварцевых жильных поясов Северо-Востока Азии / СВКНИИ ДВО РАН. Магадан, 1998. 210 с .

4. Загрузина И.А. Геохронология мезозойских гранитоидов Северо-Востока СССР. М.: Наука, 1977. 279 с .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217

5. Котляр И.Н. Меловой магматизм и рудоносность Охотско-Чукотской области: геолого-геохронологическая корреляция / И.Н.Котляр, Т.Б.Русакова; СВКНИИ ДВО РАН. Магадан, 2004. 152 с .

6. Модель формирования орогенных поясов Центральной и Северо-Восточной Азии / Л.М.Парфенов, Н.А.Берзин, А.И.Ханчук и др. // Тихоокеанская геология. 2003. Т.22. № 6. С.7-41 .

7. Романовский Н.П. Тихоокеанский сегмент Земли: глубинное строение, гранитоидные рудно-магматические системы / ДВО РАН. Хабаровск, 1999. 166 с .

8. Сахно В.Г. Позднемезозойско-кайнозойский континентальный вулканизм Востока Азии. Владивосток:

Дальнаука, 2001. 336 с .

9. Тектоника, глубинное строение и минерагения Приамурья и сопредельных территорий / Отв. ред .

Г.А.Шатков, А.С.Вольский. СПб: Изд-во ВСЕГЕИ, 2004. 190 с .

10. Тектоническая карта Северной, Центральной и Восточной Азии и смежных регионов масштаба 1:2 500 000 / Ред. С.П.Шокальский, И.Л.Поспелов, Чень Бин Вэй и др. СПб: Изд-во ВСЕГЕИ, 2013 .

11. Тихоокеанская окраина Азии. Магматизм / Отв. ред. А.Д.Щеглов, С.С.Зимин. М.: Наука, 1991. 264 с .

12. Тихоокеанский рудный пояс: материалы новых исследований (к 100-летию Е.А.Радкевич) / Гл. ред .

А.И.Ханчук. Владивосток: Дальнаука, 2008. 460 с .

13. Ханчук А.И. Палеогеодинамический анализ формирования рудных месторождений Дальнего Востока России // Рудные месторождения континентальных окраин. Владивосток: Дальнаука, 2000. С.5-34 .

14. Чехов А.Д. Тектоническая эволюция Северо-Востока Азии (окраинноморская модель). М.: Научный мир, 2000. 204 с .

15. Engebretson D. Relative motions between oceanic and continental plates in the northern Pacific basin / D.Engebretson, A.Cox, R.G.Gordon // Spec. Pap. Geol. Soc. Am. 1985. Vol.206. P.1-59 .

REFERENCES

1. Geodinamika, magmatizm i metallogeniya Vostoka Rossii (Geodynamics, magmatism and metallogeny of the Russian East): In 2 books. Editor A.I.Khanchuk. Vladivostok: Dalnauka, 2006, p.981 .

2. Glubinnoe stroenie i metallogeniya Vostochnoy Azii (Deep structure and metallogeny of East Asia). Editors:

A.N.Didenko, Yu.F.Malyshev and B.G.Saksin. Vladivostok: Dalnauka, 2010, p.332 .

3. Goryachev N.A. Geologiya mezozoyskikh zoloto-kvartsevykh zhil'nykh poyasov Severo-Vostoka Azii (Geology of mesozoic gold-quartz vein belts of Northeastern Asia). SVKNII DVO RAN. Magadan, 1998, p.210 .

4. Zagruzina I.A. Geokhronologiya mezozoyskikh granitoidov Severo-Vostoka SSSR (Geochronology of mesozoic granitoids of the Northeast USSR). Moskow: Nauka, 1977, р.279 .

5. Kotlyar I.N., Rusakova T.B. Melovoy magmatizm i rudonosnost' Okhotsko-Chukotskoy oblasti: geologogeokhronologicheskaya korrelyatsiya (Cretaceous magmatism and ore bearing capacity of the Okhotsk-Chukotsk region:

geological-geochronological correlation). SVKNII DVO RAN. Magadan, 2004, p.152 .

6. Parfenov L.M., Berzin N.A., Khanchuk A.I. et al. Model' formirovaniya orogennykh poyasov Tsentral'noy i SeveroVostochnoy Azii (The model of the formation of Central and Northeastern Asia orogenic belts). Tikhookeanskaya geologiya .

2003. Vol.22. N 6, p.7-41 .

7. Romanovskij N.P. Tihookeanskij segment Zemli: glubinnoe stroenie, granitoidnye rudno-magmaticheskie sistemy (The Earth's Pacific segment: deep structure, granitoid ore-magmatic systems). DVO RAN. Habarovsk, 1999, р.166 .

8. Sakhno V.G. Pozdnemezozoysko-kaynozoyskiy kontinental'nyy vulkanizm Vostoka Azii (The late Mesozoic and Cenozoic continental volcanism of East Asia). Vladivostok: Dalnauka, 2001, p.336 .

9. Tektonika, glubinnoe stroenie i minerageniya Priamur'ya i sopredel'nykh territoriy (Tectonics, deep structure and minerageny in the Amur region and adjacent areas). Editors: G.A.Shatkov, A.S.Volskiy. St Peterburg: Izd-vo VSEGEI, 2004, p.190 .

10. Tektonicheskaya karta Severnoy, Tsentral'noy i Vostochnoy Azii i smezhnykh regionov masshtaba 1:2 500 000 (Tectonic Map of Northern, Central and Eastern Asia and adjacent areas. Scale 1:2 500 000). Editors: S.P.Shokal'skiy, I.L.Pospelov, Chen Bingwei et al. St Peterburg: Izd-vo VSEGEI, 2013 .

11. Tikhookeanskaya okraina Azii. Magmatizm (The Pacific margin of Asia. Magmatism). Editors: A.D.Shcheglov, S.S.Zimin. Moskow: Nauka, 1991, р.264 .

12. Tikhookeanskiy rudnyy poyas: materialy novykh issledovaniy (k 100-letiyu E.A.Radkevich) (The Pacific ore belt:

materials of new researches (to the 100 anniversary of E.A.Radkevich’s birth)). Vladivostok: Dalnauka, 2008, p.460 .

13. Khanchuk A.I. Paleogeodinamicheskiy analiz formirovaniya rudnykh mestorozhdeniy Dal'nego Vostoka Rossii (Paleogeodynamic analysis of ore deposit formation in the Russian Far East). Rudnye mestorozhdeniya kontinental'nykh okrain. Vladivostok: Dalnauka, 2000, p.5-34 .

14. Chekhov A.D. Tektonicheskaya evolyutsiya Severo-Vostoka Azii (okrainnomorskaya model') (Tectonic evolution of Northeast Asia (marginal-sea model)). Moskow: Nauchnyy mir, 2000, р.204 .

15. Engebretson D., Cox A., Gordon R.G. Relative motions between oceanic and continental plates in the northern Pacific basin. Spec. Pap. Geol. Soc. Am. 1985. Vol. 206, p.1-59 .

________________________________________________________________________________________________ 11 Санкт-Петербург. 2016

TECTONIC DEVELOPMENT AND GRANITOID MAGMATISM OF NORTHEAST

ASIA IN THE LATE MESOZOIC

V.I.ALEKSEEV, Dr. of Geological & Mineral Sciences, Associate Professor, wia59@mail.ru National Mineral Resources University (Mining University), St Petersburg, Russia The history of tectonic development and granitoid magmatism of Northeast Asia in the late Mesozoic is considered. The variety of tectonic situations and granitoid magmatism are favorable circumstances for the solution of many fundamental problems in geology, but tectono-magmatic division into districts is complicated owing to variability of the composition and the structure of the Earth’s crust. A rational approach to the tectonic division into districts of a region by the research of granitoid magmatism based on determining consolidated crust blocks with various tectonic history is offered. Pre-mesozoic and mesozoic structures of the Far East, among which primary and superimposed on the Precambrian and Paleozoic base Verkhoyansk orogeny prevails, are determined. The conclusion on the important role of middle massifs and passive margins with a thin Riphean-Paleozoic cover in geodynamic development of the Far East is drawn. The mesozoic activization of ancient structures along with young granitoid magmatism is established .

The driving force of the Pacific ore belt granitization was the interaction of the Paleo-Pacific Plate and plates in Northeast Asia in the middle-late Mesozoic. The history of regional tectogenesis and granitoid magmatism in the late Triassic – Eocene (230-33,7 million years) taking into account the latest geodynamic concepts is tracked. The place in tectonic history of the Asian continental margin of plutonic and volcanic-plutonic belts is determined. Four stages of tectonomagmatic development of the Far East are established: the Jurassic and the early Cretaceous collisional, the early Cretaceous upsubduction, the late Cretaceous upsubduction-transform and the late Cretaceous – Paleogene rift-related. The directed constructive evolution of the Earth’s crust of the Far East is established: origin and building of ancient cratons on margins of the continental crust sated with granitoid intrusions, increase of a silica acidity and alkalinity of the granitoid magmas and formation of late Cretaceous ore-bearing lithium-fluoric granites at the final stage .

Key words: tectonics, granitoid magmatism, Far East, Northeast Asia .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 УДК 553.411.071

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ

РУДОНОСНОСТИ ЧЕРНОСЛАНЦЕВЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

ТАЙМЫРО-СЕВЕРОЗЕМЕЛЬСКОЙ ЗОЛОТОНОСНОЙ

ПРОВИНЦИИ

А.Н.ЕВДОКИМОВ, д-р геол.-минерал. наук, профессор, evdokimov48@list.ru Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия В.И.ФОКИН, ведущий инженер, okeangeo@VNIIO.ru Н.К.ШАНУРЕНКО, канд. геол.-минерал. наук, ведущий научный сотрудник, okeangeo@VNIIO.ru ВНИИОкеангеология им.И.С.Грамберга, Санкт-Петербург, Россия В ряде черносланцевых толщ Таймыро-Североземельской золотоносной провинции выявлены содержания золота, в 2 раза и более превышающие кларковые. Приведены фактические данные по концентрациям органического углерода, рудных элементов в углеродсодержащих толщах региона и присутствующем в них пирите. В рудной пачке голышевской свиты установлена зависимость наличия рудных элементов, в том числе золота, от степени сульфидизации породы, выполнено сравнение концентрации золота в отдельных кристаллах и сростках пирита. Доказано, что содержания золота, свинца, молибдена, кобальта, никеля и меди закономерно возрастают с повышением количества сульфидов .

В том же направлении понижаются концентрации хрома, марганца, олова, ванадия и лишь содержания титана и цинка остаются неизмененными .

Ключевые слова: золото, Таймыро-Североземельская провинция, черные сланцы .

Наблюдаемое в последние десятилетия истощение запасов благородных металлов на месторождениях традиционного типа привело к тому, что в XXI в. ведущую роль начинают играть крупнообъемные месторождения с относительно невысокими содержаниями металлов, пригодные для открытой отработки, в том числе локализованные в черносланцевых толщах [2]. На территории Российской Федерации черносланцевые комплексы широко распространены в ведущих золотоносных провинциях – Уральской, Енисейской, БайкалоПатомской (Ленской), Восточно-Саянской, Верхояно-Колымской, Чукотской и ТаймыроСевероземельской [6, 9, 12, 14, 15] .

На территории северного Таймыра и островов архипелага Северная Земля установлены промышленные россыпи, многочисленные проявления собственно золоторудного и золотосодержащего оруденения различных формационных типов, а также обширные устойчивые шлиховые ореолы золота. В сочетании с выявленными рудопроявлениями, они представляют собой потенциальные районы золотого рудогенеза и россыпеобразования .

Провинция охватывает область крупной Карской структуры, включающей территории северного Таймыра, части архипелага Северная Земля и прилегающие районы Карского моря (см. рисунок). Здесь распространены главным образом выходы дислоцированных докембрийских образований с фрагментами платформенного чехла, включающими на Северной Земле разрез нижнего и верхнего палеозоя. Среди докембрийских и нижнепалеозойских осадочных образований региона фиксируются многочисленные свиты, содержащие черносланцевые отложения. Во многих случаях последние содержат повышенные концентрации ряда рудных элементов, в том числе и золота (табл.1) .

По данным табл.1 можно заключить, что: 1) содержание меди в черносланцевых толщах близко к кларковым; 2) содержание хрома широко варьирует от 44 г/т в породах устьпясинской свиты до 850 г/т в породах ждановской свиты, при количестве выше кларкового более чем в половине отложений; 3) содержание кобальта близко кларковым при вариациСанкт-Петербург. 2016 Минерагеническое районирование Таймыро-Североземельской провинции 1 – граница Таймыро-Североземельской золотоносной провинции, где выделяются следующие металлогенические зоны: 2 – Большевик-Мининская золотополиметалльная; 3 – Шренк-Фаддеевская золотомолибден-полиметалльная;

4 – Северо-Быррангская полиметалльная (золотоносная?); 5 – Североземельско-Челюскинская золоторедкометалльная;

6-12 –структурно-формационные зоны: 6 – рифей-вендская Большевик-Мининская терригенная «углеродсодержащая»

(флишоидная); 7 – рифейская Шренк-Фаддеевская карбонатно-терригенно-вулканогенная «углеродсодержащая»;

8 – палеозойские терригенно-карбонатные комплексы; 9 – верхнепалеозойские угленосные комплексы; 10 – терригенные угленосные комплексы мезозойско-кайнозойского чехла; 11 – дорифейские кристаллические массивы ( – Харитоновский,

– Шренк-Мамонтовский, – Фаддеевский); 12 – палеозойские гранитоидные интрузии

–  –  –

Многие черносланцевые толщи Североземельско-Таймырского региона имеют повышенную сульфидную минерализацию, достигающую 1-2 %, а местами 5-8 %. Основным сульфидным минералом здесь является пирит, представленный разноразмерными кристаллами, линзовидными агрегатами, линзами зонального и незонального строения, прожилками, мелкими линзовидными жилками, мельчайшей сыпью глобулярных или изометричных лапчатых зерен, а также тонкозернистых разностей – мельниковитом .

В отдельных толщах и горизонтах пород, например в воскресенской и голышевской свитах, преобладает пирротин. Он, как правило, представлен мелкими (1-3 мм и менее) линзовидными выделениями вдоль слоистости и сланцеватости пород, реже отмечаются его более крупные (от 1-2 до 10-15 см) по длинной оси линзовидные образования по слоистости пород, проявленные в отдельных горизонтах голышевской свиты. Другие сульфиды обнаружены только под микроскопом, обычно в виде включений в пирите и пирротине. По убыванию они представлены: халькопиритом, марказитом, галенитом, сфалеритом, арсенопиритом. В пирротине также изредка присутствуют пентландит и герсдорфит. Из других рудных минералов в черносланцевых отложениях региона часто встречается ильменит .

Анализируя геохимические особенности пиритов (табл.4) и сравнивая их с данными [1] по Ленскому району для раннеметаморфических пиритов, можно отметить, что содержания As, Zn, Ni, Co, Au, Cu в пиритах Североземельско-Таймырского региона, как правило, ниже, а концентрация Ag в ряде случаев – выше. Причиной этого может быть различное исходное накопление указанных элементов в осадках. Максимальная концентрация золота в кристаллах пирита раннеметаморфического генезиса вне рудопроявлений достигает в конечнинской толще 14 г/т. Максимальное содержание серебра 2,8 г/т характерно для пиритов конечнинской и ждановской толщ. Максимальные содержания, г/т: Bi – 2,2, Mo – 14, Pb – 138 и Zn – 232, отмечены в пиритах из ждановской толщи. Для пиритов из куйбышевской свиты характерно присутствие максимальных концентраций Co (196 г/т), а самое высокое содержание As (400 г/т) отмечается в пирите челюскинской толщи. Сурьма выявлена только в сульфидах поспеевской (4 г/т) и мининской (1,2 г/т) толщ .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 Таблица 4 Средние содержания элементов-примесей в пиритах (в числителе – в кристаллах, в знаменателе – в агрегатах) ряда углеродсодержащих толщ Североземельско-Таймырского региона, г/т

–  –  –

К геохимическим особенностям сульфидной минерализации можно отнести повышенную концентрацию серебра, меди и в ряде случаев цинка в агрегатных скоплениях пирита по сравнению с отдельными кристаллами из тех же стратиграфических уровней .

Золото ведет себя аналогично серебру, больше концентрируется в агрегатах сульфидов конечнинской, мининской, поспеевской и голышевской толщ. Для паландерской и челюскинской свит эта закономерность не выдерживается, что, видимо, связано с очищением от примесей в процессе перекристаллизации пиритовых образований. Отношение никеля к кобальту во всех изученных образованиях пирита не превышает 1,6, причем для кристаллов это значение 0,28-1,4, а для агрегатов – 0,42-1,58, что соответствует пириту раннеметаморфического генезиса [1] .

Основной чертой «черносланцевых» формаций является присутствие в них повышенных количеств углерода, как органического происхождения, так и привнесенного метасоматическими процессами. Предшествующими исследованиями установлено два типа накопления золота в связи с наличием углеродистого вещества. Первый – это биогенное накопление металла. Выявлена уникальная способность бактерий, водорослей и микроскопических грибов к аккумуляции и перекристаллизации благородных металлов с образованием разнообразных по форме и размерам кристаллов золота [11]. Второй тип накопления металла – отложение на геохимических барьерах путем сорбции золота органическим веществом с образованием золотоорганических соединений и ультратонких частиц металла .

Так, в черносланцевых породах, вмещающих оруденение месторождения Вернинское в районе Бодайбо, установлено присутствие золота в битумоидах в двух формах: в виде коллоидных и ультрадисперсных кластерных частиц металла [5]. Следовательно, необходимо проанализировать содержание Сорг в терригенных образованиях .

Массовое содержание Сорг в терригенных породах докембрия и раннего палеозоя региона в основном находится в пределах от сотых долей до первых процентов. Наивысшие его концентрации – до 4,8 %, при средних содержаниях 2,83 %, отмечаются в кремнистоуглеродистых сланцах усть-пясинской свиты (табл.5) и до 12,24 % в породах ждановской свиты. В черных сланцах мининской свиты венда отмечены концентрации Сорг до 4,37 % .

________________________________________________________________________________________________ 17 Санкт-Петербург. 2016 Данные по иным углеродсодержащим комплексам показывают более низкие содержания Сорг. Зависимость содержания Сорг от зернистости пород по региону в целом выражена его большими, как правило, концентрациями в аргиллитах относительно одновозрастных алевролитов и песчаников. В целом указанные содержания Сорг сходны с содержаниями углерода в аналогичных породах известных рудных районах страны и ближнего зарубежья (см .

табл.2). Средние содержания Сорг в отложениях голышевской свиты (0,45 %) и породах ждановской свиты (0,46 %) наиболее близки к приводимым для алевросланцев углеродистой формации Приамурья (0,48 %). Отложения мининско-челюскинской зоны на Центральном Таймыре близки по этому показателю к алевросланцам с золото-сульфидным оруденением Восточной Сибири (0,36-4,1 %, табл.2) .

–  –  –

Графитизированное органическое вещество в терригенных породах рассматриваемого региона представлено тонкодисперсной и межзерновой разностями, фиксируемыми в метапелитовых комплексах с повышенным содержанием Сорг .

Анализ содержаний золота и Сорг в отложениях докембрия и раннего палеозоя Североземельско-Таймырского региона не выявил прямой корреляционной зависимости между этими вычислениями. Судя по литературным данным, не выявляется эта зависимость и в ряде других регионов. А.И.Забияка [6] провел одновременное определение золота и Сорг в породах частного разреза ждановской свиты в среднем течении р.Жданова. Результаты показывают, что прямой зависимости данных компонентов не наблюдается, максимумы содержаний золота (25 мг/т) и углерода (1,87 %) не совпадают, хотя и сближены в пространстве. Содержания золота, превышающие кларковые на 1-2 порядка, отмечаются этим автором при количестве углерода 0,1-0,2 % .

Были определены содержания (интервал и среднее значение) золота и С орг в черносланцевых отложениях ряда толщ Североземельско-Таймырского региона:

18 ________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 Сорг, % 0,2 0,2-0,4 0,4-0,6 0,6-0,8 0,8-1,0 1,0-1,2 1,2-1,4 1,4-1,6 1,6-1,8 1,8-2,0 2,0 2,0-270 1,4-250 2,0-1600 3,2-130 2,0-25 2,0-5,6 11,0 6,0-98 2,0 2,0-26 8,1-50 Au, мг/т 43,4 41,9 423,4 33,5 6,9 3,3 – 52 – 13,5 27,0 При анализе полученных данных установлено, что наибольшие содержания золота (130 мг/т и более) обнаружены в породах, содержащих, как правило, менее 0,8 % углерода, и все содержания золота более 1 г/т устанавливаются в породах, содержащих 0,4-0,6 % углерода .

Наиболее изученным в регионе золотосульфидным объектом является проявление Голышевское в долине одноименной реки на юго-востоке о.Большевик. Интенсивно дислоцированные флишоидные образования голышевской толщи рифейского возраста в районе рудопроявления представлены крутопадающей пачкой переслаивающихся песчаников, алевролитов, аргиллитов и гравелитов с повышенным содержанием Сорг (до 2 %). Алевролиты и аргиллиты составляют не менее 50 % общего объема пород .

При опробовании разреза в борту русла реки была установлена повышенная золотоносность шести горизонтов сульфидизированных алевролитов и черных сланцев со средневзвешенным содержанием золота – 0,71 г/т. Литолого-стратиграфическое строение разреза голышевской толщи позволяет предположить, что формирование терригенных осадков происходило в морском бассейне на глубине до 250 м в условиях относительно повышенной сейсмичности и быстрого прогибания дна. При этом вблизи бассейна седиментации представляется вероятной синхронная вулканическая деятельность, сопровождаемая подводными эманациями. Режим водоема обеспечивал развитие сине-зеленых водорослей и придонное сероводородное заражение [3]. Специфическим признаком «золотоносных прослоев» углеродистых алевропелитов является наличие в них замещенных полуаморфным кремнеземом или пиритом первично-органогенных образований – микрофоссилий. Повышенные концентрации ряда рудных компонентов, главным образом золота, вероятно, обусловлены их синседиментационным осаждением из вод на сорбционно-восстановительных барьерах .

Интенсивность осаждения золота возрастала пропорционально пиритообразованию в осадке. Процесс, видимо, активизировался в условиях сингенетичной тектоноактивности при формировании «мусорных» песчанистых алевролитов. Влияние органического вещества (ОВ) на концентрирование золота проявляется прямой корреляционной зависимостью на начальных уровнях накопления (0,01-0,1 г/т), а наиболее высокие содержания металла образовались, вероятно, при наличии 0,4-0,6 % ОВ в осадках. Повышенные концентрации золота связаны с сульфидным оруденением вкрапленного и прожилково-вкрапленного типов, неравномерно развитым от единичной вкрапленности и мелкопрожилковых выделений до серии сближенных линзовидных субсогласных агрегатов. Основным рудным минералом является пирит или мельниковит и марказит, значительно менее распространен пирротин, который образует микропрожилки и линзы .

В пирите обычны микровключения халькопирита, галенита, сфалерита и золота. В рудоносных пластах на проявлении Голышевское присутствует пирит различных морфогенетических типов: I – осадочно-диагенетический глобулярный; II – раннеметаморфический, который образует три подтипа (А – зональные линзы, Б – незональные линзы с песчанистым материалом и В – переотложенный пирит, состоящий из отдельных метакристаллов и линзообразных прожилков); III – наложенный позднеметаморфический в форме пириткварцевых и кварц-пиритовых прожилков, секущих слоистость и сланцеватость породы .

Резкое преобладание «неперемещенного» раннеметаморфического пирита подтипов А и Б, в основном мелкокристаллического с размером зерен 1-5 мм, локализованного непосредственно на участках изначальной сульфидизации осадка согласно напластованию пород, и наличие реликтов осадочно-диагенетического пирита I – тонкокристаллического и глобулярного, свидетельствуют о незначительном проявлении в изученных разрезах позднеметаморфических и гидротермальных процессов [3] .

________________________________________________________________________________________________ 19 Санкт-Петербург. 2016 Золотоносность разных типов и фракций пирита весьма различна. По данным спектрохимических анализов, в пирите типа А во фракции менее 1 мм содержание золота в среднем 58,08 г/т, максимальное 100 г/т, пирит фракции 1-5 мм содержит металл в количестве до 200 г/т, среднее 150 г/т. В пирите типа Б содержание золота во фракции 1-5 мм составляет в среднем 31,6 г/т, максимум – 100 г/т, во фракции пирита более 5 мм содержание до 3,0 г/т, среднее 1,68 г/т. В последнем выделенном типе раннеметаморфического пирита В содержания самые низкие: фракция 1 мм – среднее значение 2,06 г/т, максимальное 3,5 г/т, фракция 1-5 мм – среднее 1,06 г/т, максимум 2,4 г/т. В пирите III выявлены только фоновые содержания металла при среднем содержании 0,05 г/т .

Золото в минеральной форме установлено в пирите II в виде округло-изометричных и каплевидных выделений размером в первые микроны – десятки микрон как на проявлении Голышевское, так и в ряде других пунктов золоторудной минерализации в породах голышевской толщи. Пробность золота колеблется от 853 до 977 ‰ (обычно выше 900 ‰) .

Из примесей кроме серебра (до 14,6 %) установлена медь (сотые – десятые доли процента) .

До 80 % выявленных под микроскопом золотин установлены в пирите фракции 1-5 мм, при этом от 30 до 70 % золотин, в зависимости от типа рудных образований, тесно ассоциируют с остатками окремнелых микрофоссилий, ассимилированных пиритом. Подобные эффекты биогенного концентрирования золота примитивными организмами установлены в различных регионах мира [10] .

Максимальная золотоносность раннеметаморфического пирита подтипов А и Б при резко пониженных концентрациях металла в «переотложенном» пирите подтипа В, представленном метакристаллами по трещинам кливажа и их агрегатами типа линзопрожилков, и практически фоновых содержаниях в позднеметаморфическом пирите типа III свидетельствует о разубоживании и выносе сингенетичных концентраций металла на начальном этапе гидротермального процесса с возможным дальнейшим перемещением его в структурные ловушки различного типа. В 1991-1997 годах в процессе проведения геологосъемочных работ масштаба 1 :50 000 силами Центрально-Арктической геологоразведочной экспедиции (ЦАГРЭ) на рудопроявлении Голышевское был выполнен относительно небольшой объем горно-буровых работ, сопровождавшихся бороздовым и керновым опробованием. В результате в черных сланцах по скважинам и расчисткам были выявлены две протяженные согласные зоны мощностью 4,4 м и 8,6 м со средним содержанием золота соответственно 1,87 и 6,48 г/т. В окружающих (слабопиритизированных) породах содержание золота не превышает сотые – редко десятые доли грамма на тонну. Таким образом, осадочно-метаморфогенная золотосульфидная формация, с одной стороны, может рассматриваться как «базовая», являющаяся возможным поставщиком металла для иных золоторудных формаций, становление которых происходило уже на последующих этапах тектонического развития региона. С другой стороны, она сама при определенных условиях может формировать промышленно значимые рудные объекты, о чем свидетельствуют две рассмотренные выше рудоносные зоны. По данным сотрудников ЦАГРЭ, прогнозные ресурсы зон оценены по категории Р3 в 107,5 т [13] .

На Восточном Таймыре, в пределах Шренк-Фаддеевской структурно-формационной зоны, подобная минерализация установлена сотрудниками КоЦНИИГГИМС преимущественно в породах ждановской свиты. Породы ждановской свиты в целом образуют полосу шириной 5-7 км (до 20 км), протянувшуюся на 120 км от левых притоков р.Ленинградской, р.Баркова и других в северо-восточном направлении до верховьев р.Гольцовой. Наиболее интенсивная минерализация в породах этой свиты установлена на р.Жданова. Ждановская свита здесь сложена преимущественно серо-зелеными метапесчаниками, метаалевролитами, переслаивающимися с черными и темно-серыми филлитами; спорадически в ее составе встречаются пласты мраморизованных известняков и доломитов. Сульфидизация пород различна: от единичных вкрапленников до 7 % в филлитах, иногда до 40 % в прослоях поISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 род мощностью до 20 см. По данным [6, 8] установлено, что чем мощнее слой филлитов, тем интенсивнее в нем сульфидная минерализация. Вне прослоев филлитов минерализация практически отсутствует .

При изучении золотоносности черносланцевых отложений проводились расчеты возможного количества золота, экстрагированного из пород при региональном и контактовом метаморфизме (табл.6). Так, по данным [2], количество металла, вынесенного из пород при региональном метаморфизме, составляет до 50 % его исходного содержания, а по данным [8], в экзоконтакте Лодочниковского гранитоидного массива на полуострове Челюскин установлен вынос золота из зоны роговиков до 85 % от его содержания в черносланцевых породах нижнепалеозойского возраста вне зоны термального воздействия массива .

Таблица 6 Возможное количество золота, выносимого из 1 км3 черносланцевых пород региона, при термальном воздействии, по прогнозам ряда ученых

–  –  –

В заключение следует подчеркнуть: 1) в пределах Таймыро-Североземельской золотоносной провинции установлен ряд свит с черносланцевыми отложениями, имеющими повышенную фоновую золотоносность; 2) в черносланцевых образованиях выявлена прямая зависимость золотоносности от степени сульфидизации; 3) основная масса сульфидов в черносланцевых отложениях представлена пиритом, преимущественно раннеметаморфического генезиса; 4) повышенная золотоносность пирита в части черносланцевых отложений позволяет выделить ряд золотосульфидных проявлений с заметными потенциальными ресурсами, например Голышевское с ресурсами категории Р3 – 107,5 т; 5) установленные черносланцевые толщи с повышенной золотоносностью представляют собой золотосульфидную черносланцевую формацию, которая при наложенных тектоно-магматических процессах могла служить источником металла для золотокварцевых и золотосульфидных проявлений и месторождений типа Сухого Лога .

ЛИТЕРАТУРА

1. Буряк В.А. Метаморфизм и рудообразование. М.: Недра, 1982. 256 с .

2. Буряк В.А. Эволюционный ряд крупнообъемных золото-платиноидных месторождений в углеродистых толщах / В.А.Буряк, В.И.Гончаров, Н.А.Горячев // Доклады РАН. 2002. Т.387. № 4. С.512-515 .

3. Васильев Б.С. Условия формирования и типоморфные особенности золотосульфидного оруденения юговосточной части о.Большевик (Северная Земля) / Б.С.Васильев, В.И.Фокин // Минерагения Арктики / ВНИИОкеангеология. СПб, 1994. С.130-139 .

4. Вихтер Б.Я. Основные характеристики терригенных формаций бакырчикского семейства // Руды и металлы .

2007. № 5. С.58-67 .

5. Ганжа Г.Б. Органическое вещество в осадочных породах Вернинского золоторудного месторождения, Патомское нагорье / Г.Б.Ганжа, Э.А.Развозжаева // Руды и металлы. 2014. № 3. С.65-73 .

6. Забияка А.И. Металлогеническое районирование Карской (Северо-Таймырской) провинции / А.И.Забияка, С.С.Сердюк // Геология и закономерности эндогенного оруденения западного обрамления Сибирской платформы / СНИИГГиМС. Новосибирск, 1978. С.30-37 .

________________________________________________________________________________________________ 21 Санкт-Петербург. 2016

7. Злобин В.А. Эффект прокаливания и проблема формирования золотого оруденения в черносланцевых толщах / В.А.Злобин, В.Г.Цимбалист // Генетические модели эндогенных рудных формаций. Новосибирск: Наука, 1983 .

Т.2. С.162-169 .

8. Золотоносные коры выветривания Таймыра (геология, тектоника, рудоносность) / А.И.Забияка, В.К.Ояберь, Ю.В.Гусаров, И.Н.Привалихин; КНИИГиМС. Красноярск, 2013. 134 с .

9. Золоторудные формации Таймыро-Североземельской провинции / Н.К.Шануренко, В.Г.Кузьмин, Г.А.Русаков, В.И.Фокин // Российская Арктика: геологическая история, минерагения, геоэкология / ВНИИОкеангеология. СПб,

2002. С.559-571 .

10. Константинов М.М. Биогенез и рудообразование / М.М.Константинов, А.А.Сидоров // Вестник СВНЦ ДВО РАН. 2008. № 2. С.2-12 .

11. Куимова Н.Г. Биогенная кристаллизация ионного золота микромицетами / Н.Г.Куимова, О.В.Жилин // Доклады РАН. 2002. Т.386. № 6. С.809-812 .

12. Сердюк С.С. Золотоносные и золото-платиноносные провинции севера Центральной Сибири // Российская Арктика: геологическая история, минерагения, геоэкология / Гл. редакторы: Д.А.Додин, В.С.Сурков; ВНИИОкеангеология. СПб, 2002. С.537-558 .

13. Твердые полезные ископаемые архипелагов и островов арктической континентальной окраины Евразии / Гл. редактор В.Д.Каминский, отв. редакторы: В.И.Ушаков, В.Д.Крюков; ВНИИОкеангеология. СПб, 2010. 336 с .

(Труды НИИГА-ВНИИОкеангеология. Т.216) .

14. Шануренко Н.К. Карская золоторудная провинция (особенности строения и ведущие формационные типы оруденения) / Н.К.Шануренко, Б.С.Васильев // Минерагения Арктики / ВНИИОкеангеология. СПб, 1994. С.82-90 .

15. Шануренко Н.К. Характеристика и перспективы Таймыро-Североземельской золотоносной провинции / Н.К.Шануренко, В.И.Фокин // Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона; ВНИИОкеангеология. СПб, 2012. С.127-135. (Труды ВНИИОкеангеология. Т.223. Вып.8) .

REFERENCES

1. Buryak V.A. Metamorfizm i rudoobrazovanie (Metamorphism and ore-formation). Мoscow: Nedra, 1982, p.256 .

2. Buryak V.A., Goncharov V.I., Goryachev N.A. Evolyutsionnyi ryad krupnoob"emnykh zoloto-platinoidnykh mestorozhdenii v uglerodistykh tolshchakh (The Evolutionary raw of a large gold-platinum metals deposits in the carboniferous layers). Doklady RAN. 2002. Vol.387. N 4, p.512-515 .

3. Vasil'ev B.S., Fokin V.I. Usloviya formirovaniya i tipomorfnye osobennosti zolotosul'fidnogo orudeneniya yugovostochnoi chasti o.Bol'shevik (Severnaya Zemlya) (Natural particular conditions of gold- sulfide formation and mineralization in South-East part of Bolshevik Island (Severnaja Land )). Minerageniya Arktiki. VNIIOkeangeologiya. St Petersburg, 1994, p.130-139 .

4. Vikhter B.Ya. Osnovnye kharakteristiki terrigennykh formatsii bakyrchikskogo semeistva (Basic characteristics of clastic formations of Bakyrchik formation). Rudy i metally. 2007. N 5, p.58-67 .

5. Ganzha G.B., Razvozzhaeva E.A. Organicheskoe veshchestvo v osadochnykh porodakh Verninskogo zolotorudnogo mestorozhdeniya, Patomskoe nagor'e (Organic matter in sedimentary rocks of Verninsky gold mine, Patomskoe Highlands) .

Rudy i metally. 2014. N 3, p.65-73 .

6. Zabiyaka A.I., Serdyuk S.S. Metallogenicheskoe raionirovanie Karskoi (Severo-Taimyrskoi) provintsii (Metallogenic zoning of Kara (North-Taimyr) province). Geologiya i zakonomernosti endogennogo orudeneniya zapadnogo obramleniya Sibirskoi platformy. SNIIGGiMS. Novosibirsk, 1978, p.30-37 .

7. Zlobin V.A., Tsimbalist V.G. Effekt prokalivaniya i problema formirovaniya zolotogo orudeneniya v chernoslantsevykh tolshchakh (Heat treatment effect and the problem of gold mineralization in black-slate sediments). Geneticheskie modeli endogennykh rudnykh formatsii. Novosibirsk: Nauka, 1983. Vol.2, p.162-169 .

8. Zabiyaka A.I., Oyaber' V.K., Gusarov Yu.V., Privalikhin I.N. Zolotonosnye kory vyvetrivaniya Taimyra (geologiya, tektonika, rudonosnost') (Gold weathering crust in the Taymyr region (geology, tectonics, ore existence)). KNIIGiMS. Krasnoyarsk, 2013, p.134 .

9. Shanurenko N.K., Kuz'min V.G., Rusakov G.A., Fokin V.I. Zolotorudnye formatsii Taimyro-Severozemel'skoi provintsii (Gold-ore formations in Tajmyr-Severnaya Zemlya province) Rossiiskaya Arktika: geologicheskaya istoriya, minerageniya, geoekologiya. VNIIOkeangeologiya. St Petersburg, 2002, p.559-571 .

10. Konstantinov M.M., Sidorov A.A. Biogenez i rudoobrazovanie (Biogenesis and ore-formation). Vestnik SVNTs DVO RAN. 2008. N 2, p.2-12 .

11. Kuimova N.G., Zhilin O.V. Biogennaya kristallizatsiya ionnogo zolota mikromitsetami (Nutrient crystallization of the Ionic gold by mikromicetas). Doklady RAN. 2002. Vol.386. N 6, p.809-812 .

12. Serdyuk S.S. Zolotonosnye i zoloto-platinonosnye provintsii severa Tsntral'noi Sibiri (Gold and gold-platinum bearing North Central province of Siberia). Rossiiskaya Arktika: geologicheskaya istoriya, minerageniya, geoekologiya .

Editors: D.A.Dodin, V.S.Surkov; VNIIOkeangeologiya. St Petersburg, 2002, p.537-558 .

13. Tverdye poleznye iskopaemye arkhipelagov i ostrovov arkticheskoi kontinental'noi okrainy Evrazii (Solid minerals in archipelagos and Islands of the Arctic continental margin in Eurasia). Chief Editor V.D.Kaminskii, Editors: V.I.Ushakov, V.D.Kryukov; VNIIOkeangeologiya. St Petersburg, 2010, p.336 .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217

14. Shanurenko N.K., Vasil'ev B.S. Karskaya zolotorudnaya provintsiya (osobennosti stroeniya i vedushchie formatsionnye tipy orudeneniya) (Kara Sea gold-ore province (geological structure specialization and types of mineralization)) .

Minerageniya Arktiki. VNIIOkeangeologiya. St Petersburg, 1994, p.82-90 .

15. Shanurenko N.K., Fokin V.I. Kharakteristika i perspektivy Taimyro-Severozemel'skoi zolotonosnoi provintsii (Characteristics and prospects of Tajmyro-Severnaya Zemlya gold province). Geologo-geofizicheskie kharakteristiki litosfery Arkticheskogo regiona; VNIIOkeangeologiya. St Petersburg, 2012, p.127-135 .

GEOCHEMICAL FEATURES AND PROSPECTS OF ORE CONTENT IN BLACK

SLATES IN TAJMYR-SEVERNAYA ZEMLYA GOLD FORMATION

A.N.EVDOKIMOV, Dr. of Geological & Mineral Sciences, Professor, evdokimov48@list.ru National Mineral Resources University (Mining University), St Petersburg, Russia V.I.FOKIN, Leading Engineer, okeangeo@VNIIO.ru, N.K.SHANURENKO, PhD in Geological & Mineral Sciences, Leading Researcher, okeangeo@VNIIO.ru VNIIOkeangeologija named after I.S.Gramberg, St Petersburg, Russia Gold content, at least twice higher than the gold percentage abundance in Earth’s crust, has been discovered in a number of black slates formations in Tajmyr-Severnaya Zemlya gold province. The article shows the measurement data on organic carbon and ore elements concentrations in carbonaceous sediments, with pyrite, being their constituent, in the region. The dependence of ore elements availability, including gold, on sulphidisation degree in rocks has been identified in an ore bundle of Golyshevskaja strata. The comparison of gold concentrations in sampled monocrystals and pyrite aggregates has been carried out. It has been empirically supported that the content of gold, lead, molybdenum, cobalt, nickel and copper normally grows with the increase of sulphides quantity. Concentrations of chromium, manganese, tin, vanadium decrease respectively; however, titanium and zinc content remains unchanged .

Key words: gold, Taimyr-Severozemelskaya province, black slates .

–  –  –

УДК 654

ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ КОРПОРАТИВНОЙ

СВЯЗИ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО

КОМПЛЕКСА

А.Б.МАХОВИКОВ, канд. техн. наук, доцент, amakhovikov@spmi.ru Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия В статье показаны преимущества использования унифицированных коммуникаций для организации управления предприятиями минерально-сырьевого комплекса и рассмотрены принципы создания современной корпоративной коммуникационной системы, обеспечивающей гарантированное закрытие всей передаваемой информации (речи, текста и файлов) .

Обоснованы структура системы, принципы ее функционирования и технологии, которые должны использоваться при ее создании. Описывается система защищенной корпоративной связи, разработанная в Национальном минерально-сырьевом университете «Горный», и приводится ее сравнение с отечественными и зарубежными аналогами .

Ключевые слова: корпоративная связь, унифицированные коммуникации, защита передаваемой информации .

Эффективное управление предприятием минерально-сырьевого комплекса невозможно без наличия удобной и надежной системы корпоративной связи. И если раньше под термином «связь» понимались только традиционная телефония и факсимильная связь, то теперь в это понятие включается мобильная связь, электронная почта и множество других коммуникационных технологий .

Однако использование для организации корпоративной связи технологий, основывающихся на различных принципах передачи информации, приводит к увеличению накладных расходов предприятия. Ведущие мировые производители аппаратного и программного обеспечения, такие как Cisco и Microsoft, уже около десяти лет развивают концепцию унифицированных коммуникаций (Unified Communications) [3, 5], которая подразумевает использование для организации корпоративной связи существующую сетевую инфраструктуру .

Иначе говоря, вся необходимая информация (голос, видео и данные) передается в реальном масштабе времени по IP-сети. Использование унифицированных коммуникаций значительно снижает стоимость создания и владения системой связи и выводит деловое общение на качественно новый уровень .

Таким образом, на смену традиционной телефонии и факсимильной связи приходит IP-телефония, позволяющая свести практически к нулю стоимость связи между филиалами компании и минимизировать расходы на междугородние и международные звонки, а использование систем для организации интернет-конференций позволяет минимизировать командировки сотрудников и производить все обсуждения и согласования удаленно .

Для создания систем корпоративной связи предложено множество готовых решений, например, Cisco Unified Communications Manager и Microsoft Lync Server. Однако большинство из этих решений характеризуется большой стоимостью, для развертывания и поддержки требуются высококвалифицированные специалисты, прошедшие специальное обучение .

_________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 Системы IP-телефонии также организуются с помощью установки собственных бесплатных SIP-серверов, чаще всего Asterisk. Но установка и настройка таких серверов тоже требует наличия высококвалифицированных специалистов по системам IP-телефонии. Кроме того, в качестве абонентских устройств для таких систем связи обычно используются стационарные IP-телефоны, а клиенты для смартфонов, хоть и существуют, но не обеспечивают высокого качества связи .

В свою очередь, пользователи смартфонов для осуществления звонков и передачи коротких текстовых сообщений и файлов широко используют три глобальные системы связи:

Skype, Viber и WhatsApp. Эти системы, несомненно, удобны в использовании, обеспечивают хорошее качество связи их клиенты легко устанавливаются и настраиваются, но в корпоративном секторе их использовать опасно. Причина этого в том, что сервера, обеспечивающие хранение персональных данных абонентов и передачу информации, установлены «где-то в Интернете» и не находятся под контролем компании .

Таким образом, разработка недорогой, легкой в установке, удобной в использовании и обеспечивающей гарантированное закрытие всей передаваемой информации системы унифицированных коммуникаций, в которой в качестве абонентских устройств выступают современные смартфоны, является важной и актуальной задачей .

В Национальном минерально-сырьевом университете «Горный» уже на протяжении ряда лет проводятся исследования и разработки по созданию систем унифицированных коммуникаций. В частности, в статье [1] описана система для организации интернетконференций, а в статье [2, 4] – методы решения некоторых проблем, возникших при ее создании. В данной статье речь пойдет о разработанной в Горном университете системе корпоративной связи, позволяющей организовать защищенное общение между сотрудниками предприятий минерально-сырьевого комплекса .

При разработке систем корпоративной связи приходится решать целый комплекс научно-технических задач. Во-первых, в такой системе нужно обеспечить гарантированное закрытие всей передаваемой информации. Для этого необходимо не только использовать надежные алгоритмы шифрования и аутентификации, но и правильно организовать работу с компонентами системы и ключами. Центральный сервер системы связи должен находиться под полным контролем компании – владельца системы. Базовые ключи шифрования информации должны генерироваться в офисе компании и загружаться на смартфоны сотрудников в процессе установки на них клиентов. При утере или хищении смартфона должны быть предусмотрены средства его удаленной блокировки. Для каждого сеанса связи должны генерироваться уникальные сеансовые ключи, которые уничтожаются по завершении сеанса. Защита аудио-данных должна осуществляться путем использования проприетарных аудио-кодеков, алгоритмы работы которых неизвестны широкому кругу лиц, и надежного симметричного алгоритма шифрования с длинным ключом. В системах, разрабатываемых в Горном университете, используется проприетарный аудио-кодек на скорость 26 Кбит/с, характеризующийся высоким качеством восстановленной речи, хорошей устойчивостью к фоновым шумам и экстремальномалыми вычислительными затратами, а также симметричный алгоритм шифрования (ГОСТ 28147-89), считающийся одним из самых надежных в мире .

Для организации передачи данных в современных системах IP-телефонии обычно используется протокол RTP, базирующийся на протоколе транспортного уровня UDP. Однако использование этого протокола не всегда гарантирует работоспособность системы, так как он очень часто блокируется корпоративными системами обеспечения сетевой безопасности. Кроме того, транспортный протокол не гарантирует надежной доставки данных и не может быть использован при передаче текстовых сообщений и файлов .

В системах, разрабатываемых в Горном университете, используются два проприетарных протокола для организации передачи данных. Первый из них позволяет осуществлять переСанкт-Петербург. 2016 дачу аудиоданных поверх протокола HTTP, который основан на транспортном протоколе TCP и не блокируется корпоративными межсетевыми экранами. Второй протокол базируется на транспортном протоколе UDP, но позволяет осуществлять надежную доставку данных .

Для моделирования работы названных протоколов была разработана специальная программа, включающая модели источника данных, канала связи и приемника. Результаты моделирования показывают, что их применение позволит обеспечить достаточное для полнодуплексной аудио-связи качество передачи данных даже в случае использования не предназначенного для этого протокола HTTP, и, по сравнению с использованием протокола TCP, приведет к существенному увеличению скорости доставки файлов и текстовых сообщений по плохим каналам связи .

Для оценки реальных параметров мобильных каналов связи и определения необходимого размера джиттер-буфера была разработана специальная программа. Программа состоит из сервера-зеркала, устанавливаемого в дата-центре, и клиента для операционной системы Microsoft Windows, взаимодействующих по протоколу UDP. Клиент производит отправку на сервер потока пакетов, которые, «отражаясь» от него, возвращаются обратно .

Это позволяет измерять такие характеристики канала, как процент потери пакетов, задержка доставки пакетов и колебания этой задержки во времени. Размер пакета и частота их отправки могут изменяться экспериментатором в зависимости от используемого в системе аудио-кодека .

Для проведения экспериментов были приобретены SIM-карты операторов Мегафон, МТС, Билайн и Теле 2, которые последовательно вставлялись в смартфон на базе операционной системы Android. Этот смартфон выполнял функции беспроводной точки доступа и обеспечивал подключение к Интернету по мобильному каналу связи. Клиент запускался на ноутбуке, подключенном к данной точке доступа, и посылал серию пакетов на сервер, принимая «отраженные» от него пакеты. Для каждой серии задавались размер пакета, частота отправки и ее продолжительность. В процессе отправки серии производилось наблюдение за типом подключения к сети (GPRS/EDGE/3G/LTE) и если тип подключения изменялся, то результаты, полученные для данной серии, игнорировались .

Результаты экспериментов показывают, что технологии GPRS и EDGE не обеспечивают необходимого качества канала для работы систем IP-телефонии из-за большой величины задержки доставки пакетов. При подключении по технологиям 3G и LTE задержка невелика, но наблюдаются ее колебания, компенсацию которых можно произвести с помощью джиттер-буфера в 60 мс .

Успешное решение описанных научно-технических задач позволило создать систему корпоративной связи, имеющую низкую стоимость и простоту развертывания и обслуживания. При этом она обеспечивает отличное качество связи и гарантирует полную ее конфиденциальность .

В качестве абонентских устройств используются смартфоны под управлением операционных систем Android или iOS с функционирующими на них специальными приложениями. Передача информации осуществляется по технологиям 3G/LTE или WiFi .

В состав системы входят центральный сервер, клиенты для смартфонов и приложение администратора. Центральный сервер обеспечивает подключение и авторизацию клиентов, а также организацию сеансов связи между ними. Клиенты позволяют устанавливать аудиосвязь между абонентами системы, а также передавать текстовые сообщения и, в перспективе, файлы. Приложение администратора используется для настройки сети связи и подготовки файлов настроек клиентов .

В качестве первого шага для развертывания системы выбирается место установки центрального сервера. Этот сервер может функционировать под управлением операционных систем Microsoft Windows и Linux и не требует наличия какого-либо дополнительного программного обеспечения, в частности, системы управления базами данных. Единственными _________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 требованиями являются наличие широкополосного доступа в Интернет и статического публичного IP-адреса. Таким образом, заказчик системы может установить центральный сервер у себя в офисе, в любом дата-центре, или же арендовать облачный сервер у любой компании, которая такие услуги предоставляет. Необходимо учитывать, что конфиденциальность связи определяется отсутствием любой возможности доступа посторонних лиц к центральному серверу .

Далее, с помощью приложения администратора производится настройка сети связи и подготовка файлов настроек клиентов для смартфонов абонентов. Приложение администратора для Microsoft Windows не требует для своего функционирования никакого дополнительного программного обеспечения и наличия подключения к Интернету. В интерфейсе администратора указываются IP-адрес и порт центрального сервера, вводятся имена абонентов системы, их индивидуальные пароли и задается матрица связи, определяющая, кому абонент может звонить, а кому нет. По окончании ввода всей необходимой информации генерируется набор файлов, в который входят база данных сети связи, ключ, с помощью которого она зашифрована, и файлы для настройки клиентов системы, зашифрованные паролями абонентов .

Затем производится запуск центрального сервера. Для этого на выбранный для работы физический, виртуальный или облачный сервер помещается исполнимый файл из комплекта поставки, файл базы данных сети связи и ключ, с помощью которого эта база зашифрована .

Далее корректируется типовой файл настроек центрального сервера, в котором изменяется IP-адрес и порт привязки, и производится запуск исполнимого файла. Естественно, что настройки межсетевых экранов и, при необходимости, системы трансляции сетевых адресов должны быть изменены так, чтобы пропускать входящий трафик на выбранный порт .

Клиенты системы скачиваются с Google Play или Apple Store и устанавливаются на смартфоны абонентов. Для настройки клиента в него загружается файл, подготовленный с помощью приложения администратора. Этот файл содержит уникальный идентификатор клиента, IP-адрес и порт центрального сервера, а также базовый ключ для шифрования трафика между клиентом и центральным сервером. Чтобы расшифровать файл настроек, у пользователя запрашивается пароль. Если расшифровка удалась, то клиент подключается к серверу и перечисленные выше параметры запоминаются .

Для запуска клиента абонент должен ввести пароль. Трехкратный ошибочный ввод пароля приводит к удалению клиента со смартфона. Интерфейс клиента похож на интерфейс стандартных приложений для осуществления звонков и обмена текстовыми сообщениями в Android и iOS и является интуитивно-понятным для абонентов (см. рисунок). В списке абонентов отображается статус их подключения к сети корпоративной связи .

Интерфейс клиента системы корпоративной связи _________________________________________________________________________________________________

Санкт-Петербург. 2016 Разработанная система корпоративной связи в настоящее время проходит пробную эксплуатацию в ряде небольших российских и канадских компаний. На момент написания статьи отзывы о работе данной системы исключительно положительные. Особенно отмечается простота ее установки и эксплуатации и отличное качество связи .

Таким образом, система, разработанная в Горном университете, позволяет организовать простую, надежную и удобную в использовании мобильную корпоративную систему связи, которая гарантирует, что никакие коммерческие секреты предприятия минеральносырьевого комплекса не станут доступны его конкурентам .

ЛИТЕРАТУРА

1. Маховиков А.Б. Применение систем интернет-конференций как способ повышения эффективности управления горным производством // Записки Горного института. 2011. Т.191. С.262-266 .

2. Методы решения некоторых проблем, возникающих при разработке систем интернет-конференций / А.Б.Маховиков, К.В.Столяров, А.В.Стрельникова, М.А.Чернов // Записки Горного института. 2011. Т.193. С.321-325 .

3. Fikry A. Unified communication: it's all between you and me / A.Fikry, Z.A.Ghani // Business Strategy Series. 2012, Vol.13, Issue 4. P.168-172 .

4. Machovikov A. Structure and technical solutions for Web-conferencing system // AICT 2013: Proceedings of the 6th International Scientific Conference «Applied Information and Communication Technologies». Jelgava, Latvia, 2013 .

P.246-250 .

5. Williams J. Impacts of unified communications on work / J.Williams, A.M.Erisman, R.C.La Brie, G.H.Steinke // PMA 2014: Proceedings of the Conference «Performance management: Designing the high-performing organization». Aarhus, Denmark, 2014. P.486-501 .

REFERENCES

1. Mahovikov A.B. Primenenie sistem Internet-konferencij kak sposob povysheniya ehffektivnosti upravleniya gornym proizvodstvom (Application of Internet-Conferencing Systems as a Way of the Mining Production Management Improvement) / Mahovikov A.B. Zapiski Gornogo instituta. 2011. T.191, p.262-266 .

2. Mahovikov A.B., Stolyarov K.V., Strelnikova A.V., Chernov M.A. Metody resheniya nekotoryh problem, voznikayushchih pri razrabotke sistem Internet-konferencij (Methods of Some Problems Solution Arising During Development of internet-Conferencing Systems). Zapiski Gornogo instituta. 2011. T.193, p.321-325 .

3. Fikry A., Ghani Z.A., Fikry A. Unified communication: it's all between you and me. Business Strategy Series. 2012, Vol.13. Issue 4, p.168-172 .

4. Machovikov A. Structure and technical solutions for Web-conferencing system. AICT 2013: Proceedings of the 6-th International Scientific Conference «Applied Information and Communication Technologies». Jelgava, Latvia, 2013, p.246-250 .

5. Williams J., Erisman A.M., La Brie R.C., Steinke G.H. Impacts of unified communications on work. PMA 2014:

Proceedings of the Conference «Performance management: Designing the high-performing organization». Aarhus, Denmark, 2014, p.486-501 .

PRINCIPLES OF CORPORATE COMMUNICATIONS MANAGEMENT SYSTEM

DEVELOPMENT FOR MINERAL RESOURCES COMPANIES

A.B.MAKHOVIKOV, PhD in Engineering Sciences, Associate Professor, amakhovikov@spmi.ru National Mineral Resources University (Mining University), St Petersburg, Russia The article shows the benefits of using unified communications for the management of mineral resources companies and discusses some principles of a modern corporate communications system providing the guaranteed encryption of all transmitted information (voice, text and files) .

The system structure, its operations and technologies, necessary for the creation of such a system, are substantiated. The secure corporate communication system developed at the National Mineral Resources University (Mining University) is described, and its comparison with other domestic and foreign systems is provided .

Key words: corporate communications, unified communications, data protection .

_________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 УДК 04.1

ФУНКЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ ПРИ ПРОИЗВОЛЬНОМ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ В ПЛАЗМЕ

А.С.МУСТАФАЕВ, д-р физ.-мат. наук, профессор, alexmustafaev@yandex.ru Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия В.С.СУХОМЛИНОВ, д-р физ.-мат. наук, доцент, prima-ivs@mail.ru Санкт-Петербургский государственный университет, Россия При произвольной величине электрического поля методом плоского одностороннего зонда впервые измерена функция распределения ионов по энергиям и направлениям движения для He+ в He и Ar+ в Ar. Эксперимент выполнен в условиях, когда скорость иона, приобретаемая им на длине свободного пробега, равна и больше средней тепловой скорости атомов и когда доминирующим процессом в плазме является резонансная перезарядка. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что в плазме самостоятельного газового разряда даже при умеренных полях, когда параметр E / P 1020 В / (см ·мм рт. ст.), функция распределения ионов может обладать заметной анизотропией и сильно отличаться от максвелловского распределения .

Ключевые слова: функция распределения ионов, зондовая диагностика плазмы, метод плоского одностороннего зонда, анизотропная плазма, плазменные нанотехнологии, кинетическое уравнение Больцмана, амбиполярное поле, максвелловская функция распределения .

Введение. Функция распределения ионов (ФРИ) по скоростям представляет интерес по многим причинам, среди которых: вопросы изучения плазмохимических реакций, идущих с участием ионов; определение подвижности ионов в плазменном объекте; процессы нагрева нейтрального компонента плазмы и ряд других. Среди технических приложений отметим современные плазменные нанотехнологии, тонкую очистку ионами поверхности изделий, технологию создания рельефов на поверхности за счет избирательного травления при бомбардировке потоками ионов [4]. Особенности дрейфа ионов теоретически изучались в ряде работ [1, 5, 6, 17-19, 21, 23, 24, 26, 29, 32], но наиболее полно эти результаты представлены в [1, 17, 19, 21, 23, 24, 26, 29, 32]. В.И.Перель [17] приводит результаты расчета дрейфовой скорости ионов инертных газов в собственном газе, однако ФРИ в явном виде в работе не вычисляет. Б.М.Смирнов [19] также рассчитывает дрейфовую скорость ионов инертных газов в плазме собственного газа в приближении сильного поля, при этом автор полагает, что распределение атомов имеет вид дельта-функции. В монографии [1] при решении задачи о функции распределения ионов в собственном газе авторы пренебрегали рождением ионов, имеющих максвелловское распределение по скоростям в результате перезарядки, что может приводить к заметным ошибкам при расчете ФРИ по скоростям .

В работе В.А.Фока [21] рассчитано время, в течение которого ион, двигаясь в собственном газе (в пренебрежении всеми процессами, кроме перезарядки), имеет составляющую скорости вдоль направления электрического поля в интервале от viz до viz + dviz. Ясно, что это время с точностью до размерного коэффициента описывает ФРИ по проекции скорости на направление электрического поля. Однако получить из этих результатов саму функцию распределения по полной скорости затруднительно .

В работах А.Я.Эндера [23, 24] развивается новый метод расчета матричных элементов интеграла столкновений, который применен к решению нестационарного уравнения Больцмана методом моментов для ионов в условиях, когда основной процесс – резонансная перезарядка. Тем не менее в сильных полях, когда отношение тепловой энергии атома к энерСанкт-Петербург. 2016 гии иона, приобретаемой на длине пробега, менее 0,05, использование данного подхода для расчета стационарной ФРИ затруднительно .

В работе [29] сравнивается аналитическое решение уравнения Больцмана для ионов в BGK-модели [26] и численное решение при постоянном сечении резонансной перезарядки .

Показано, что при больших полях аналитическое решение дает неверную асимптотику для дрейфовой скорости иона .

Автор работы [32] развивает моментный метод решения уравнения Больцмана для заряженных частиц при различных потенциалах их взаимодействия с атомами .

В [35] приводится обзор методов решения уравнения Больцмана для заряженных частиц как для режимов близких к гидродинамическим, так и в противоположном случае. В последнем варианте излагаются основы моментного метода (и его модификации). Рассмотрены случаи как постоянных, так и переменных полей, в частности RF-разряд .

Что касается измерения ФРИ по скоростям в плазме самостоятельного разряда постоянного тока, то нам неизвестны такие работы, за исключением статьи С.Э.Фриша и Ю.М.Кагана [22], где при наблюдении вдоль оси разряда спектроскопически измерялся допплеровский сдвиг ионных линий в аргоне. По размеру сдвига сделано заключение о средней скорости ионов, которая в условиях экспериментов авторов оказалась порядка 104 см/с .

В ряде работ теоретически исследовались различные аспекты дрейфа ионов в плазме емкостного разряда низкого давления [27, 30, 36] .

В работе [14] аналитически решена задача об определении ФРИ в собственном газе в сильном поле. Сравнение результатов расчетов с известными экспериментальными данными по скоростям дрейфа в сильных полях показало их хорошее совпадение. Было установлено, что ФРИ ионов сильно отличается от максвелловской и зависит от двух параметров .

Кроме того, в этой же работе впервые зондовым методом была измерена ФРИ ионов Hg+ по энергиям в парах. Продемонстрировано согласие экспериментальных и расчетных данных .

Настоящая работа является первой частью исследования и посвящена экспериментальному определению ФРИ по скоростям зондовым методом в тлеющем разряде собственного газа в постоянном электрическом поле произвольной величины. При этом учтено, что медленные ионы возникают с атомной температурой в результате перезарядки, которая считается доминирующим процессом. Предполагалось, что скорость ионов перед столкновением значительно превышает скорость атомов .

Экспериментальное определение функции распределения ионов в плазме тлеющего газового разряда. Техника и методика эксперимента. Нами впервые проведены измерения ФРИ по энергиям методом плоского одностороннего зонда в положительном столбе тлеющего разряда в инертных газах He и Ar при давлениях 0,02-0,2 мм рт.ст. Разряд создавался в кварцевой трубке диаметром 30 мм и длиной 300 мм между плоским импрегнированным катодом косвенного накала диаметром 11 мм и молибденовым анодом диаметром 20 мм. Предварительная термическая подготовка прибора и безмасляная откачка обеспечили остаточное разрежение 10–8 мм рт.ст. в рабочем режиме .

Температура катода измерялась W-Re-микротермопарами и поддерживалась электронной системой стабилизации на уровне 1000-1500 К с точностью ±5 градусов. Стабильность эмиссионного тока катода и разрядного тока в процессе измерений при различных давлениях He и Ar контролировалась электронной системой стабилизации. Разрядный ток изменялся в диапазоне 0,05-0,5 А. Оценки толщины призондового слоя показали, что в условиях эксперимента выполняется ленгмюровское приближение бесстолкновительного слоя [34] и его толщина много меньше диаметра зонда .

Наибольшей экспериментальной сложностью при измерении ФРИ плоским зондом является необходимость одновременного вращения зонда и его перемещения вдоль оси разISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 Al2O3 Собирающая поверхность

–  –  –

ЛИТЕРАТУРА

1. Голант В.Е. Основы физики плазмы / В.Е.Голант, А.П.Жилинский, С.А.Сахаров: М.: Атомиздат, 1977. 150 с .

2. Демидов В.И. Зондовые методы исследования низкотемпературной плазмы / В.И.Демидов, Н.Б.Колоколов, А.А.Кудрявцев. М.: Энергоатомиздат, 1996. 237 с .

3. Иванов Ю.А. Методы контактной диагностики в неравновесной плазмохимии / Ю.А.Иванов, Ю.А.Лебедев, Л.С.Полак. М.: Наука, 1981. 144 с .

4. Иванов Ю.А. Энергетическое распределение электронов в низкотемпературной плазме/ Ю.А.Иванов, Л.С.Полак; Под ред. Б.М.Смирнова // Химия плазмы. М.: Атомиздат. 1975. Вып.2. С.161-198 .

5. Каган Ю.М. О движении положительных ионов в собственном газе / Ю.М.Каган, В.И.Перель // Доклады Академии наук СССР. 1954. Т.98. С.575-581 .

6. Каган Ю.М. О теории зондов Лэнгмюра / Ю.М.Каган, В.И.Перель // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1955. Т.29. С.411-450 .

7. Лапшин В.Ф. Метод плоского одностороннего зонда для диагностики анизотропной плазмы / В.Ф.Лапшин, А.С.Мустафаев // Журнал технической физики. 1989. Т.59. № 2. С.35-45 .

8. Лебедев Ю.А. Электрические зонды в плазме пониженного давления (http:// plasma. karelia. ru›pub / fntp / Lebedev.pdf) .

9. Мустафаев А.С. Динамика электронных пучков в плазме // Журнал технической физики. 2001. Т.71 .

С.111-121 .

10. Мустафаев А.С. Зондовая диагностика анизотропной функции распределения электронов в плазме / А.С.Мустафаев, А.Ю.Грабовский // Теплофизика высоких температур. 2012. Т 50. № 6. С.841-850 .

11. Мустафаев А.С. Зондовые измерения электронной функции распределения в неравновесной плазме / А.С.Мустафаев, А.П.Мезенцев, В.Я.Симонов // Журнал технической физики. 1984. Т.54. С.2153-2161 .

12. Мустафаев А.С. Пучковая неустойчивость плазмы послесвечения инертных газов // Журнал технической физики. 2004. Т.74. № 9. С.120-121 .

13. Мустафаев А.С. Функция распределения электронов в анизотропной плазме / Национальный минеральносырьевой университет «Горный». СПб, 2013. 135 с .

14. Мустафаев А.С. Экспериментальное и теоретическое определение сильно анизотропной функции распределения ионов по скоростям в плазме собственного газа при больших полях / А.С.Мустафаев, В.С.Сухомлинов, М.А.Аинов // Журнал технической физики. 2015. Т.85. Вып.12. С.45-55 .

15. Мустафаев А.С. Электронно-поляризационное исследование фукции распределения электронов в анизотропной плазме / А.С.Мустафаев, И.Б.Мовчан, А.П.Мезенцев // Журнал технической физики. 2000. Т.70 .

№ 11. С.24-30 .

16. Овсянников А.А. Диагностика низкотемпературной плазмы / А.А.Овсянников, В.А.Энгельшт, Ю.А.Лебедев .

Новосибирск: Наука, 1994. 483 с .

17. Перель В.И. Вычисление скорости дрейфа ионов в собственном газе // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1957. Т.32. С.526-534 .

18. Сена Л.А. Столкновения электронов и ионов с атомами газа // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1946. Т.16. С.734-741 .

19. Смирнов Б.М. Подвижность ионов в собственном газе // Журнал технической физики. 1966. Т.36. С.75-103 .

20. Сравнение на основе аппаратных функций различных зондовых методов измерения энергетического распределения электронов в плазме / Л.М.Волкова, В.И.Демидов, Н.Б.Колоколов, Е.А.Кралькина // Теплофизика высоких температур. 1984. Т.22. № 4. С.757-766 .

21. Фок В.А. О движении ионов в плазме // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1948. Т.18 .

С.134-145 .

22. Фриш С.Э. Спектроскопическое изучение движения ионов в плазме / С.Э.Фриш, Ю.М.Каган // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1947. Т.17. С.577-582 .

23. Эндер А.Я. Кинетика ионов в нейтральном газе при резком включении электрического поля. Ч.1. CEMмодель / А.Я.Эндер, И.А.Эндер // Журнал технической физики. 2010. Т.80. Вып.2. С.8-17 .

24. Эндер А.Я. Кинетика ионов в нейтральном газе при резком включении электрического поля. Ч.2. Различные модели взаимодействия / А.Я.Эндер, И.А.Эндер // Журнал технической физики. 2010. Т.80. Вып.2. С.18-28 .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217

25. Berger E. The determination of electron energy distributions in discharges with secondary plasma parts / E.Berger, A.Heisen // J. Phys.D: Appl. Phys. 1975. Vol.8. Р.629-634 .

26. Bhatnagar P.L. A Model for Collision Processes in Gases. I. Small Amplitude Processes in Charged and Neutral One-Component Systems / P.L.Bhatnagar, E.P.Gross and M.Krook // Phys. Rev. 1954. Vol.94. P.511-518 .

27. Comparison of measurements and particle-in-cell simulations of ion energy distribution functions in a capacitively coupled radio-frequency discharge/ D.O’Connell, A.R.Zorat, A.R.Ellingboe, M.M.Turner // Physics of Plasmas. 2007 .

Vol.14. P.103510-103517 .

28. Demidov V.A. Probe measurements of electron-energy distributions in plasmas: what can we measure and how can we achieve reliable results? / V.A.Demidov, V.I.Godyak // J.Phys. D: Appl. Phys. 2011. Vol.44. Р.233001-233009 .

29. Else D. On the reliability of the Bhatnagar–Gross–Krook collision model in weakly ionized plasmas / D.Else, R.Kompaneets and S.V.Vladimirov // Physics of Plasmas. 2009. Vol.16. P.62106-62118 .

30. Israel D. Charge exchange collisions and the ion velocity distribition at the electrode of low pressure capacitive RFdischarges / D.Israel, K.-U.Riemann, L.Tsendin // Journal of Applied Physics. 2006. Vol.99. P.093303-093308 .

31. Langmuir I. The Theory of Collectors in Gaseous Discharges / I.Langmuir, H.M.Mott-Smith // Phys. Rev. 1926 .

Vol.28. Р.723-727 .

32. Larry A.Viehland. Gaseous lon mobility in electric fields of arbitrary strength / A.Viehland Larry, E.A.Mason // Annals of Physics. 1975. Vol.91. P.499-506 .

33. Mustafaev A.S. Probe Method for Investigation of Anisotropic EVDF. Electron Kinetics and Applications of Glow Discharges. [ed.] L.Tsendin, U.Kortshagen. N.Y.–London: Plenum Press: NATO Int. Sci. Session. 1998. Vol.367. Р.531-534 .

34. Phelps A.V. Cross Sections and Swarm Coefficients for Nitrogen Ions and Neutrals in N 2 and Argon Ions and Neutrals in Ar for Energies from 0,1 eV to 10 keV // Journal of Physical and Chemical Reference Data. 1991. Vol.20 .

Р.557-561 .

35. Recent advances in the application of Boltzmann equation and fluid equation methods to charged particle transport in non-equilibrium plasmas / R.D.White, R.E.Robson, S.Dujko, P.Nicoletopoulos, B Li // Journal of Physics D: Applied Physics. 2009. Vol.42. P.194001-194007 .

36. Reconstruction of ion energy distribution function in a capacitive RF discharge / W.C.Chen, X.M.Zhu, S.Zhang, Y.K.Pu // Applied Physics Letters. 2009. Vol.94. P.211503-211509 .

37. Swift J.D. Electrical Probes for Plasma Diagnostics / J.D.Swift, M.J.R.Schwar // London: Iliffe Books. 1970 .

P.172-178 .

REFERENCES

1. Golant V.E., Zilinskiy A.P., Saharov S.A. Osnovi fiziki plasmi (Fundamentals of Plasma Physics). Moscow: Atomizdat, 1977, p.150 .

2. Demidov V.I., Kolokolov N.B., Kudryavcev A.A. Zondovie metodi issledovania nizkotemperaturnoi plasmi (Lowtemperature plasma probe methods). Moskow: Energoatomizdat, 1996, p.237 .

3. Ivanov Yu.A., Lebedev Yu.A., Polak L.S. Metodi kontaktnoi diagnostiki v neravnovesnoi plasmohimii (Methods of contact diagnostics of nonequilibrium plasma chemistry). Moskow: Nauka, 1981, p.144 .

4. Ivanov Yu.A., Polak L.C. Energeticheskoe raspredelenie electronov v nizkotemperaturnoi plasma (The energy distribution of electrons in low-temperature plasma). Chimiya plasmy. Moscow: Atomizdat, 1975. Iss.2, p.161-198 .

5. Kagan Yu.M., Perel V.I. O dvizenii polozitelnich ionov v sobstvennom gaze (On the motion of positive ions in their own gas). Docladi Academii Nauk USSR. 1954. Vol.98, p.575-581 .

6. Kagan Yu.M., Perel V.I. O teorii zondov Lengmyura (On the theory of Langmuir probes). Zhurnal eksperimental'noi i teoreticheskoi fiziki. 1955. Vol.29, p.411-450 .

7. Lapshin V.F., Mustafaev A.S. Metod ploskogo odnostoronnego zonda dlya diagnostiki anizotropnoi plasmi (Flat one-sided probe method for the diagnosis of anisotropic plasma). Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 1989. Vol.59. N 2, p.35-45 .

8. Lebedev Yu.A. Elektricheskie zondi v plasme ponizennogo davlenia (Electric probes in low-pressure plasma) (http:// plasma.karelia.ru›pub/fntp/Lebedev.pdf) .

9. Mustafaev A.S. Dinamika electronnih puchkov v plasme (The dynamics of electron beams in plasma). Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 2001. Vol.71, p.111-121 .

10. Mustafaev A.S., Grabovskiy A.Yu. Zondovaya diagnostika anizotropnoi funkcii raspredelenia elektronov v plasme (Probe diagnostics of the anisotropic electron distribution function in plasma). Teplofizika vysokikh temperatur. 2012 .

Vol.50. № 6, p.841-850 .

11. Mustafaev A.S., Mezensev A.P., Simonov V.Ya. Zondovie izmerenia elektronnoi funkcii raspredelenia v neravnovesnoi plasme (Probe measurements of the electron distribution function in nonequilibrium plasma). Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 1984. Vol.54, p.2153-2161 .

12. Mustafaev A.S. Puchkovaya neustoichivost plasmi poslesvechenia inertnih gazov (Beam instability of afterglow plasma of inert gases). Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 2014. Vol.74. N 9, p.120-121 .

________________________________________________________________________________________________ 37 Санкт-Петербург. 2016

13. Mustafaev A.S. Funkcia raspredelenia elektronov v anizotropnoi plasme (The electron distribution function in the anisotropic plasma). Natsional'nyi mineral'no-syr'evoi universitet «Gornyi». St Petersburg. 2013, p.135 .

14. Mustafaev A.S., Sukhomlinov V.S., Ainov M.A. Eksperimentalnoe i teoreticheskoe opredelenie silno anizotropnoi funkcii raspredeleniya ionov po skorostyam v plasme sobstvennogo gaza pri bolshih polyah (Experimental and theoretical determination of the strongly anisotropic distribution function of ion velocity in plasma of their own gas under high fields) .

Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 2015. Vol.85. Iss.12, p.45-55 .

15. Mustafaev A.S., Movchan I.B., Mezencev A.P. Electronno-polyarizacionnoe issledovanie funkcii raspredelenia elektronov v anizotropnoi plasme (Electronic polarization study of the electron distribution function in anisotropic plasma) .

Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 2000. Vol.70. N 11, p.24-30 .

16. Ovsyannikov A.A., Engelsht V.A., Lebedev Yu.A. Diagnostika nizkotemperaturnoi plasmi (Diagnosis of lowtemperature plasma). Novosibirsk: Nauka, 1994, p.483 .

17. Perel V.I. Vichislenie skorosti dreifa ionov v sobstvennom gaze (Calculation of the ion drift velocity in a gas) .

Zhurnal eksperimental'noi i teoreticheskoi fiziki. 1957. Vol.32, p.526-534 .

18. Sena L.A. Stolknoveniya electronov i ionov s atomami gaza (Collisions of electrons and ions with gas atoms) .

Zhurnal eksperimental'noi i teoreticheskoi fiziki. 1946. Vol.16, p.734-741 .

19. Smirnov B.M. Podviznost ionov v sobstvennom gaze (The mobility of ions in a gas). Zhurnal tekhnicheskoi fiziki .

1966. Vol.36, p.75-103 .

20. Volkova L.M., Demidov V.I., Kolokolov N.B., Kralkina E.A. Sravnenie na osnove apparatnih funkcii razlichnih zondovih metodov izmerenia energeticheskogo raspredelenia elektronov v plasme (A comparison based on the hardware functions of various probe methods for measuring energy electron distribution in plasma). Teplofizika vysokikh temperatur .

1984. Vol.22. N 4, p.757-766 .

21. Fok V.A. O dvizenii ionov v plasma (On the motion of ions in plasma). Zhurnal eksperimental'noi i teoreticheskoi fiziki. 1948. Vol.18, p.134-145 .

22. Frish S.E., Kagan Yu.M. Spektroskopicheskoe izuchenie dvizeniya ionov v plasme (Spectroscopic study of ion motion in plasma). Zhurnal eksperimental'noi i teoreticheskoi fiziki. 1947. Vol.17, p.577-582 .

23. Ender A.Ya., Ender I.A. Kinetika ionov v neitralnom gaze pri rezkom vkluchenii elektricheskogo polya. Ch.I .

CEM-model (Kinetics of ions in a neutral gas under a sudden occurrence of the electric field. Part 1. CEM-model). Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 2010. Vol.80. Iss.2, p.8-17 .

24. Ender A.Ya., Ender I.A. Kinetika ionov v neitralnom gaze pri rezkom vkluchenii elektricheskogo polya. Ch.II .

CEM-model (Kinetics of ions in a neutral gas under a sudden occurrence of the electric field. Part 2. CEM-model). Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 2010. Vol.80. Iss.2, p.18-28 .

25. Berger E., Heisen A. The determination of electron energy distributions in discharges with secondary plasma parts .

J. Phys.D: Appl. Phys. 1975. Vol.8, p.629-634 .

26. Bhatnagar P.L., Gross E.P. and Krook M. A Model for Collision Processes in Gases. I. Small Amplitude Processes in Charged and Neutral One-Component Systems. Phys. Rev. 1954. Vol.94, p. 511-518 .

27. O’Connell D., Zorat A.R., Ellingboe A.R., Turner M.M. Comparison of measurements and particle-in-cell simulations of ion energy distribution functions in a capacitively coupled radio-frequency discharge. Physics of Plasmas. 2007 .

Vol.14, p.103510-103517 .

28. Demidov V.A., Godyak V.I. Probe measurements of electron-energy distributions in plasmas: what can we measure and how can we achieve reliable results? J.Phys. D: Appl. Phys. 2011. Vol.44, р.233001-233009 .

29. Else D., Kompaneets R., Vladimirov S.V. On the reliability of the Bhatnagar–Gross–Krook collision model in weakly ionized plasmas. Physics of Plasmas. 2009. Vol.16, p.62106-62118 .

30. Israel D., Riemann K.-U., Tsendin L. Charge exchange collisions and the ion velocity distribition at the electrode of low pressure capacitive RF discharges. Journal of Applied Physics. 2006. Vol.99, p.093303-093308 .

31. Langmuir I., Mott-Smith H.M. The Theory of Collectors in Gaseous Discharges. Phys. Rev. 1926. Vol.28, р.723-727 .

32. Larry A.Viehland, Mason E.A. Gaseous lon mobility in electric fields of arbitrary strength. Annals of Physics .

1975. Vol.91, p.499-506 .

33. Mustafaev A.S. Probe Method for Investigation of Anisotropic EVDF. Electron Kinetics and Applications of Glow Discharges. [ed.] L.Tsendin, U.Kortshagen. N.Y.–London: Plenum Press: NATO Int. Sci. Session, 1998. Vol.367, р.531-534 .

34. Phelps A.V. Cross Sections and Swarm Coefficients for Nitrogen Ions and Neutrals in N 2 and Argon Ions and Neutrals in Ar for Energies from 0,1 eV to 10 keV. Journal of Physical and Chemical Reference Data. 1991. Vol.20, р.557-561 .

35. White R.D., Robson R.E., Dujko S., Nicoletopoulos P., Li B. Recent advances in the application of Boltzmann equation and fluid equation methods to charged particle transport in non-equilibrium plasmas. Journal of Physics D: Applied Physics. 2009. Vol.42, p.194001-194007 .

36. Chen W.C., Zhu X.M., Zhang S., Pu Y.K. Reconstruction of ion energy distribution function in a capacitive RF discharge. Applied Physics Letters. 2009. Vol.94, p.211503-211509 .

37. Swift J.D., Schwar M.J.R. Electrical Probes for Plasma Diagnostics. London: Iliffe Books. 1970. P.172-178 .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217

ION VELOCITY DISTRIBUTION FUNCTION IN ARBITRARY ELECTRIC FIELD PLASMA

A.S.MUSTAFAEV, Dr. of Physics & Mathematics, Professor, alexmustafaev@yandex.ru National Mineral Resources University (Mining University), St Petersburg, Russia V.S.SUKHOMLINOV, Dr. of Physics & Mathematics, Associate Professor, prima-ivs@mail.ru St Petersburg State University, Russia Experimental investigations of the ion velocity distribution function (IVDF) are of great importance to various kinds of application: plasma nanotechnology, surface treatment, nanoelectronics, etching processes et al. In this paper, we propose a new probe method for diagnostics of anisotropic IVDF. The possibilities of the method have been demonstrated in arbitrary electric field plasma under conditions when an ion acquires a velocity on its mean free path comparable with the average thermal velocity of atoms. The energy and angular dependency of seven IVDF Legendre components for He+ in He and Ar+ in Ar have been measured and polar diagrams of the ion motion have been plotted .

In order to verify the reliability and accuracy of the method the analytic solution of the kinetic Boltzmann equation for ions in plasma of their own gas has been found. Conditions under which resonant charge exchange is the dominant process and the ambipolar field is arbitrary have been considered .

For the ambipolar field the dependence of resonant charge cross-section on the relative velocity has been taken into account. It is shown that the form of the IVDF is significantly different from the Maxwellian distribution and defined by two parameters .

The results of theoretical and experimental data taking into account the instrumental function of the probe method are in good agreement. Calculations of the drift velocity of Hg+ ions in Hg, He+ in He, Ar+ in Ar, and mobility of N2+ in N2 are well matched with known experimental data in wide range of electric field values .

Key words: ion velocity distribution function, probe plasma diagnostics, one-sided probe method, anisotropic plasmas, plasma nanotechnology, kinetic Boltzmann equation, ambipolar field, Maxwellian distribution function .

–  –  –

МЕХАНИЗМ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ГОРНЫХ УДАРОВ

С РАЗРУШЕНИЕМ ПОЧВЫ ВЫРАБОТОК

М.Г.МУСТАФИН, д-р техн. наук, заведующий кафедрой, mustafin_m@mail.ru Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия Рассмотрены основные вопросы, возникающие при изучении одного из видов горных ударов с разрушением почвы (кровли) горных выработок, проводимых по угольным пластам. Основное внимание уделено прогнозированию горных ударов путем моделирования. Проанализированы фактические данные о произошедших случаях. Освещены факторы, влияющие на возникновение этого вида разрушения. Приведены рассматриваемые модели и численные примеры. Отмечена возможность планирования безопасного ведения горных работ в разных горнотехнических и горно-геологических условиях .

Ключевые слова: горный удар, горная выработка, массив горных пород, угольный пласт, напряженно-деформированное состояние пород, моделирование, сдвижение, зона повышенного горного давления .

Проблема предотвращения горных ударов, несмотря на значительные достижения в этой области как отечественных, так зарубежных исследователей, остается одной из главных при разработке месторождений твердых полезных ископаемых [2, 4-8]. Форма горных ударов довольно многообразна. Так, с начала 1980-х годов резко участились случаи возникновения одного из видов горных ударов [2-4], происходящего в породах почвы (кровли) выработок. Наблюдались они во многих угольных бассейнах, и к настоящему времени их количество исчисляется сотнями. Причем, как правило, официально регистрируются лишь те удары, которые нанесли значительный вред производству или связаны с человеческими жертвами .

На основе крупномасштабных исследований по изучению механизма горных ударов [8] сделано важное заключение в необходимости рассмотрения всей системы «выработка – вмещающие породы – прочный слой». Другими словами, горный удар следует рассматривать как процесс реализации упругой энергии при разрушении структурного элемента (например, слой породы или угольный пласт) во взаимодействии с вмещающими породами .

При этом различное соотношение указанных составляющих определяет силу разрушения пород или горного удара .

Из анализа фактических данных [2-4] следует, что горные удары возникают при проведении подготовительных выработок на некотором расстоянии от забоя либо в уже пройденных выработках при изменении горнотехнической обстановки, как правило, при воздействии зон повышенного горного давления. Установлено, что в непосредственной почве выработки должен залегать слой породы m1, прочность которого выше нижезалегающих слоев. Большинство случаев (66 %) отмечено в интервале отношений ширины выработки (а) к мощности прочного слоя (m1) от 2 до 5. В 34 % случаев горные удары происходили при а/m1 5, и ни одного случая не зарегистрировано при а/m1 2. Подавляющее большинство таких горных ударов произошло при пологом падении пород. Эти результаты позволили поставить задачу о роли слоистости вмещающих подготовительную выработку пород при возникновении горных ударов этого вида .

Решение задачи о напряженном состоянии слоистой почвы подготовительной выработки выполнено с использованием отечественного программного комплекса (ПК) «НЕДРА» [5], в основе которого лежит реализация метода конечных элементов (МКЭ) .

Программный алгоритм МКЭ достаточно хорошо описан в литературе [9]. При подготовленных исходных данных (дискретизация области расчета, наделение каждого элемента ________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 свойствами, установление граничных условий и т.д.) реализация метода даже для достаточно больших и сложных задач с применением современных компьютеров не встречает особых трудностей и составляет считанные минуты. Однако создание пре- и постпроцессорного программных модулей представляет собой довольно сложные технические задачи .

В ПК «НЕДРА» на основе исходной информации о массиве горных пород автоматически отстраиваются и структурная и конечно-элементная модели, а также формируется массив граничных элементов и точек, которые посредством специальных процедур используются для задания определенных граничных условий. Таким образом, производится подготовка всех исходных данных для реализации МКЭ .

Решение системы линейных уравнений, к которой сводится решение задачи по МКЭ, проводится методом Зейделя с релаксационным коэффициентом. При этом за счет использования оригинальной программной процедуры матрица жесткости системы формируется без нулевых членов в виде вектора-столбца, что позволяет на несколько порядков снизить количество используемых ячеек машинной памяти и решать практические геомеханические задачи, применяя лишь оперативную память компьютера. Представление результатов моделирования (компонентов напряженно-деформированного состояния массива горных пород и других важных расчетных параметров) выполняется в стандартном виде (изолинии или цветовое выделение расчетных параметров) .

В ПК «НЕДРА» выполнено моделирование и установлено влияние фактора слоистости почвы и горнотехнических особенностей выработки на напряженное состояние почвы подготовительной выработки, которые обуславливают возникновение горных ударов с разрушением почвы. При анализе напряженно-деформированного состояния (НДС) почвы выработки уточнено понятие «прочный слой», который изменяет распределение деформаций и напряжений, существующее при однородной слоистости, и служит как бы экраном, препятствующим деформированию почвы и аккумулирующим в себе значительные напряжения .

Как уже было отмечено, рассматриваемый вид горных ударов возникает при проведении подготовительной выработки на некотором удалении от забоя. Для оценки распределения напряжений в призабойной области выработки проведено объемное моделирование напряженного состояния пород, вмещающих подготовительную выработку (ширина выработки 4 м, глубина залегания 550 м). Результаты моделирования напряжений, действующих нормально напластованию, показали, что напряжения вблизи забоя невелики. На удалении от забоя примерно на расстояние трех линейных размеров сечения выработки уровень напряжений стабилизируется и значения напряжений соответствуют тем, которые получаются в результате решения плоской задачи. Это, с одной стороны, объясняет возникновение горных ударов этого вида на некотором удалении от забоя выработки, а с другой, указывает на корректность использования плоской задачи для детального изучения напряженно-деформированного состояния вмещающих подготовительную выработку пород, в том числе прочного слоя. Выполнен сравнительный анализ напряженного состояния пород у подготовительных выработок с сечением различной формы, в почве которых залегает прочный слой породы .

Обнаружилось, что на удалении от груди забоя выработки, равном ее полуширине, наименьшая разница между уровнями вертикальных напряжений в боках выработки и в ее почве возникает у выработок круглого сечения, а наибольшая – у квадратного. При проведении подготовительной выработки по угольному пласту картина распределения напряжений у выработки существенно отличается от случая ее заложения по породам. Вертикальные напряжения в боках выработки уменьшаются, но абсолютные горизонтальные напряжения в почве выработки увеличиваются, наиболее существенно это происходит при наличии в почве выработки прочного слоя .

Многовариантное моделирование напряженного состояния прочного слоя, включающее вариации отношений: ширины выработки к мощности прочного слоя (а/m1), упругих параметров прочного слоя и нижележащей толщи пород (E1/E2), а также глубины заложения подготовительной выработки Н, – позволило более детально изучить закономерности _________________________________________________________________________________________________

Санкт-Петербург. 2016 а б / Н ПодготовиУгольный 2,5 тельная пласт Е1 / Е2 = 8 выработка

–  –  –

распределения напряжений в прочном слое. В результате исследований установлено, что в отличие от вертикальных напряжений, горизонтальные в прочном слое () весьма чутко реагируют на изменения параметров слоистости и могут служить прогностическим признаком рассматриваемых видов горных ударов [3]. При этом горизонтальные напряжения характеризуют изгиб слоя. По результатам моделирования построена номограмма (рис.1) для определения горизонтальных напряжений (/Н), действующих в прочном слое на его нижней границе под серединой выработки. Можно заметить, что наибольшие напряжения возникают при отношении ширины выработки (а) к мощности прочного слоя m1 от 2 до 6 .

Этот интервал почти совпадает с тем, который был определен на основе фактических данных о настоящих горных ударах, и поэтому может считаться теоретическим обоснованием этих значений .

Рассмотрено также влияние на напряжения в прочном слое других факторов. Когда прочный слой залегает на некотором удалении от поверхности почвы выработки, горизонтальные напряжения на его нижней границе уменьшаются. По мере увеличения этого расстояния горизонтальные напряжения на верхней и нижней границах прочного слоя стремятся принять одинаковые значения, при этом существенно уменьшается изгиб слоя и, соответственно, опасность возникновения горного удара. Примерно такая же закономерность наблюдается при изменении угла падения пород. Причем уже при 5-6 исчезает характерный изгиб прочного слоя .

Рассмотрен также часто встречающийся случай, когда в почве выработки залегает угольный пропласток. При его залегании непосредственно под прочным слоем горизонтальные напряжения в прочном слое на его нижней границе могут возрасти в 3 раза и более относительно случая без пропластка. При залегании последнего на расстоянии, примерно равном ширине выработки, напряжения в прочном слое такие же, как и в случае без пропластка .

Описанные результаты моделирования были получены на основе использования модели «нетронутого породного массива», в котором действует лишь боковой отпор по А.Н.Диннику [8]. Вместе с тем исходное напряженное состояния массива может характеризоваться и другим соотношением вертикальных и горизонтальных напряжений. При увеличении коэффициента бокового отпора горизонтальные напряжения в прочном слое возрастают. При этом соразмерно увеличиваются напряжения на нижней и верхней границах прочного слоя .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 Исследовано также влияние на напряженное состояние породного массива горнотехнических факторов, которые могут инициировать горные удары с разрушением почвы в подготовительных выработках. На сопряжении подготовительных выработок напряжения на 15-20 % превышают уровень Н ( – плотность пород, Н – глубина горных работ). В то же время увеличенная площадь обнажения создает условия для большего изгиба и, соответственно, на сопряжениях опасность рассматриваемых ударов увеличивается. Оценка напряженного состояния пород при сближении параллельных (парных) выработок, пройденных по одноименному угольному пласту, под которым залегает прочный слой породы, показала, что и вертикальные напряжения в боках выработок и горизонтальные в прочном слое под выработкой увеличиваются при расстояниях между выработками менее 10 их условных радиусов .

Влияние на распределение напряжений в породном массиве геологических (разрывных) нарушений следует рассматривать в определенной системе блочной структуры массива [1]. При этом инициирующим фактором подвижек блоков помимо возможных тектонических сил являются горные работы .

Проведение очистной выработки существенным образом перераспределяет напряжения в породном массиве. Поэтому важно оценивать эти изменения применительно к случаям заложения подготовительных выработок в зонах влияния очистных. Кроме того, достаточно много случаев горных ударов зарегистрировано и при ведении очистных выработок. Удары возникают и в почве и в кровле очистной выработки, непосредственно у груди забоя [6, 8] .

Моделирование выполнено с использо- z y ванием ПК «Plaxis». Размеры модели 100010001000 м (рис.2) Решалась упруго- х y х пластическая задача о напряжениях в объемной области, на границах которой перемещения в перпендикулярном направлении запрещены. Верхняя граница свободна (пе- 5 ремещения и усилия равны нулю). Модель 1 представлена шестью слоями. Сверху слой 4 наносов 20 м (слой 7 на рис.2), далее аргиллиты (200 м, слой 6), алевролиты (800 м, слои 3, 4) и песчаник 200 м (слой 8). В по- 8 родах алевролита залегает угольный пласт (слой 1), мощность которого варьировали от 2 до 8 м. В рамках модели изменяли глубину z залегания угольного пласта от 300 до 900 м. Рис.2. Модель массива горных пород, вмещающего Последовательно моделировался отход очистную выработку лавы от разрезной печи. Стадии отхода показаны на рис.2 позиция 5: сначала 50 м, затем 100 м и до границы модели 1000 м. Ввиду симметричности ситуации относительно центральной линии очистного столба, рассмотрена половина модели (соответственно длина лавы размером в 2 раза меньше).

Физикомеханические характеристики пород (плотность, сцепление С, угол внутреннего трения ), используемые при моделировании, приняты на основе исследований ВНИМИ [8]:

–  –  –

Коэффициент Пуассона для всех типов пород принят равным 0,3 .

_________________________________________________________________________________________________

Санкт-Петербург. 2016 Рис.3. Динамика распределения максимальных напряжений при увеличении длины очистного столба Повышение надежности расчетов о напряженном состоянии пород обеспечивается сравнением деформационного процесса при отработке лавы с данными о сдвижении пород. Эти данные содержатся в «Правилах охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях» [7] (далее Правила…). Общая деформационная картина поэтапной отработки столба приведена на рис.3. Показано моделирование полных смещений при отработке лавы с длиной очистного забоя 200 м. Мощность угольного пласта 2 м, глубина ведения работ 500 м. В соответствии с «Правилами…» вертикальные смещения (оседания) на земной поверхности не должны превышать 0,8 м. Это значение принималось в качестве граничного условия при моделировании картины деформированного состояния пород для указанных параметров лавы .

С увеличением отхода забоя лавы от разрезной печи (монтажной камеры) область влияния лавы возрастает, соответственно, увеличивается и ширина зоны опорного давления L (рис.3). Этот процесс будет иметь место при отходе забоя лавы от монтажной камеры до условий полной подработки [3] .

По результатам расчетов построены графики изменения ширины зоны опорного давления L в зависимости от глубины разработки Н. На рис.4 показаны эти изменения для лавы длиной 200 м .

Сопоставление полученL, м ных результатов с нормативm=8м ными данными [3] обнаруживает логическую связь .

Так, при Н = 500 м, мощности угольного пласта m = 4 м для длины лавы 100 м получаем ширину зоны опорного давления 80,5 м, для 200 м – 125 м, а для 300 м – 165,8 м .

По нормативу L = 75 м. Это еще раз подчеркивает, что нормативные величины расH, м считывались исходя из существовавшей на то время длиРис.4. График изменения ширины зоны опорного давления для лавы ны лав около 100 м .

длиной 200 м при разной мощности угольного пласта ________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 И наконец, необходимо учитывать такой фактор, как скорость проведения очистной выработки. Современное состояние подземной разработки угольных пластов в России характеризуется переходом на интенсивный способ добычи, при котором в шахте, как правило, отрабатывается лишь одна лава, но ее параметры существенно отличаются от используемых относительно недавно. Так, длина очистного забоя лавы увеличилась в 1,5-2,0 раза и составила 250-300 м, длина самой лавы достигает 2 км и более. При этом суточная нагрузка на забой возросла на порядок – до 20 тыс.тонн, что приводит к суммарному подвиганию очистного забоя за месяц на 300-400 м .

В этих условиях существенно меняется характер деформирования и сдвижения массива горных пород. При высоких скоростях разрушение кровли происходит с большим динамическим эффектом за счет увеличенных пролетов обрушения. Ряд аварий на шахтах России являются этому подтверждением (http://miningwiki.ru/wiki/). Можно утверждать, что в большинстве случаев рост скорости отработки продуктивного пласта ведет к более выраженной дискретности процесса обрушения. Вместе с тем при определенных обстоятельствах (сочетание мощности отрабатываемого пласта и слоев кровли, а также прочностных свойств пород) может происходить плавное опускание кровли. Понятия «малая» скорость подвигания забоя и «высокая» условны, и их следует дифференцировать относительно горно-геологических условий. Можно также сказать, что для определенных геологических и горнотехнических условий существует критическая, или оптимальная, скорость подвигания очистного забоя. Когда скорость подвигания очистного забоя невысокая и существенно меньше скорости разрушения подрабатываемого массива пород, т.е. когда при каждом условном шаге подвигания лавы полностью (с учетом реологических факторов) реализуется процесс разрушения массива, можно говорить об отсутствии влияния скорости подвигания очистного забоя на конечные деформации в массиве и на земной поверхности, а также на нагрузки в краевых частях угольного пласта .

Надо заметить, что невысокие скорости подвигания очистных забоев (около 100 м) использовались до 90-х годов прошлого столетия и ввиду незначительного влияния на процесс деформирования массива горных пород этому фактору не придавалось большого внимания. При превалировании скорости подвигания очистного забоя происходит уменьшение и общей продолжительности процесса сдвижения и, соответственно, деформаций на земной поверхности. Что касается напряжений в приконтурных областях очистной выработки (опорное давление), то при высоких скоростях в слоистом массиве с относительно прочными породами (сж 30 МПа) кровля разрушается более крупными блоками. Соответственно, они «берут» на себя большие нагрузки и создают повышенное давление на приконтурные области выработки – проявляется эффект зависания консоли .

Очевидно, что одна из главных ролей в этом временно м процессе принадлежит ползучести с учетом прочности пород. Моделирование ползучести пород можно выполнить с использованием метода переменных параметров упругости и закономерностей деформирования пород, определенных в результате натурных исследований (наблюдений). При этом кривые ползучести следует получить на основе обратных расчетов с применением общих закономерностей ползучести для различных видов напряженного состояния пород .

Маркшейдерско-геомеханическим службам предприятий необходимо учитывать ход и последствия этих процессов для совершенствования методик наблюдений за сдвижением массива горных пород, в том числе земной поверхности, и создания основы прогноза и предотвращения негативных явлений .

Покажем некоторые результаты разработанного метода моделирования, который воплощен в программный комплекс «НЕДРА» [5]. Решение задачи разбивается на две: одна – это моделирование собственно подвигания очистного забоя и его скорости, вторая – моделирование деформирования массива горных пород с учетом фактора времени .

_________________________________________________________________________________________________

Санкт-Петербург. 2016 60.0 120.0 180.0 240.0 300.0 360.0 420.0 480.0 540.0 600.0 660.0 720.0 780.0 840.0 900.0 м 0.0

–  –  –

Первый вопрос является техническим и решается путем включения в модель податливых элементов (ПК «НЕДРА» реализует метод конечных элементов). Отработка лавы (заходок) моделируется присвоением элементам, входящим в область угольного пласта и впоследствии вынимаемым, значений модуля упругости на 3 порядка меньшим, чем до выемки. При этом скорость определяется отношением размера заходки ко времени, затраченном на ее проходку. Контроль смыкания кровли с почвой осуществляется автоматически и, следовательно, соблюдается корректность решения задачи по этому фактору .

Учет фактора времени при моделировании деформирования пород связан со скоростью проведения очистной выработки и должен быть отнесен лишь к области влияния горных работ .

Приведем примеры моделирования, в том числе с учетом временного процесса деформирования и разрушения подработанных пород и скорости подвигания очистного забоя .

Последовательно на одной модели рассмотрены статические и временные задачи. Структурная модель, ее размеры и упругие параметры представлены на рис.5 .

Прочности пород задавались сцеплением: наносов 2 МПа; алевролитов (аргиллитов) 3МПа; угля 2 МПа. Предел длительной прочности принимали от значений мгновенной прочности с коэффициентом уменьшения от 1,5 до 2,0. Использовалась конечно-элементная модель, содержащая около 20000 элементов .

Для сравнения на рис.6 показаны различные варианты решения задачи о разрушении пород. Как следует из результатов моделирования, картины разрушений в статике носят симметричный характер, но при учете динамики подвигания забоя они приобретают асимметрию. При упропластическом решении разрушения приурочены к контуру выработки, причем в средней части они возникли от растягивающих напряжений, а по краям – от сдвигающих усилий .

Из рассмотрения решения вязкоупругопластической статической задачи (рис.6, в) при скорости подвигания забоя 1 м/сут видно, что зона разрушений существенно увеличилась. Фиксируется нарастание (увеличение) зоны разрушений (движение лавы слева направо). Картина разрушений явно отличается от приведенных выше, при этом она несимметрична .

В варианте рис.6, г демонстрируется поведение массива горных пород при скорости на порядок выше (10 м/сут). Надо заметить, что такие скорости уже являются нормой для многих шахт. Как видно, площадь разрушения небольшая. Это как раз свидетельствует о том, что при высоких скоростях происходит как бы задержка процесса разрушения и накопление энергии в породах кровли (нависающей консоли) и эта ситуация отвечает относительно небольшому пролету выработки. При увеличении пролета выработки (отхода от разрезной печи) произойдет обрушение консоли, и при этом форма разрушения будет иметь динамический характер .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 а 60.0 120.0 180.0 240.0 300.0 360.0 420.0 480.0 540.0 600.0 660.0 720.0 780.0 840.0 900.0 м 0.0 40.0 80.0 120.0 160.0 200.0 240.0 м

–  –  –

40.0 80.0 120.0 160.0 200.0 240.0 м Рис.6. Разрушения в массиве горных пород при отработке лавы: а – плоская упругая задача;

б – плоская упругопластическая задача; в, г – плоская вязкоупругопластическая задача, моделирование отхода лавы от разрезной печи (в – скорость 1 м/сут; г – скорость 10 м/сут) _________________________________________________________________________________________________

Санкт-Петербург. 2016 Таким образом, при высокой скорости подвигания забоя приконтурная область может не претерпевать значительных разрушений относительно случаев, когда лава движется с малой скоростью. Однако при этом в краевой части накапливается большая энергия упругих деформаций, способная привести к разрушениям с динамическим эффектом. Остановки лавы также опасны и могут привести к обрыву зависшей консоли (слоев пород кровли) с динамическим эффектом значительно большим, чем при малых скоростях подвигания лавы .

Рассмотренные вопросы о причинах возникновения одного из видов горных ударов дают основу для конкретизации исследований при разработке практических рекомендаций в конкретных горно-геологических и горнотехнических условиях .

ЛИТЕРАТУРА

1. Батугина И.М. Геодинамическое районирование месторождений при проектировании и эксплуатации рудников / И.М.Батугина, И.М.Петухов. М.: Недра, 1988. 166 с .

2. Внезапные разрушения почвы и прорывы метана в выработки угольных шахт / А.М.Морев, Л.А.Скляров, И.М.Большинский, С.М.Клойзнер, В.Т.Водолазский, В.В.Шерсткин. М.: Недра, 1992. 174 с .

3. Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих угольные пласты, склонные к горным ударам (РД 05-328-99) // Предупреждение газодинамических явлений в угольных шахтах: Сборник документов. Серия 05. Выпуск 2 / Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности .

М., 2011. С.4-119 .

4. Каталог динамических разломов почвы горных выработок на угольных шахтах (дополнение к каталогу 1983 г.) / ВНИМИ. Л., 1986. 88 с .

5. Мустафин М.Г. Геомеханическая модель системы «выработка – вмещающие породы» и ее использование при прогнозировании динамических проявлений горного давления // Горная геомеханика и маркшейдерское дело / ВНИМИ. СПб, 1999. С.21-25 .

6. Мустафин М.Г. Формирование техногенных выбросоопасных зон в угольных пластах // Записки Горного института. 2013. Т.204. С.62-65 .

7. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях / ВНИМИ. СПб, 1998. 237 с .

8. Расчетные методы в механике горных ударов и выбросов: Справочное пособие / И.М.Петухов, А.М.Линьков, В.С.Сидоров и др. М.: Недра, 1992. 256 с .

9. Zienkiewicz O.C. The birth of the finite element method and of computational mechanics // Int.J. Numer. Meth. Eng .

2004. N 60. P.3-10 .

REFERENCES

1. Batugina I.M., Petuhov I.M. Geodinamicheskoe rajonirovanie mestorozhdenij pri proektirovanii i jekspluatacii rudnikov (Fields geodynamic zoning for mine planning and exploitation). Moscow: Nedra, 1988, p.166 .

2. Morev A.M., Skljarov L.A., Bol'shinskij I.M., Klojzner S.M., Vodolazskij V.T., Sherstkin V.V. Vnezapnye razrushenija pochvy i proryvy metana v vyrabotki ugol'nyh shaht (Sudden ground destruction and methane uprush in coal mines). Moscow: Nedra, 1992, p.174 .

3. Instrukcija po bezopasnomu vedeniju gornyh rabot na shahtah, razrabatyvajushhih ugol'nye plasty, sklonnye k gornym udaram (RD 05-328-99) (Instructions for safe mining operations in coal mines with frequent rock bursts). Preduprezhdenie gazodinamicheskih javlenij v ugol'nyh shahtah: Sbornik dokumentov. Vol.05. Iss.2. Nauchno-tehnicheskij centr issledovanij problem promyshlennoj bezopasnosti. Moscow, 2011, p.4-119 .

4. Katalog dinamicheskih razlomov pochvy gornyh vyrabotok na ugol'nyh shahtah (dopolnenie k katalogu 1983 g.) (A record of dynamic faults in coal mine openings (supplement to the catalog 1983)). VNIMI. Leningrad, 1986, p.88 .

5. Mustafin M.G. Geomehanicheskaja model' sistemy «vyrabotka – vmeshhajushhie porody» i ee ispol'zovanie pri prognozirovanii dinamicheskih projavlenij gornogo davlenija (A geomechanical «mine opening – host rock» model and its use for dynamic rock pressure prediction). Gornaja geomehanika i markshejderskoe delo. VNIMI. St Petersburg, 1999, p.21-25 .

6. Mustafin M.G. Formirovanie tehnogennyh vybrosoopasnyh zon v ugol'nyh plastah (Formation of man-caused outburst zones in coal seams). Zapiski Gornogo instituta. 2013. Vol.204, p.62-65 .

7. Pravila ohrany sooruzhenij i prirodnyh ob'ektov ot vrednogo vlijanija podzemnyh gornyh razrabotok na ugol'nyh mestorozhdenijah (Rules of structures and natural objects protection from harmful influence of underground coal mining).VNIMI. St Petersburg, 1998, p.237 .

8. Petuhov I.M., Lin'kov A.M., Sidorov V.S. et al. Raschetnye metody v mehanike gornyh udarov i vybrosov (Calculation methods in mechanics of rock bursts and uprushes). Moscow: Nedra, 1992, p.256 .

9. Zienkiewicz O.C. The birth of the finite element method and of computational mechanics. Int.J. Numer. Meth. Eng .

2004. N 60, p.3-10 .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217

THE MECHANISM OF ROCK BURST LEADING TO GROUND DESTRUCTION OF

MINE OPENINGS

M.G.MUSTAFIN, Dr. of Engineering Sciences, Head of Department, mustafin_m@mail.ru National Mineral Resources University (Mining University), St Petersburg, Russia The article deals with the main issues of studying of one type of rock bursts which lead to gound destruction of coal mine openings. The research is focused on rock burst prediction .

Some cases of rock bursts are analised. The paper points out factors affecting this kind of rock failure. It also presents some simulation models and numerical examples. The results of the research show that it is possible to plan safe mining operations under different mining and geological conditions .

Key words: rock bursts, mine opening, rock mass, coal seam, stress-strain state of rocks, simulation, rock movement, zone of high rock pressure .

–  –  –

УДК 622.24

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОДОГРЕВА

ВЫСОКОВЯЗКОЙ И ВЫСОКОЗАСТЫВАЮЩЕЙ НЕФТИ

ПРИ ПЕРЕКАЧКЕ ПО ТРУБОПРОВОДУ

А.К.НИКОЛАЕВ, д-р техн. наук, доцент, aleknikol@mail.ru В.И.КЛИМКО, канд. техн. наук, ассистент, klimkovasiliy@gmail.com Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия В статье рассмотрены проблемы транспортирования высоковязкой и высокозастывающей нефти по магистральным трубопроводам. Анализируется возможность образования структурного режима движения нефти при транспортировке ниже температуры застывания нефти. Приведены результаты эксперимента по выявлению неравномерности теплового потока в подземном нефтепроводе .

Ключевые слова: подогрев нефти, трубопроводный транспорт, высокозастывающая нефть, высоковязкая нефть, транспорт нефти .

Среди главных приоритетов Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 г. [3] следует отметить необходимость использования инновационных технологий строительства и содержания транспортной инфраструктуры, а также повышение фондоотдачи и снижение энергоемкости .

Актуальность развития и дальнейшего увеличения нагрузки на систему трубопроводного транспорта подчеркивается и в Энергетической стратегии России на период до 2030 г. [4] .

Согласно Энергетической стратегии развитие трубопроводного транспорта нефти будет осуществляться в соответствии с ростом объемов и диверсификации поставок жидких углеводородов как внутренним, так и внешним потребителям. При этом планируется решить задачи увеличения доли трубопроводного транспорта в общем объеме транспортировки нефти .

Еще одной приоритетной задачей является обеспечение необходимых условий для формирования нефтедобывающих регионов с учетом обеспечения баланса между необходимыми объемами транспортировки нефти и пропускной способностью транспортной системы .

Открытие гигантского шельфового нефтегазового месторождения Кашаган в 2000 г .

значительно увеличило нагрузку на все экспортные терминалы и магистрали Республики Казахстан. Промышленная добыча на месторождении началась в конце 2013 г. и поставила под вопрос возможности увеличения пропускной способности единственного экспортного трубопровода на территорию Российской Федерации «Узень-Атырау-Самара», перекачивающего нефть с предварительным подогревом. До момента выхода на пиковую добычу Кашагана (50-75 млн т нефти) необходимо разработать и предложить меры по повышению производительности и эффективности работы нефтепровода. Эта задача осложняется аномальными свойствами казахстанской нефти – высокой вязкостью и температурой застывания ниже температуры окружающего трубопровод грунта .

_________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 Большинство аномальных нефтей под- чиняются закону Бингама. При транспор- тировке такой нефти могут иметь место два 0 2 режима течения – турбулентный в начале трубопровода и структурный в конце [2] .

–  –  –

0 d 2. (11) He Re И При движении ньютоновской жидкости зависимость (11) принимает вид = 64/Re .

Для вязкопластичной жидкости необходимо учитывать критерий Ильюшина И, который отражает соотношение сил пластичности и сил вязкости, и обобщенный параметр Рейнольдса Re, характеризующий соотношение инерционных сил к силам вязкого трения при движении неньютоновской жидкости .

Как видно из приведенных уравнений, движение вязкопластичной жидкости в структурном режиме не поддается аналитическому решению и требует поиска эмпирических формул для гидравлических расчетов. Для определения критерия Ильюшина необходимо выполнить исследования реологических характеристик перекачиваемой высоковязкой и высокозастывающей нефти, что позволит определить закон изменения реологических характеристик в зависимости от температуры и режима движения .

Единственным на территории России и стран СНГ и крупнейшим в мире «горячим»

нефтепроводом, перекачивающим высоковязкую и высокозастывающую нефть, является действующий нефтепровод Узень – Атырау – Самара, большей частью расположенный на территории Казахстана .

Температура застывания перекачиваемой нефти в среднем составляет 9,7 С, при максимальной температуре окружающего грунта в теплое время года 12 С. Дополнительно, тепловой поток распределяется неравномерно по глубине грунта, что влияет на профиль теплового потока перекачиваемой нефти. Это, в свою очередь, не позволяет использовать расчетные формулы, основанные на предпосылках зеркального распределения теплового потока по горизонтали .

Проведенные опыты показали, что смещение теплового потока имеет место и разница температур между верхней и нижней образующей трубы может составлять до 2 С (рис.3) .

Указанные недостатки следует учитывать при построении математической модели и определения теплогидравлических характеристик движения нефти по «горячим» нефтепроводам .

_________________________________________________________________________________________________

Санкт-Петербург. 2016

ЛИТЕРАТУРА

1. Коршак А.А. Специальные методы перекачки. Уфа: ООО «Дизайн-ПолиграфСервис», 2001. 208 с .

2. Тугунов П.И. Нестационарные режимы перекачки нефтей и нефтепродуктов. М.: Недра, 1984. 224 с .

3. Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 г. / Распоряжение Правительства Российской Федерации от 22 ноября 2008 г. № 1734-р; URL: http://www.mintrans.ru/activity/detail.php?SECTION_ID= 2203#document_13008 .

4. Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2030 г. / Распоряжение Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. № 1715-р; URL: http://minenergo.gov.ru/aboutminen/energostrategy/ .

5. Nikolaev A. Ynvestigaeion de los parametrs y los regimens de hidrotrausporte de las hidrromezclas lateritical en la planta «Comandante Pedro» goto Alba (primera parte) / А.Niclolaev, R.Pupo. Сuba, Moa: Mineria y geologia, 1995. № 1 .

REFERENCES

1. Korshak A.A. Special'nye metody perekachki (Special pumping methods). Ufa: ООО «Dizajn-PoligrafServis», 2001, р.208 .

2. Tugunov P.I. Nestacionarnye rezhimy perekachki neftej i nefteproduktov (Unsteady conditions of pumping oil and petroleum products). Moscow: Nedra, 1984, р.224 .

3. Transportnaja strategija Rossijskoj Federacii na period do 2030 g. (Transport Strategy of the Russian Federation for

the period up to 2030). Order of the Government of the Russian Federation of November 22, 2008 N 1734-p; URL:

http://www.mintrans.ru/activity/detail.php?SECTION_ID=2203#document_13008 .

4. Jenergeticheskaja strategija Rossijskoj Federacii na period do 2030 g. (Energy Strategy of the Russian Federation for the period up to 2030). Order of the Government of the Russian Federation of November 13, 2009 N 1715-p;

URL: http://minenergo.gov.ru/aboutminen/energostrategy/ .

5. Nikolaev A., Pupo R. Assesment of parameters and regimens of hidrotransportation of lateritical hidrromezclas on the ground «Comandante Pedro» goto Alba (Part One). Сuba, Moa: Mineria y geologia, 1995. N 1 .

SELECTION OF RATIONAL HEATING TEMPERATURE FOR PIPELINE PUMPING

HIGH-VISCOSITY AND HIGH POUR POINT CRUDE OIL

A.K.NIKOLAEV, Dr. of Engineering Sciences, Associate Professor, aleknikol@mail.ru V.I.KLIMKO, PhD in Engineering Sciences, Assistant Professor, klimkovasiliy@gmail.com National Mineral Resources University (Mining University), St Petersburg, Russia The article deals with the transportation problems of high-viscosity and high pour point crude oil through pipelines. The possibility of a structural oil movement mode development during transportation below the pour point is analyzed. The results of the experiment for unevenness of the heat flux identification in the underground pipeline are given .

Key words: oil heating, pipeline transport, high pour point oil, high viscosity oil, oil transportation .

_________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 УДК 622.276

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВНУТРИПЛАСТОВОЙ

ВОДОИЗОЛЯЦИИ В НИЗКОПРОНИЦАЕМЫХ КОЛЛЕКТОРАХ

М.К.РОГАЧЕВ, д-р техн. наук, профессор, rogatchev@mail.ru А.О.КОНДРАШЕВ, канд. техн. наук, ассистент, kondrashev_artem@mail.ru Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия Представлены результаты фильтрационных исследований разработанного полимерного водоизоляционного состава ГПС-1, который представляет собой смесь воднощелочного гидролизованного акрилсодержащего полимерного раствора с неионогенным поверхностно-активным веществом (ПАВ). Проведенные ранее реологические исследования показали, что добавление ПАВ позволяет снизить критическое напряжение сдвига, что должно привести к повышению проникающей способности полимерного состава в пористую среду .

Комплекс фильтрационных исследований состоял из опытов на одиночных образцах кернов и на моделях нефте- и водонасыщенного пласта. Полученные результаты свидетельствуют о значительном улучшении основных эксплуатационных параметров разработанного полимерного состава по сравнению с исходным: добавление ПАВ позволило снизить градиент давления закачки в 2 раза. Установлено и значительное (в 5 раз) повышение фактора остаточного сопротивления. Начальный градиент давления сдвига геля в 3 раза превышает значение этого параметра для исходного полимерного состава, что дает основание полагать, что разработанный состав будет создавать намного более прочный водоизоляционный экран в пласте .

Эксперименты на модели неоднородного нефтенасыщенного пласта показали, что после закачки полимерного состава происходит уменьшение подвижности воды в высокопроницаемом пропластке и увеличение ее в низкопроницаемом, что однозначно свидетельствует о перераспределении фильтрационных потоков. Снижение подвижности воды в высокопроницаемой зоне способствует выравниванию фронта вытеснения и дополнительному извлечению нефти, что и подтвердили проведенные опыты .

В результате выполненного комплекса фильтрационных исследований доказана эффективность использования разработанного полимерного состава ГПС-1 для регулирования фильтрационных потоков в низкопроницаемых неоднородных коллекторах .

Ключевые слова: заводнение, обводненность, неоднородный пласт, полимерный раствор, коэффициент нефтеизвлечения .

При разработке нефтяных месторождений инженерам постоянно приходится иметь дело с неоднородностью пластов, моделирование процессов разработки которых осуществляется в большинстве случаев математическими методами с использованием гидродинамических симуляторов. Наряду с неоспоримыми достоинствами, таким методам свойственны и принципиальные недостатки, заложенные в саму программную среду: во-первых, неправильное определение геологических параметров пласта, искажение этих параметров в результате осреднения модели, погрешности интерполяции и т.п. Во-вторых, поскольку модель описывается дифференциальными уравнениями с некоторым приближением, погрешность вводится приближением дифференциальных уравнений к конечно-разностным схемам. В-третьих, погрешности алгоритмов и расчетов приводят к погрешности модели [3, 6 10]. Таким образом, для получения достоверного результата наряду с математическим моделированием необходимо проведение экспериментов по физическому моделированию процессов фильтрации, с использованием моделей неоднородных пластов и пластовых флюидов .

Основной целью проведенных исследований было обоснование технологии внутрипластовой водоизоляции с применением разработанного водоизоляционного состава ГПС-1 ________________________________________________________________________________________________ 55 Санкт-Петербург. 2016

–  –  –

на месторождениях с низкопроницаемыми коллекторами, а также для выравнивания профилей приемистости нагнетательных скважин. Полимерный состав ГПС-1 представляет собой смесь водно-щелочного раствора гидролизованного акрилсодержащего полимера (далее ПС) с добавлением 1 % по массе неионогенного ПАВ – продукта реакции ненасыщенных жирных кислот с аминами и их производными с растворителями и функциональными добавками [5, 8, 9] .

Комплекс фильтрационных исследований проводился в два этапа: эксперименты на одиночных кернах и на моделях неоднородного нефте- и водонасыщенного пласта .

Проведенные ранее исследования (опыты 1 и 2), описанные в работе [5], позволяют судить о значительном улучшении проникающей и водоизолирующей способности разработанного состава ГПС-1, по сравнению с исходным составом ПС: добавление 1 % по массе ПАВ снижает градиент давления фильтрации состава в пористую среду на 50 % (после прокачки одного порового объема) и на 11 % повышает остаточный фактор сопротивления .

Результаты дальнейших исследований (опыт 3, рис.1) показали, что закачка оторочек раствора хлористого кальция значительно повышает водоизолирующую способность состава:

фактор остаточного сопротивления вырос в 9 раз (по сравнению с опытом 1) .

Таблица 1 Результаты первого этапа фильтрационных исследований (опыты 1-4)

–  –  –

Рис.2. Зависимость градиентов давления от поровых объемов прокачки при исследовании селективности действия полимерного состава (опыт 4) (значения градиента давления закачки гелеобразующего состава ГПС-1 отсчитываются по шкале ординат в правой части графика, все остальные – по шкале в левой части графика) в опыте 2 для водонасыщенного керна (табл.1). Таким образом, состав ГПС-1 обладает более высокими водоизолирующими свойствами в водонасыщенных интервалах, чем в нефтенасыщенных, что подтверждает наличие у него селективных свойств. Следует отметить, что полимерный состав готовится на водной основе, и его фазовая проницаемость близка к фазовой проницаемости воды, что, в свою очередь, приводит к его преимущественному проникновению в водонасыщенные каналы .

Для экспериментов на моделях неоднородного нефте- и водонасыщенного пласта использовалась фильтрационная система, оснащенная двумя сходными кернодержателями, предназначенными для насыпных моделей, различных по характеру и степени неоднородности пропластков – низко- и высокопроницаемого [1, 2, 4, 7] .

Целью исследований было определение эффективности использования технологии закачки разработанного водоизоляционного состава с оторочками раствора хлористого кальция в условиях пластовых вод низкой и высокой минерализации на месторождениях с неоднородными по проницаемости коллекторами. Также планировалось определить прирост коэффициента нефтевытеснения при использовании технологии внутрипластовой водоизоляции с составом ГПС-1 для регулирования фильтрационных потоков и для выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин. Результаты экспериментов на модели неоднородного нефтенасыщенного пласта представлены в табл.2 .

Результаты исследований показали, что во всех опытах средний коэффициент нефтевытеснения до закачки полимерного состава при полном обводнении продукции оказался примерно одинаковым и варьировал от 41 до 48 %. После закачки водоизоляционного состава во всех опытах наблюдалось уменьшение подвижности воды в высокопроницаемом пропластке и увеличение подвижности в низкопроницаемом, что свидетельствует о перераспределении фильтрационных потоков в модели неоднородного пласта .

Изучение влияние минерализации пластовых вод на эффективность водоизоляции при использовании разработанного полимерного состава ГПС-1 показало, что даже при применении пластовых вод с высоким содержанием ионов кальция прирост коэффициента нефСанкт-Петербург. 2016 тевытеснения (14 %, опыт 6) был намного меньше, чем при использовании оторочек раствора хлористого кальция (в среднем 31 %, опыты 7 и 8). Таким образом, на месторождениях с любой степенью минерализации пластовых вод при применении разработанного водоизоляционного состава ГПС-1 требуется одновременная закачка оторочек раствора хлористого кальция для повышения эффективности проводимых работ .

Таблица 2 Результаты фильтрационных экспериментов на насыпных моделях неоднородного нефтенасыщенного пласта (опыты 5-8)

–  –  –

Заключительным этапом исследований было изучение возможности применения разработанного состава для выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин, для чего были проведены фильтрационные эксперименты на модели неоднородного водонасыщенного пласта .

Определенный в результате экспериментов коэффициент селективности до закачки состава был равен 86 %, т.е. такой объем воды фильтровался по высокопроницаемому пропластку, доля низкопроницаемого пропластка в объеме фильтровавшейся воды, таким образом, составляла лишь 14 %. Результаты экспериментов на модели неоднородного водонасыщенного пласта приведены на рис.3 .

Коэффициент селективности, % Проницаемость, 10–3 мкм2

Градиент давления, кПа/м

Рис.3. Зависимости проницаемостей высоко- (1) и низкопроницаемого (2) пропластков и коэффициента селективности (3) от градиента давления воды после закачки и выдержки полимерного состава ГПС-1 ________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 После закачки водоизоляционного состава в высокопроницаемом пропластке образовался прочный изоляционный экран, который позволил направить фильтрационный поток в низкопроницаемый пропласток. Как видно из графика (рис.3), до определенного момента (при градиентах давления ниже градиента давления сдвига геля в высокопроницаемом пропластке) коэффициент селективности равен нулю, при этом даже после прорыва воды по высокопроницаемому пропластку более 80 % жидкости фильтруется через низкопроницаемый пропласток (коэффициент селективности равен 13 %) .

На основании проведенных экспериментов можно сделать вывод, что селективность действия разработанного водоизоляционного состав ГПС-1 будет проявляться в образовании водоизоляционного экрана преимущественно в водонасыщенной части пласта, а также за счет проникновения в большей степени в высокопродуктивные интервалы в случае добывающей скважины или интервалы с наибольшей приемистостью в случае нагнетательной скважины .

Выводы

1. Результаты фильтрационных исследований, выполненных на образцах естественных кернов и моделях неоднородного нефтеводонасыщенного пласта с использованием разработанного гидрофобизированного полимерного состава ГПС-1, показали:

• способность полимерного состава ГПС-1 создавать в пористой среде пород-коллекторов прочный водоизоляционный экран;

• высокую селективность действия полимерного состава ГПС-1, выражающуюся не только в преимущественном образовании изоляционного экрана в водонасыщенных интервалах, но и в проникновении состава большей частью в обводненные зоны;

• возможность повышения коэффициента вытеснения нефти из неоднородного пласта путем закачки полимерного состава ГПС-1 с оторочками раствора хлористого кальция после полного обводнения высокопроницаемых пропластков;

• способность полимерного состава ГПС-1 эффективно блокировать высокопроницаемые промытые пропластки, выравнивая тем самым профиль приемистости нагнетательных скважин .

2. Результаты физического моделирования различных технологий внутрипластовой водоизоляции в низкопроницаемых неоднородных коллекторах с использованием полимерного состава ГПС-1 в условиях пластовых вод любой степени минерализации показали наибольшую эффективность закачки в пласт полимерного состава ГПС-1 с оторочками раствора хлористого кальция .

ЛИТЕРАТУРА

1. Балакин В.В. Моделирование полимерного заводнения слоисто-неоднородного пласта / В.В.Балакин, С.А.Власов, А.В.Фомин // Нефтяное хозяйство. 1998. № 1. С.47-48 .

2. Газизов А.А. Регулирование заводнения неоднородных нефтяных залежей с применением осадкогелеобразующих технологий: Автореф. дис.... д-ра техн. наук / Уфимский государственный нефтяной технический университет. Уфа, 2004. 44 c .

3. Дейк Л.П. Практический инжиниринг резервуаров / Институт компьютерных исследований. М., 2008. 668 с .

4. Дурягин В.Н. Разработка неорганического водоизоляционного состава на основе силиката натрия для низкопроницаемых неоднородных коллекторов / В.Н.Дурягин, К.В.Стрижнев // Нефтегазовое дело. 2014. № 1. С.14-29 .

URL:http://www.ogbus.ru/authors/DuryaginVN/DuryaginVN_1.pdf

5. Кондрашев А.О. Водоизоляционный полимерный состав для низкопроницаемых коллекторов / А.О.Кондрашев, М.К.Рогачев, О.Ф.Кондрашев // Нефтяное хозяйство. 2014. № 4. С.63-65 .

6. Лысенко В.Д. Инновационная разработка нефтяных месторождений. М.: Недра-Бизнесцентр, 2000. 516 с .

7. Персиянцев М.Н. Повышение нефтеотдачи неоднородных пластов / М.Н Персиянцев., М.М.Кабиров, Л.Е.Ленченкова. Оренбург: Кн. изд-во, 1999. 224 с .

8. Разработка гидрофобизированного полимерного состава для внутрипластовой водоизоляции низкопроницаемых коллекторов / А.О.Кондрашев, М.К.Рогачев, О.Ф.Кондрашев, С.Я.Нелькенбаум // Инженер-нефтяник. 2013 .

№ 3. С.34-39 .

________________________________________________________________________________________________ 59 Санкт-Петербург. 2016

9. Фильтрационные и микрореологические исследования водоизоляционных полимерных составов /

А.О.Кондрашев, М.К.Рогачев, О.Ф.Кондрашев, С.Я.Нелькенбаум // Нефтегазовое дело. 2012. № 6. С.273-284. URL:

http://www.ogbus.ru/authors/KondrashevAO/KondrashevAO_1.pdf

10. Хисамов Р.С. Моделирование разработки нефтяных месторождений / Р.С.Хисамов, А.В.Насыбуллин; ОАО «ВНИИОЭНГ». М., 2008. 256 с .

REFERENCES

1. Balakin V.V., Vlasov S.A., Fomin A.V. Modelirovanie polimernogo zavodneniya sloisto-neodnorodnogo plasta (Modeling of polymer flooding of a layered heterogeneous formation). Neftyanoe khozyaistvo. 1998. N 1, p.47-48 .

2. Gazizov A.A. Regulirovanie zavodneniya neodnorodnykh neftyanykh zalezhei s primeneniem osadkogeleobrazuyushchikh tekhnologii (Regulation of flooding of heterogeneous oil deposits using polymer technologies): Avtoref .

dis.... d-ra tekhn. nauk. Ufimskii gosudarstvennyi neftyanoi tekhnicheskii universitet. Ufa, 2004, p.44 .

3. Deik L.P. Prakticheskii inzhiniring rezervuarov (Practical engineering of tanks). Institut komp'yuternykh issledovanii. Мoscow, 2008, p.668 .

4. Duryagin V.N., Strizhnev K.V. Razrabotka neorganicheskogo vodoizolyatsionnogo sostava na osnove silikata natriya dlya nizkopronitsaemykh neodnorodnykh kollektorov (Development of an inorganic waterproofing composition based on sodium silicate for low-permeability heterogeneous reservoirs). Neftegazovoe delo. 2014. N 1, p.14-29 .

URL:http://www.ogbus.ru/authors/DuryaginVN/DuryaginVN_1.pdf

5. Kondrashev A.O., Rogachev M.K., Kondrashov O.F. Vodoizolyatsionnyi polimernyi sostav dlya nizkopronitsaemykh kollektorov (Waterproof polymer composition for low-permeability reservoirs). Neftyanoe khozyaistvo. 2014. N 4, p.63-65 .

6. Lysenko V.D. Innovatsionnaya razrabotka neftyanykh mestorozhdenii (Innovative development of oil fields) .

Мoscow: Nedra-Biznestsentr, 2000, p.516 .

7. Persiyantsev M.N., Kabirov M.M., Lenchenkova L.E. Povyshenie nefteotdachi neodnorodnykh plastov (Enhanced oil recovery from heterogeneous reservoirs). Orenburg: Kn. izd-vo, 1999, p.224 .

8. Kondrashev A.O., Rogachev M.K., Kondrashov O.F., Nel'kenbaum S.Ya. Razrabotka gidrofobizirovannogo polimernogo sostava dlya vnutriplastovoi vodoizolyatsii nizkopronitsaemykh kollektorov (Development of a hydrophobized polymeric composition for in-situ waterproofing of low-permeability reservoirs). Inzhener-neftyanik. 2013. N 3, p.34-39 .

9. Kondrashev A.O., Rogachev M.K., Kondrashov O.F., Nel'kenbaum S.Ya. Fil'tratsionnye i mikroreologicheskie issledovaniya vodoizolyatsionnykh polimernykh sostavov (Filtration and microrheological study of waterproofing polymer compositions) .

Neftegazovoe delo. 2012. N 6, p.273-284. URL: http://www.ogbus.ru/authors/KondrashevAO/KondrashevAO_1.pdf

10. Khisamov R.S., Nasybullin A.V. Modelirovanie razrabotki neftyanykh mestorozhdenii (Simulation of oil fields development). VNIIOENG. Мoscow, 2008, p.256 .

SUBSTANTIATION OF INTRASTRATAL WATER SHUTOFF TECHNOLOGY IN LOW

PERMEABILITY RESERVOIRS

М.K.ROGACHEV, Dr. of Engineering Sciences, Professor, rogatchev@mail.ru A.O.KONDRASHEV, PhD in Engineering Sciences, Assistant Lecturer, kondrashev_artem@mail.ru National Mineral Resources University (Mining University), St Petersburg, Russia The article presents the results of the filtration tests of the developed polymeric waterproofing compound GPS-1, which is a mixture of a water-alkaline hydrolyzed acryl-containing polymer solution with a nonionic surfactant .

The obtained results indicate significant improvements of main operational parameters – penetrating and water-insulating power of the developed polymeric composition GPS-1 in comparison with the original one: addition of the nonionic surfactant reduced the pressure gradient of injection twice. Also, considerable (5 times) increase of the residual resistance factor, that is explained by deeper and more uniform penetration of the solution into the porous medium and the corresponding raise of isolation efficiency of pore channels, is established .

Experiments on the model of a heterogeneous oil-filled formation showed that after the injection of the polymeric solution water mobility decreases in a highly porous interlayer and increases in a low-permeability interlayer indicating a redistribution of filtration flows in the model of a heterogeneous bed. The decrease of water mobility in a high-permeability zone contributes to the leveling of the displacement front and, ultimately, the additional extraction of oil from the less permeable area .

As a result of the complex of filtration tests conducted, the efficiency of the developed polymeric composition GPS-1 for the regulation of filtration flows in low-permeability heterogeneous reservoirs is proved .

Key words: core flooding, water cut, heterogeneous reservoir, polymer solution, oil recovery factor .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 УДК 621.039

ГОРНО-ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРОГНОЗ РАЗМЕЩЕНИЯ

ОТХОДОВ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ, В ТОМ ЧИСЛЕ

В СЕЙСМООПАСНЫХ РАЙОНАХ ДОБЫЧИ СЫРЬЯ

О.В.КОВАЛЕВ, д-р техн. наук, профессор, spggi4@mail.ru Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия В статье рассмотрены вопросы получения представительных научно обоснованных данных, позволяющих установить параметры необходимо безопасного состояния массива горных пород (МГП) в зонах захоронения в подземных выработках различных отходов, включая и области МГП, подверженные сейсмоактивному воздействию. Описаны основные требования к подземным сооружениям для захоронения опасных отходов и технологии их возведения. В качестве объекта исследований выбраны камеры подземного растворения в галогенной толще горных пород. Отмечены необходимые данные для обоснования безопасных условий захоронения отходов в подземной камере выщелачивания и этапы выполнения такого обоснования. Проведена оценка напряженно-деформированного состояния горных пород методом граничных элементов. Рассмотрены основные аспекты динамического влияния сейсмических волн на устойчивость подземных сооружений. Пересчитаны основные значимые параметры возможного сейсмического воздействия на экспериментальную камеру с учетом данных о сейсмическом районировании региона и конкретного расположения объекта исследований. Обоснована необходимость выполнения оценки сдвижения налегающей толщи и поверхности в зоне опытного участка на базе рассмотренного комплексного подхода: анализов данных маркшейдерских наблюдений и результатов геомеханического обследования механического состояния вмещающей и налегающей толщи .

Ключевые слова: подземное растворение солей, захоронение отходов, сейсмика, геодинамика, метод разрывных смещений, метод граничных элементов, напряженно-деформированное состояние, импеданс среды .

Захоронение промышленных отходов, в частности радиоактивных, в подземных выработках требует обеспечения в окрестности условий гидрогеодинамической автономии вмещающего массива. Данному требованию значимо соответствуют галогенные толщи пород, позволяющие вмещать комплекс выработок, в том числе и предусматриваемых для захоронения. Указанные толщи характерны для соляных месторождений, в частности для каменно-солевых. Анализ данных о специфических свойствах соляных пород [8, 17] позволяет рекомендовать месторождения, где ведется добыча этого сырья, к использованию в качестве хранилищ отходов. Добыча полезного ископаемого при этом может реализовываться по технологии, наиболее отвечающей требованиям обеспечения безопасности окружающей среды при захоронении отходов, – технологии подземного растворения солей (ПРС). Залежи каменной соли, добываемой методом ПРС, приурочены, в частности, к району Прибайкалья, где данной технологии отвечают как геологические условия, так и инфраструктура региона .

Рассмотрение поставленной в работе задачи наиболее целесообразно осуществить на конкретном примере: условия добычи солей на рассолопромысле ОАО «Усольехимпром» (Усольский промузел) .

План-схема расположения камер выщелачивания (технология ПРС) для данного промысла приведена на рис.1, а, схема расположения этих скважин в толще МГП – на рис.1, б. Отметим, что камера «р-2х» принята как камера опытной установки (ОУ) для размещения отходов .

_________________________________________________________________________________________________

Санкт-Петербург. 2016 а

–  –  –

Рис.1. Расположение камер выщелачивания на рассолопромысле: а – план-схема расположения камер;

б – расположение камер «6х» и «р-2х» в толще МГП ________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 Для данного участка с целью обоснования надежно-безопасных условий эксплуатации камеры «р-2х» необходимо: получить научно обоснованные данные, определяющие параметры состояния земной поверхности в данной зоне; выполнить оценку устойчивого (неустойчивого) состояния междукамерных целиков в окрестности ОУ; установить влияние сейсмоактивности региона на указанные аспекты. Предварительно выполняется изучение и научное обобщение геологической информации об объекте исследования; данных о горно-геомеханических параметрах указанной среды и подземных сооружений; сведений о сейсмоактивности региона в рамках влияния геостатического и геодинамического полей напряжений на формирование механического состояния пород в окрестности камеры «р-2х» .

Решение целевых вопросов требует разработки специального комплексного метода. Сутью его является подход, параллельно использующий и обобщающий данные как маркшейдерской информации о сдвижении поверхности в зоне горных работ (рис.1, а), так и результаты геомеханической оценки состояния МГП, вмещающего камеры выщелачивания. При этом анализ последних результатов должен учитывать изменения в массиве компонентов напряжений (ij), деформаций (ij) и перемещений (i). Компоненты оцениваются в рамках влияния геостатических и геодинамических полей, характерных для данного региона .

Обычно на ряде площадок рассолопромыслов недостаточно данных о маркшейдерских наблюдениях. Это же характерно и для принятого к рассмотрению участка. Решение вопроса в этом (достаточно имеющем место) случае реализуется включением в рассмотренный комплексный метод выполнения исследований по принципу «аналогового подхода». В частности, сопоставление данных геологических и горно-геомеханических параметров данного участка (скв.«р-2х») для рассолопромысла АО «Сода»

(Яр-Бишкадакское месторождение солей) показало достаточно адекватное соответствие отмеченных характеристик в обоих случаях .

Необходимой составной частью комплексного метода является решение горногеомеханических задач по оценке параметров проявлений геостатического поля напряжений в окрестности камеры ОУ. Проведенный анализ [11, 13 и др.] показал, что вариант численного метода граничных элементов (МГЭ), а именно – метода разрывных смещений (МРС) – позволяет дать необходимую количественную оценку компонентов всех параметров, определяющих напряженно-деформированное состояние (НДС) массива в окрестности ОУ. Данная оценка включает получение информации об указанном НДС пород, в частности, и с учетом геометрических соотношений камер выщелачивания в окрестности ОУ и их пространственного расположения. Методически предусматривается оценка механического состояния МГП на участке для экстремально-неблагоприятного сочетания условий эксплуатации камеры «р-2х» при размещении в ней промышленных отходов .

Нами обобщены данные, необходимые для дальнейшей оценки НДС-пород в окрестности скв.«р-2х» (ОУ), о геологическом строении МГП, его механических свойствах и сейсмоактивности рассматриваемого региона .

Данные по первому аспекту (геологическому) принимаются по характерным профилям рассматриваемых скважин и геологическим разрезам в их окрестностях (рис.1). В частности, камеры выщелачивания располагаются (в среднем) на глубинах от ~ –1040 м до ~ – 1420 м. При этом колебания мощностей пластов каменной соли может в среднем составлять от ~ 1015 до ~ 6585 м. Пласты каменной соли могут содержать прослои (пачки) несолевых пород. Обычно это доломиты, мергели, мергелистые доломиты, доломиты засоленные и др. Залегание пластов горизонтальное ~1°. В целом можно констатировать, что в гидрогеодинамическом отношении галогенная формация отвечает условиям ее «автономии» – без наличия гидрообмена между ней и вмещающими ее породами .

Анализ рассмотренной геологической информации позволяет оценить данный МГП как массив с преобладающей упорядоченной трещиноватостью, обусловленной выраженногоризонтальной слоистостью, на базе чего размеры его структурных элементов по мощности (средневзвешенные их характеристики) mср.в. 1 м. В геомеханическом аспекте данная зона _________________________________________________________________________________________________

Санкт-Петербург. 2016 МГП может характеризоваться как среда квазисплошная, для которой размер исследуемой области (L) превышает величины [2]: L 10mср.в / 2 445 м, где – параметр взаимосвязи отклонения напряжений на элементарной площадке (10mср.в) и относительного размера этой площадки ( 0,15). Это не противоречит возможности использования методов механики сплошной среды для оценки горно-геомеханических ситуаций, возникающих при влиянии параметров геостатических (геодинамических) полей в многосвязной области МГП в окрестности рассматриваемого комплекса камер (включая, как очевидно, камеру «р-2х») .

Рассмотрим механические свойства МГП в исследуемой зоне, необходимые для оценки в ней параметров НДС-массива. Это касается данных о деформационных и прочностных его свойствах. Полученные в лабораторных условиях данные пересчитываются (по известным методикам [15]) применительно к исследуемой области МГП, далее определяются средние значения для отдельных литотипов составляющих его пород. Результаты можно использовать для «аналоговых» соляных месторождений. Для пачек выделенных пород в МГП механические свойства определялись как средневзвешенные характеристики. В рассматриваемой зоне сквам жин (рис.1, а) они составили: для каменной соли сж 12 МПа, м 0,6 МПа; для несолевых р м пород (превалирующе доломитов) сж 34 МПа, м 1,5 МПа. Очевидно, что при выполнер нии указанной оценки механического состояния МГП в данной зоне необходима и информация о предельных значениях деформаций, которые составили для НДС сжатия t 0,4, а в зонах растягивающих напряжений – t 0,01. Отметим, что в условиях воздействия на горные породы кратковременных нагрузок (например, от упругих волн), породы будут разрушаться при напряжении в 2 раза больше, чем статический их предел прочности при растяжении [p] [12]. Для горно-геомеханической оценки механического состояния МГП (в исследуемой зоне) необходимы данные о его деформационных свойствах (рис.2) .

–  –  –

Рис.6. Поле параметра V конвергенции пород в плоскости заложения камер в окрестности ОУ (глубина 1400 м) ________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 Уточним роль гравитационно-сейсмических сил в формировании суперпозиционного НДС в междукамерных элементах – в МКЦ. Не приводя подробных соотношений для величин полей х и y, а также полей х и y, сформированных гравитационными силами, в сравнении с виртуально воздействующими (t 1 c) и экстремально оцененными растягивающими напряжениями, вызванными для тех же условий сейсмовоздействием [13, 14, 20 и др.] на МКЦ ( 0,5 МПа, а сопоставимые напряжения от гравитационных сил 0), можно констатировать следующее .

Суммарное действие геостатического и сейсмического поля на МКЦ характеризуется для ОУ как превалирующе формируемое на данных глубинах за счет гравитационных нагрузок. Это же следует и из полученных оценок изменения диапазона значений параметра х, который с учетом суперпозиционного воздействия двух полей будет иметь «размах»

~0,810–3 x ~1,410–3 (напомним, что в зонах растяжения [p] 0,01). Отметим также, что наиболее значимым фактором, позволяющим констатировать возникновение в элементах МГП «узких мест», является в данном случае параметр х. Анализ полей компонентов деформаций (х, у) для пород кровли камер на ОУ позволяет констатировать приближенно одинаковые (для всех участков) условия сохранения ими устойчивости. Роль геодинамического поля для данных элементов МГП – с позиции оценки их устойчивости – адекватна МКЦ .

Обобщая рассмотренные выше условия использования комплексного подхода к оценке горно-геомеханического состояния элементов массива в окрестности ОУ, в частности камеры «р-2х», можно отметить следующее. Результаты расчетов в целом позволяют считать достаточно стабильной геомеханическую обстановку, обусловленную гравитационным полем напряжений, в районе камеры захоронения отходов. В данной геологической обстановке влияние прогнозируемой сейсмоактивности региона на НДС элементов массива, вмещающего камеры выщелачивания на рассмотренных глубинах, несущественно .

Вместе с тем требуется разработка локальных мероприятий по сохранению существующей на конкретном (в частности, на рассмотренном выше) объекте горногеомеханической обстановки за счет консервации на период размещения отходов соседней выработки, обеспечении герметичности ствола скважины (скважин), реализации технологического управления геометрическими параметрами камер выщелачивания, окружающих ОУ и др .

ЛИТЕРАТУРА

1. Авершин С.Г. Сдвижение горных пород при подземных разработках. М.: Углетехиздат, 1947. 245 с .

2. Баклашов И.В. Механические процессы в породных массивах / И.В.Баклашов, Б.А.Картозия. М.: Недра, 1986. 272 с .

3. Бродберг К.Б. Ударные волны в упругой и упруго-пластической среде. М.: Гостехиздат, 1959. 203 с .

4. Буллен К.-Е. Введение в теоретическую сейсмологию / Пер. с англ. М.: Мир, 1966. 460 с .

5. Горшков Г.П. О корреляции сейсмических шкал / Г.П.Горшков, Г.А.Шенкарева // Тр. Ин-та физики Земли .

1958. № 1(68). 44 с .

6. Гутенберг Б. Сейсмичность Земли / Пер. с англ. / Б.Гутенберг, К.Рихтер. М.: Мир, 1948. 160 с .

7. Кольский Г. Волны напряжений в твердых телах. М.: Иностранная литература, 1955. 192 с .

8. Ковалев О.В. Горно-геомеханические критерии безопасности размещения отходов в горных выработках / О.В.Ковалев, С.П.Мозер, И.Ю.Тхориков. СПб: Недра, 2012. 232 с .

9. Колбенков С.П. К вопросу расчета деформаций земной поверхности / С.П.Колбенков, А.Н.Павлов / ВНИМИ .

Л., 1963. С.114-130

10. Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений. М.: Недра, 1978. 494 с .

11. Крауч С. Методы граничных элементов в механике твердого тела / С.Крауч, А.Старфилд, М.: Мир, 1987. 328 с .

12. Миронов П.С. Действие взрывов на устойчивость бортов карьеров // Сейсмическое действие промышленных взрывов: Сб. М.: Мир, 1982. 227 с .

13. Прикладные аспекты изучения механических процессов в массивах при подземной разработке месторождений полезных ископаемых / О.В.Ковалев, С.П.Мозер, И.Ю.Тхориков, Е.Б.Куртуков, Е.Р.Ковальский. СПб: Недра, 2011. 166 с .

14. Поручиков В.Е. Методы динамической теории упругости. М.: Наука, 1986. 328 с .

_________________________________________________________________________________________________

Санкт-Петербург. 2016

15. Руппенейт К.В. Деформируемость массивов трещиноватых горных пород. М.: Недра, 1975. 223 с .

16. Саваринский Е.Ф. Сейсмические волны. М.: Мир, 1972. 292 с .

17. Справочник по разработке соляных месторождений / Р.С.Пермяков, О.В.Ковалев, В.Л.Пинский и др. М.:

Недра, 1986. 212 с .

18. Смирнов В.И. О применении нового метода к изучению упругих колебаний в пространстве при наличии осевой симметрии / В.И.Смирнов, С.Л.Соболев // Тр. Сейсмолог. ин-та АН СССР. 1933. № 29. C.43-51 .

19. Турчанинов И.А. Основы механики горных пород / И.А.Турчанинов, М.А.Иофис, Э.В.Каспарян. Л.: Недра, 1989. 488 с .

20. Тимошенко С.П. Теория упругости. М.: ОНТИ-ГТТИ, 1934. 452 с .

21. Wei-Fah Chen. Earthquake engineering handbook / Wei-Fah Chen, C.Scawthron // CRC Press LLC, Roca Baton, Florida. 2003. 1235 p .

22. Kawashima K. Seismic analysis of underground structures // Journal of Disaster Research. Vol.1. N 3. 2006. P.378-389 .

23. Shen-Haw J.U. Determining Rayleigh damping parameters of soils for finite element analysis / J.U.Shen-Haw, N.I.ShengHuoo // International journal for numerical and analytical methods in geomechanics. 2007. Vol.31. N 10. P.1239-1255 .

24. Zerwer A. Parameter Estimation in Finite Element Simulations of Rayleigh Waves / A.Zerwer, G.Cascante, J.Hutchinson // J. Geotech. and Geoenvir. Eng. 2002. Vol.128. Iss.3. P.250-261 .

REFERENCES

1. Avershin S.G. Sdvizhenie gornykh porod pri podzemnykh razrabotkakh (Rock mass displacement due to underground mining). Moscow: Ugletekhizdat, 1947, p.245 .

2. Baklashov I.V., Kartoziya B.A. Mekhanicheskie protsessy v porodnykh massivakh (Rock mass mechanical processes). Moscow: Nedra, 1986, p.272 .

3. Brodberg K.B. Udarnye volny v uprugoi i uprugo-plasticheskoi srede (Blast waves in elastic and elastic-plastic materials). Moscow: Gostekhizdat, 1959, p.203 .

4. Bullen K.-E. Vvedenie v teoreticheskuyu seismologiyu (Introduction to theoretical seismology). Per. s angl. Moscow: Mir,1966, p.460 .

5. Gorshkov G.P., Shenkareva G.A. O korrelyatsii seismicheskikh shkal (About seismic scales correlations). Tr. in-ta fiziki Zemli. 1958. N 1(68), p.44 .

6. Gutenberg B., Rikhter K. Seismichnost' Zemli (Seismicity of the earth). Moscow, 1948, p.160 .

7. Kol'skii G. Volny napryazhenii v tverdykh telakh (Stress waves in solid bodies). Moscow: Inostrannaya literatura, 1955, p.192 .

8. Kovalev O.V., Mozer S.P., Tkhorikov I.Yu. Gorno-geomekhanicheskie kriterii bezopasnosti razmeshcheniya otkhodov v gornykh vyrabotkakh (Mining and geomechnical safety criteria of waste disposal in underground mine workings). St Petersburg: Nedra, 2012, p.232 .

9. Kolbenkov S.P., Pavlov A.N. K voprosu rascheta deformatsii zemnoi poverkhnosti (Some questions on ground surface deformations). VNIMI. Leningrad, 1963, p.114-130

10. Kratch G. Sdvizhenie gornykh porod i zashchita podrabatyvaemykh sooruzhenii (Rock mass displacement and underworked structures protection). Moscow: Nedra, 1978, p.494 .

11. Krauch S., Starfild A. Metody granichnykh elementov v mekhanike tverdogo tela (Boundary elements methods in solid mechanics). Moscow: Mir, 1987, p.328 .

12. Mironov P.S. Deistvie vzryvov na ustoichivost' bortov kar'erov (Blasting influence on open-pit slope stability) .

Seismicheskoe deistvie promyshlennykh vzryvov: Sb. Moscow: Mir, 1982, р.227 .

13. Kovalev O.V., Mozer S.P., Tkhorikov I.Yu., Kurtukov E.B., Koval'skii E.R. Prikladnye aspekty izucheniya mekhanicheskikh protsessov v massivakh pri podzemnoi razrabotke mestorozhdenii poleznykh iskopaemykh (Applied studies of mechanical processes in rock strata in underground mining). St Petersburg: Nedra, 2011, р.166 .

14. Poruchikov V.E. Metody dinamicheskoi teorii uprugosti (Dynamic elastic theory methods). Moscow: Nauka, 1986, р.328 .

15. Ruppeneit K.V. Deformiruemost' massivov treshchinovatykh gornykh porod (Fractured rock mass deformation) .

Moscow: Nedra, 1975, p.223 .

16. Savarinskii E.F. Seismicheskie volny (Seismic waves). Moscow: Mir, 1972, p.292 .

17. Permyakov R.S., Kovalev O.V., Pinskii V.L. et al. Spravochnik po razrabotke solyanykh mestorozhdenii (Salt deposit mining reference-book). Moscow: Nedra, 1986, p.212 .

18. Smirnov V.I., Sobolev S.L. O primenenii novogo metoda k izucheniyu uprugikh kolebanii v prostranstve pri nalichii osevoi simmetrii (Application of a new method of elastic oscillations study for axial symmetry conditions). Tr. Seismolog. inta AN SSSR. 1933. N 29, p.43-51 .

19. Turchaninov I.A., Iofis M.A., Kasparyan E.V. Osnovy mekhaniki gornykh porod (Basics of rock mechanics, a second edition). Leningrad: Nedra, 1989, p.488 .

20. Timoshenko S.P. Teoriya uprugosti (Elastic theory). Moscow: ONTI-GTTI, 1934, p.452 .

21. Wei-Fah Chen, Scawthron C. Earthquake engineering handbook. CRC Press LLC, Roca Baton, Florida. 2003, p.1235 .

22. Kawashima K. Seismic analysis of underground structures. Journal of Disaster Research. Vol.1. N 3. 2006, p.378-389 .

23. Shen-Haw J.U., Sheng-Huoo N.I. Determining Rayleigh damping parameters of soils for finite element analysis .

International journal for numerical and analytical methods in geomechanics. 2007. Vol.31. N 10, p.1239-1255 .

24. Zerwer A., Cascante G., Hutchinson J. Parameter Estimation in Finite Element Simulations of Rayleigh Waves. J .

Geotech. and Geoenvir. Eng. 2002. Vol.128. Iss.3, p.250-261 .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217

ENGINEERING AND GEOMECHANICAL FORECAST FOR WASTE DISPOSAL IN

UNDERGROUND CAVERNS INCLUDING EARTHQUAKE-PRONE ZONES

O.V.KOVALEV, Dr. of Engineering Sciences, Professor, spggi4@mail.ru National Mineral Resources University (Mining University), St Petersburg, Russia The article aims at obtaining representative scientifically based data to determine parameters of a necessary-safe condition of the rock massif (RM) in underground waste diposal caverns zones, including earthquake-prone zones. The main requirements for underground caverns for hazardous waste disposal and for their construction technology are described. The subject of the research is underground solution caverns in halogen rocks. Data for justification of safe waste disposal conditions in underground salt caverns and its stages are presented. A complex approach to the solution of the research problem is described. The main aspects of dynamic influence of seismic waves on underground caverns stability are considered. Taking into account seismic-risk zoning data on the research region some significant parameters of a possible seismic impact on the experimental cavern are calculated. The article points out the necessity of superincumbent rock and surface displacement assessment for the experimental site zone using the suggested complex approach and including the analysis of surveying data and results of rock mass geomechanical modeling .

Key words: underground salt solution, waste disposal, seismicity, geodynamics, displacement discontinuity method, boundary element method, stress and strain state, seismic impedance .

–  –  –

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ БЛАГОРОДНЫХ

И РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ ИЗ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ПОРОД

Т.Н.АЛЕКСАНДРОВА, д-р техн. наук, профессор, alexandrovat10@gmail.com Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия Е.Г.ПАНОВА, д-р геол.-минерал. наук, профессор, e.panova@spbu.ru Санкт-Петербургский государственный университет, Россия Приведены результаты минералого-технологических и геохимических исследований черносланцевых пород. Черные сланцы рассматриваются в качестве нового перспективного и нетрадиционного источника благородно- и редкометалльного сырья. Показано, что коллоидносолевая фракция (нанофракция) с размером частиц менее 1000 нм составляет до 3 % по массе проб черных сланцев и извлекается водой при специально подобранных условиях. Использование воды вместо химически активных реагентов гарантирует отсутствие растворения минеральной матрицы и наиболее полно отражает коллоидно-солевую составляющую проб. Полученные результаты предопределяют направления создания новых методов и технологий обогащения углеродистого сырья при комплексном освоении твердых полезных ископаемых в горнопромышленных и нефтепромысловых районах России .

Ключевые слова: черные сланцы, углеродистое вещество, благородные металлы, редкие элементы, флотация, нанофракция .

Введение. Проблема переработки труднообогатимых (упорных) руд актуальна для всех без исключения стран, осуществляющих добычу благородных металлов из рудного сырья .

Перспективы расширения добычи благородных и редких металлов зависят от существующей ресурсной базы, ее качества и возможности расширения. В последние годы были открыты комплексные благороднометалльные (БМ) месторождения в углеродсодержащих толщах, которые рассматривают как новый перспективный источник золота, платины и других полезных элементов [10]. Для освоения открытых на Дальнем Востоке месторождений углеродистых руд [8, 11] необходимо осуществить комплекс исследований по созданию технологий переработки углеродсодержащих пород с максимально полным извлечением полезных компонентов, в первую очередь графита, золота и металлов платиновой группы .

Черные сланцы в настоящее время рассматриваются в качестве нового перспективного и нетрадиционного источника благородно- и редкометалльного сырья. Вместе с тем, как справедливо отмечает ряд исследователей, степень их изученности пока фрагментарна [1-3, 5] .

Можно предположить, что присутствие в значительных количествах минералов платиновой группы и рения – типоморфная особенность данных месторождений, подтверждающая не только обоснованность их выделения в качестве самостоятельной «черносланцевой благородно-редкометалльной формации», но и существенно увеличивающая их практическую значимость и рентабельность освоения уже в ближайшей перспективе .

Вопросы условий формирования черносланцевых рудоносных толщ и, особенно генезиса развитого в них оруденения, относятся к разряду остродискуссионных из-за недостаточной изученности, что сдерживает его эффективные поиски и оценку. До сих пор нет единого мнения о формах нахождения благородных и редких металлов, а также об эффективных методах определения их реальной концентрации в окисях и гидроокисях железа, минералах глин, слюдах, хлоритах, алуните, кварце-халцедоне, ярозите, некоторых других минералах-носителях, а также в углисто-битумных включениях в сланцах .

Черносланцевые руды исследуемых объектов относятся к категории высоко упорных и требуют специальных технологических подходов. Для обоснования эффективных методов обогащения исследовались варианты флотационного и экстракционного выделения ценных микроэлементов .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 Объекты и методы исследования. Изучали углеродистые сланцы Кимканского проявления благородной Au-Pt-минерализации (Дальний Восток), диктионемовые сланцы Ленинградской области .

В составе пробы углеродистых сланцев Кимканского проявления преобладают филлитовидные мусковит-графит-кварцевые сланцы с переменным содержанием мусковита, графита и кварца, реже наблюдаются хлорит-серицит-кварцевые филлиты (общее название – черные сланцы). Состав сланцев: мусковит 5-20 %, кварц 25-70 %, графит 5-40 %, биотит 5-10 %, серицит 0-35 %. Рудные минералы: магнетит и метапирит в виде вкрапленности: 0- 5 %. Акцессорные минералы: циркон, лейкоксен, сфен, ксенотим, монацит, рутил, апатит, ортит. Графит представлен тонкими чешуями 0,01-0,02 мм и их пакетами, чаще землистыми агрегатами 0,01мм нередко распределен во всех породообразующих минералах, особенно в слюдах. Черные сланцы интенсивно изменены послойной, реже секущей кварцевой и мусковит-кварцевой инъекцией, включающей рудную минерализацию. Метасоматиты образуют гнездовидные, прожилково-гнездовидные, прожилково-линзовидные обособления мощностью 0,2-25 мм. Размер зерен слагающего их гранобластового кварца II – 0,1-2 мм, чешуи мусковита 0,1-1 мм .

Строение гидротермально-метасоматических образований и их взаимоотношения со сланцами наблюдались в прозрачных шлифах. Метасоматиты сложены гранобластовым кварцем прозрачным и серовато-прозрачным, либо мусковит-кварцем, что характеризует их как высокотемпературные образования грейзенового типа [12] .

Диктионемовые сланцы Ленинградской области принадлежат к нетрадиционным типам минерального сырья, которое можно отнести к упорным весьма бедным рудам урана, долгое время считающимися нерентабельными для отработки, учитывая также современные требования к экологии. В составе породы обнаружены глинистые минералы (каолинит, гидрослюда, монтмориллонит, хлорит), обломки песчано-алевритовой размерности (кварц, полевой шпат, апатит) и аутигенные минералы (антраконит, гипс, гипс-ангидрит, пирит, кремнистые и фосфатные конкреции). Кроме того, были диагностированы единичные зерна золота, платины, редкоземельных минералов. Доля органической составляющей меняется от 6 до 15 %. В сланцах региона отмечены аномальные и повышенные содержания для U, V, Mo, Ni, Zn, Pb и благородных металлов, а также ряда других ценных и элементов-спутников, в частности РЗЭ (до 200 г/т), которые из-за сложностей извлечения ранее не представляли промышленного интереИсходная проба –2,0+0 мм

–  –  –

са. Однако в последние годы дефицит отмеченных металлов требует комплексного подхода к переработке подобных металлоносных образований, который может быть решен на основе подхода к ним как полиметалльному сырью [9] .

Исследования по обогащению углеродистых пород проводили по следующим направлениям:

1. Углеродная флотация с применением неионогенных и катионных собирателей (рис.1, табл.1) .

2. Последовательная сульфидно-графитовая флотация из хвостов гравитационного обогащения (рис.2) .

3. Выделение нанофракций из исходного сырья .

–  –  –

Рис.2. Последовательная сульфидно-углеродная флотация из хвостов гравитационного обогащения ________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 Подготовка технологических проб к обогащению включала операции дробления, сокращения и отбора навесок для технологических исследований и химических анализов .

Эксперименты по гравитационному обогащению осуществляли на серийном лабораторном оборудовании: концентрационный стол СКЛ-2; центробежный концентратор Knelson, флотационное обогащение – на флотационной машине «Laarmann Flotation Bench Test Machine». Флотационное извлечение графитсодержащих продуктов проводили с использованием длинноцепочных аминов, керосина, кремнефтористого натрия и соснового масла в различных рН-средах, создаваемых известью и серной кислотой. Анализ продуктов обогащения проводился атомно-абсорбционным, рентгенофлуоресцентным методом. Минералого-петрографические исследования проводились с использованием оптических электронномикроскопических методов с рентгеноспектральным микроанализом (РЭМ-РСМА) .

При анализе нанофракций порода дробилась и истиралась до размера частиц 75 мкм .

Одна часть пробы анализировалась по нанотехнологической методике, другая – по стандартной схеме «полного» разложения с применением концентрированных азотной, фтороводородной и хлорной кислот. Анализ растворов проводился методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на приборе «ELAN-6100 DRC» фирмы «PERKIN ELMER» .

Результаты и обсуждение. Таким образом, последовательная сульфидно-углеродная флотация на хвостах гравитации является приемлемым методом для доизвлечения благородных металлов. Анализ данных по сульфидной флотации исходной пробы показывает невысокое извлечение серебра, что позволяет предположить его присутствие в гравитационно-извлекаемых формах. Платиноиды и рений частично извлекаются в графитовый концентрат, золото – гравитационными методами с доизвлечением тонкодисперсного и ассоциированного с сульфидами – флотацией. Результаты флотационного обогащения углеродистых сланцев приведены в табл.1-2 и на рис.3 .

–  –  –

Рис.3 Микрофотографии включений благородных и редких металлов во флотационные концентраты:

а – микровключения в углеродный концентрат; б – микровключения в сульфидный концентрат нофракций на породообразующие оксиды и микроэлементы показал, что они на 99 % по массе состоят из породообразующих компонентов, а на микроэлементы приходится до 1 % по массе. Коэффициент накопления (K) рассчитывался как отношение содержания элемента в НФ к содержанию в пробе в целом .

Исследования углисто-глинистых сланцев ордовика Ленинградской области и сравнение содержаний химических элементов в валовой пробе и ее НФ показали, что в нанофракции накапливается ряд элементов (табл.2). Ассоциация химических элементов и обогащенность ими НФ меняется в пространстве и в разрезе толщи. Как следует из таблицы, коэффициент накопления имеет наиболее высокие значения для Li, Sc, S, B, V, Cr, U, Th, Pb, Zn, As, Sb. В нанофракции накапливается от 1,5 до 20 раз больше миграционно-способных форм химических элементов [7, 9] .

–  –  –

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 Интересно оценить информативность анализа нанофракций пород черносланцевых формаций при оценке их благороднометалльного потенциала. В табл.4 приведены результаты анализа содержания в черных сланцах благородных металлов, выполненные с использованием традиционной схемы полного разложения и нанотехнологической схемы .

–  –  –

Анализ результатов табл.4 показал, что содержания элементов в коллоидно-солевой составляющей проб черных сланцев могут вызвать промышленный интерес, а экологически безопасная схема их извлечения представляется рентабельной с учетом отсутствия затрат на восстановление окружающей среды при их переработке .

Таким образом, с использованием флотационных методов обогащения при обоснованных реагентных режимах возможна эффективная концентрация микровключений благородных и редких металлов .

Коллоидно-солевая фракция (нанофракция) с размером частиц менее 1000 нм составляет до 3 % по массе проб черных сланцев и извлекается водой при специально подобранных условиях. Использование воды вместо химически активных реагентов гарантирует отсутствие растворения минеральной матрицы и наиболее полно отражает коллоидно-солевую составляющую проб. Анализ нанофракции проб в отличие от анализа пробы в целом позволяет значительно расширить круг определяемых элементов и получить достоверную информацию на сверхнизких уровнях их концентраций. Коллоидно-солевая фракция по химическому составу представлена широким кругом химических элементов – петрогенных, редких и рассеянных, содержание которых неодинаково для различных типов пород. Углубленное изучение химических элементов в состоянии рассеяния может стать важной составляющей при разработке геохимических методик поиска редких и рассеянных элементов. Исследования в этой области, в первую очередь, ограничены возможностями аналитической техники, так как предполагают работу на сверхнизких уровнях концентраций [14] .

В целом, на основе геохимических и технологических исследований лабораторных проб углеродистых сланцев, выявлены некоторые распространенные ассоциации микроэлементов, получение товарных соединений которых может иметь промышленное значение:

• ассоциации халькофильных элементов, обусловленные накоплением их на восстановительных или сероводородных барьерах, включающие U – Se – Mo – Pb – Zn – Re – Ag, причем, Mo, U, Se имеют наибольшие содержания (по отношению к фоновым);

• технологические ассоциации благородных металлов Au-Ag, платиноиды и платиноидные металлы (Pt – Pd – Ir – Os);

• некоторые ассоциации, например Ni – Cr – Co, возникшие, по-видимому, вследствие значительных массивов основных и ультраосновных пород в областях питания наблюдаются как в гравитационных, так и во флотационных концентратах. Из ассоциаций с повышенным содержанием Mo – Re – Ag – Hg – Pb – Zn – Sn в сланценосных толщах наибольшая степень обогащения (по отношению к их фоновым концентрациям) выявлена для Мо .

По вещественному составу руд, структурным особенностям черносланцевых блоков, исследуемые объекты ассоциируются с крупными большеобъемными золоторудными месторождениями, относящимися к черносланцевой формации: 1) рассеянное, тонковкрапСанкт-Петербург. 2016 ленное состояние благороднометалльной минерализации; 2) наличие в составе рудовмещающих пород углеродистого вещества; 3) присутствие в составе руды самородных металлов (молибден, свинец, цинк, висмут, а также золото и платиноиды) .

Полученные результаты предопределяют направления создания новых методов и технологий обогащения углеродистого сырья при комплексном освоении твердых полезных ископаемых в горно-промышленных и нефтепромысловых районах России .

Работа выполнена в рамках гранта Российского научного фона (РНФ) № 15-17-00017 .

ЛИТЕРАТУРА

1. Буряк В.А. Генезис, закономерности размещения и перспективы золото- и планиноносности черносланцевых толщ / В.А.Буряк, Б.К.Михайлов, Н.В.Цымбалюк // Руды и металлы. 2002. № 6. С.25-36 .

2. Графитовые сланцы как перспективный источник благородных металлов на Дальнем Востоке России / А.И.Ханчук, А.Н.Диденко, И.Ю. Рассказов, Н.В.Бердников, Т.Н.Александрова // Вестник ДВО РАН. 2010. № 3. С.3-12 .

3. Золото в «Черных сланцах» Урала / В.Н.Сазонов, В.А.Коротеев, В.Н.Огородников, Ю.А.Поленов, А.Я.Великанов // Литосфера. 2011. № 4. C.70-92 .

4. Конев Р.И. Наноминералогия золота. СПб: Дельта, 2006. 220 с .

5. Меретуков М.А. Золото и природное углеродистое вещество. М.: Издательский дом «Руда и Металлы», 2007. 112 с .

6. Пат. 2455237 РФ. Нанотехнологический способ извлечения рения из пород и руд черносланцевых формаций и продуктов их переработки / Г.А.Олейникова, Е.Г.Панова, В.И.Вялов, В.Л.Кудряшов, М.Н.Сербина, Я.Ю.Фадин .

Опубл. 06.12.2010 .

7. Олейникова Г.А. Геоинформационный ресурс анализа нанофракций горных пород / Г.А.Олейникова, Е.Г.Панова // Литосфера. 2011. № 1. С.83-93 .

8. Первые находки видимых платиноидов в черносланцевых толщах Буреинского массива (Хабаровский край и Еврейская АО) / А.И.Ханчук, Н.В.Бердников, А.А.Черепанов и др. // ДАН. 2009. Т.424. № 5. С.672-675 .

9. Редкоземельные металлы в диктионемовых сланцах и оболовых песчаниках Прибалтийского бассейна / В.И.Вялов, Е.Г.Панова, Е.В.Семенов и др. // Руды и металлы. 2014. № 1. С.30-35 .

10. Углеродсодержащие формации – новый крупный источник платиновых металлов XXI в. / Д.А.Додин, К.К.Золоев, В.А.Коротеев, Н.М.Чернышев. М.: Геоинформмарк, 2007. 125 с .

11. Углеродизация и геохимическая специализация графитовых пород северной части Ханкайского террейна, Приморье / А.И.Ханчук, Л.П.Плюснина, В.П.Молчанов, Е.И.Медведев // Геохимия. 2010. № 2. С.115-125 .

12. Khanchuk A.I. Natural and technological typomorphic associations of trace elements in carbonaceous rocks of the Kimkan noble metal occurrence, Far East / A.I.Khanchuk, I.Y.Rasskazov, T.N.Aleksandrova, V.S.Komarova // Russian Journal of Pacific Geology. 2012. Vol.6. N 5. P.339-348 .

13. Cances B. Metal ions speciation in a soil and its solution / B.Cances, M.Ponthieu, M.Casterc-Rouelle // Geoderma .

2003. N 113. P.341-355 .

REFERENCES

1. Burjak V.A., Mihajlov B.K., Cymbaljuk N.V. Genezis, zakonomernosti razmeshhenija i perspektivy zoloto- i platinonosnosti chernoslancevyh tolshh (Genesis, distributuion patterns and potentinal use of gold- and platiniferous ores in black shales). Rudy i metally. 2002. N 6, p.25-36 .

2. Hanchuk A.I., Didenko A.N., Rasskazov I.Ju., Berdnikov N.V., Aleksandrova T.N. Grafitovye slancy kak perspektivnyj istochnik blagorodnyh metallov na Dal'nem Vostoke Rossii (Graphitic schists as a promising source of precious metals in the Far East of Russia). Vestnik DVO RAN. 2010. N 3, p.3-12 .

3. Sazonov V.N., Koroteev V.A., Ogorodnikov V.N., Polenov Ju.A., Velikanov A.Ja. Zoloto v «Chernyh slancah» Urala (Gold ores in black shales in the Urals). Litosfera. 2011. N 4, p.70-92 .

4. Konev R.I. Nanomineralogija zolota (Nanomineralogy of gold). St Petersburg: Del'ta, 2006, p.220 .

5. Meretukov M.A. Zoloto i prirodnoe uglerodistoe veshhestvo (Gold and carboniferous rocks). Moscow: Izdatel'skij dom «Ruda i Metally», 2007, p.112 .

6. Pat.2455237 RF. Olejnikova G.A., Panova E.G., Vjalov V.I., Kudrjashov V.L., Serbina M.N., Fadin Ja.Ju .

Nanotehnologicheskij sposob izvlechenija renija iz porod i rud chernoslancevyh formacij i produktov ih pererabotki (Nanotehnology methods of rhenium extraction from rocks and ores of black shale formations and their products). Publ .

06.12.2010 .

7. Olejnikova G.A., Panova E.G. Geoinformacionnyj resurs analiza nanofrakcij gornyh porod (A geo-data resource for analysis of rocks nanofractions). Litosfera. 2011. N 1, p.83-93 .

8. Hanchuk A.I., Berdnikov N.V., Cherepanov A.A. et al. Pervye nahodki vidimyh platinoidov v chernoslancevyh tolshhah Bureinskogo massiva (Habarovskij kraj i Evrejskaja AO) (The first finds of visible platinum-group metals in black shales of the Bureya Massif (Khabarovsk territory and the Jewish Autonomous Region). DAN. 2009. Vol.424. N 5, p.672-675 .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217

9. Vjalov V.I., Panova E.G., Semenov E.V. et al. Redkozemel'nye metally v diktionemovyh slancah i obolovyh peschanikah Pribaltijskogo bassejna (Rare earth metals in dictyonema oil shales and obolus sandstones of the Baltic region) .

Rudy i metally. 2014. N 1, p.30-35 .

10. Dodin D.A., Zoloev K.K., Koroteev V.A., Chernyshev N.M. Uglerodsoderzhashhie formacii – novyj krupnyj istochnik platinovyh metallov XXI v (A carbonaceous formation is a new large source of platinum-group metals of the 21st century). Moscow: Geoinformmark, 2007, p.125 .

11. Hanchuk A.I., Pljusnina L.P., Molchanov V.P., Medvedev E.I. Uglerodizacija i geohimicheskaja specializacija grafitovyh porod severnoj chasti Hankajskogo terrejna, Primor'e (Carbonization and Geochemical Characteristics of Graphite-Bearing Rocks in the Northern Khanka Terrane, Primorie, Russian Far East). Geohimija. 2010. N 2, p.115-125 .

12. Khanchuk A.I., Rasskazov I.Y., Aleksandrova T.N., Komarova V.S. Natural and technological typomorphic associations of trace elements in carbonaceous rocks of the Kimkan noble metal occurrence, Far East. Russian Journal of Pacific Geology. 2012. Vol.6. N 5, p.339-348 .

13. Cances B., Ponthieu M., Casterc-Rouelle M. Metal ions speciation in a soil and its solution. Geoderma. 2003 .

N 113, p.341-355 .

TECHNOLOGICAL ASPECTS OF EXTRACTION OF PRECIOUS AND RARE METALS

FROM CARBONACEOUS ROCKS

T.N.ALEKSANDROVA, Dr. of Engineering Sciences, Professor, alexandrovat10@gmail.com National Mineral Resources University (Mining University), St Petersburg, Russia E.G.PANOVA, Dr. of Geological & Mineral Sciences, Professor, e.panova@spbu.ru Saint-Petersburg State University, Russia The results of mineralogical, geochemical and technological research of black shale rocks are given. It is proved that black shales are now regarded as a new promising and innovative source of precious and rare-metal raw materials. It is pointed out that 3 wt. % of black shales samples is colloid-salt fraction (nanofraction) with a particle size less than 1000 nm and it can be extracted with water under specially chosen conditions. The use of water instead of chemically active reagents guarantees the absence of dissolved mineral matrix and clearly shows the colloidal salt component in samples. The results determine the direction of creating some new methods and technologies of carbonaceous feed dressing for integrated development of solid minerals in the mining and oil producing regions of Russia .

Key words: black shales, carbonaceous material, precious metals, rare elements, flotation, nanofraction .

–  –  –

ЯВЛЕНИЕ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПЕРЕХОДА МЕТАСТАБИЛЬНЫХ

АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ В ЛАБИЛЬНУЮ ОБЛАСТЬ

И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

В.Н.БРИЧКИН, д-р техн. наук, профессор, kafmetall@mail.ru Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия А.КРАСЛАВСКИЙ, профессор, andrzej.kraslawski@lut.fi Лаппеенрантский технологический университет, Финляндия В статье теоретически обоснованы требования к активации синтетического гиббсита для обеспечения максимальной растворимости активированного продукта. Представлены методические основы термоактивации гиббсита и оценки ее эффективности по показателям разложения алюминатных растворов. Показано, что для получения высокопересыщенных алюминатных растворов активация должна обеспечивать получение реагента с высокоразвитой поверхностью и неидентичного структуре осаждаемого гиббсита. В результате высокоградиентной термоактивации синтетического гиббсита установлено образование продукта преимущественно аморфной структуры с удельной поверхностью до 256 м2/г и сохраняющего начальную крупность частиц. Продукты активации были исследованы с использованием современных методов физико-химического анализа. Результаты экспериментальных исследований подтвердили возможность растворения активированного продукта в алюминатных растворах метастабильного состава и их самопроизвольное разложение с образованием гидроксида алюминия высокой дисперсности. Показано, что существенное отличие в кинетике и показателях декомпозиции растворов связано с использованием затравочного материала различного гранулометрического состава, что обеспечивает развитие конкурирующих механизмов перекристаллизации затравки, гомогенного и гетерогенного зародышеобразования .

Ключевые слова: гиббсит, затравка, термоактивация, алюминатные растворы, пересыщение, механизм зародышеобразования, массовая кристаллизация .

Получение тонкодисперсных материалов путем химического осаждения является хорошо известным и широко применяемым способом. В значительном количестве случаев он основан на создании высоких пересыщений за счет нейтрализации растворов, образования малорастворимых соединений, кристаллизации солей в режиме высоких температурных градиентов и ряде других приемов [10]. В последнее время значительно увеличился спрос на оксид и гидроксид алюминия высокой дисперсности в связи с широким применением этих продуктов в производстве катализаторов, высокотемпературной керамики, антипиренов, абразивов, красителей, сорбентов и других изделий. Применительно к современной технологии производства глинозема наиболее очевидным является подход, связанный с нейтрализацией щелочных алюминатных растворов углекислым газом, вызывающей их гидролиз и осаждение дисперсного гидроксида алюминия [1, 7, 11]. Понятно, что масштабное использование этого технологического приема ограничено возможностями утилизации или повторного использования содовых растворов, которые технически проработаны только в рамках спекательных способов производства глинозема. Так как мировое производство глинозема базируется на переработке высококачественного бокситового сырья способом Байера, то представляет интерес возможность осаждения тонкодисперсного гидроксида алюминия при декомпозиции алюминатных растворов, что не вносит заметных изменений в существующую технологию .

Фундаментальная основа такого решения заключается в создании условий для самопроизвольного зародышеобразования в условиях высоких пересыщений алюминатного раствора, а также нарушении условий для послойного роста кристаллического осадка [2, 4, 6, 12, 13] .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 Как известно, все пересыщенные растворы по термодинамической способности к образованию устойчивого кристаллического зародыша разделяются на лабильную и метастабильную области. В первом случае центры кристаллизации возникают самопроизвольно, и их количество в заметной степени определяет свойства конечного продукта. При этом известное кинетическое описание скорости зародышеобразования имеет лишь качественное соответствие реальному процессу. Согласно теории Гиббса – Фольмера [9] скорость образования зародышей определяется уравнением k 3 M 2 C 2 R 2T 3ln 2 Cн I Ke, (1) где I = (dn/d)(Vк)–1, n – число зародышей; Vк – общий объем кристаллообразующей среды;

– время; – поверхностное натяжение; – плотность кристаллической фазы; M – молекулярный вес; T – температура кристаллообразующей среды; С, Сн – соответственно концентрации пересыщенного и равновесного раствора по кристаллизующемуся компоненту; R – универсальная газовая постоянная; K – константа скорости процесса; k – коэффициент пропорциональности .

В то же время это уравнение позволяет установить определяющее влияние поверхностного натяжения и относительного пресыщения системы на величину скорости зародышеобразования. При этом обязательным условием самопроизвольного начала такого процесса является создание пресыщения, обеспечивающего выход системы за пределы метастабильной области [9]. С учетом высокой вязкости алюминатных растворов и соответственно метастабильной устойчивости, их перевод в лабильную область представляет значительную задачу, которая в условиях производственного процесса не решается простым снижением температуры, так как в этом случае с ростом пресыщения растет и область метастабильной устойчивости [1]. Возможное решение этой проблемы связано с созданием условий, которые обеспечивают выход системы в лабильную область за счет использования доступных термодинамических и кинетических факторов, определяющих ее состояние и скорость соответствующих процессов .

Поскольку движущей силой процесса растворения является энергия гидратации ионов, изменение энергии Гиббса при химическом растворении идеальной кристаллической фазы макроразмера запишем в следующем виде [5]:

Gраств = – RTlnKp = Gгидр + Gкр – Gs, (2) где Gгидр – энергия Гиббса гидратации ионов (величина отрицательная, так как связана с понижением энергии системы за счет образования в растворе химических связей и ассоциатов); Gкр – изменение энергии Гиббса при разрушении кристаллической решетки (величина положительная, так как связана с разрывом связей в кристаллической решетке и увеличением энергии системы); Gs – изменение энергии Гиббса при возникновении поверхности раздела фаз (величина положительная, так как связана с совершением работы при образовании поверхности и в процессе растворения приводит к понижению энергии системы) .

При растворении частиц микроразмера с реальной кристаллической структурой изменение энергии Гиббса согласно уравнению (2) понизится на величину работы, связанной с увеличением энергии на границе раздела фаз согласно уравнению В.Оствальда и энергии образования дефектов:

G*раств = – RTlnK*p = Gраств – Gпов – Gдеф, (3) где Gпов и Gдеф – соответственно изменение энергии Гиббса при образовании частиц микроразмера и образовании дефектов кристаллической решетки (величины положительСанкт-Петербург. 2016 ные, так как связаны с совершением работы для образования дополнительной поверхности раздела фаз и в ходе деформации кристаллической структуры) .

Тогда процесс химического растворения реального кристаллического вещества или активированного каким-либо способом будет отличаться от процесса растворения идеального кристалла макроразмера на величину дополнительного изменения энергии Гиббса [5]:

Gдоп = G*раств – Gраств = – RTln(K*p /Kp). (4) Для процесса растворения алюминийсодержащей оксидной фазы, например гиббсита, его стехиометрия соответствует уравнению NaOH + Al(OH)3 = NaAl(OH)4, (5) что позволяет представить константу равновесия (при традиционном пересчете концентрации растворенных веществ на оксиды) и говорить о повышении растворимости алюминийсодержащей фазы в условиях реального процесса.

С учетом неизбежного следствия из уравнения (4) ((K*p /Kp) 1):

Al2O3 Kс, (6) CNa2O Al 2O3 где Kc – концентрационная константа равновесия уравнения (5); [Al2O3] – растворимость твердой фазы в пересчете на оксид алюминия; CNa2O – общая концентрация каустической щелочи в растворе .

Следовательно, использование в процессе растворения активированных материалов обеспечивает достижение более высоких значений равновесных концентраций кристаллизующегося компонента, но не позволяет ответить на вопрос о достижении предельных пересыщений с выходом за границу метастабильной устойчивости и начала самопроизвольного процесса кристаллизации. Из теории активации вытекает не только неизбежное повышение равновесных концентраций алюминатных растворов, но и интенсификация процесса растворения вследствие уменьшения энергии активации на величину Eдоп и соответствующего увеличения константы скорости реакции согласно уравнению Аррениуса. Тогда константа скорости реакции, при участии твердой фазы, содержащей дефекты или эквивалентные изменения [5], Eакт E доп / RT Eдоп / RT Eдоп / RT K * K0e K 0 e Eакт / RT e Ke, (7) где K, K* – соответственно константа скорости реакции при участии идеальной кристаллической фазы, реального (активированного) материала; K0 – постоянная уравнения Аррениуса;

Eакт – энергия активации для процесса с участием идеальной кристаллической фазы .

Уравнения (3), (4) и (7) содержат неизвестные величины, определить которые можно только в результате экспериментальных исследований, что позволяет перейти к количественной оценке эффективности активации и ее влияния на показатели химического растворения .

Дополнительная возможность получения пересыщенных растворов связана с переходом системы в термодинамически предпочтительное неравновесное состояние. Такая возможность, согласно второму постулату химической кинетики, определяется кинетической независимостью элементарных стадий взаимодействия и наиболее быстрым достижением состояния с минимумом производства теплоты диссипации [8]. Необходимым условием реализации этого подхода является кинетическое торможение процесса кристаллизации гидроксида алюминия, что позволяет сформулировать требования к продуктам активации с позиций их участия в осаждении Al(OH)3 по уравнению (5). Согласно теории гетерогенного зародышеобразования изменение энергии Гиббса, связанное с образованием новой фазы на поверхности исходного твердого материала (затравки) [5, 9], ________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 Gгет.обр = Gmax, Gгет.обр G max, (8) где Gmax – изменение энергии Гиббса при образовании устойчивого кристаллического зародыша по гомогенному механизму; – коэффициент, учитывающий поверхностное натяжение на границе раздела фаз «раствор – кристалл – твердая фаза (затравка)» .

Согласно М.Фольмеру, 0 1, в условиях полного соответствия структуры затравки осаждаемому соединению = 0, что обеспечивает возможность его кристаллизации при любых пересыщениях в пределах метастабильной области. При структурном несоответствии = 1 и работа образования кристаллического зародыша достигает максимума. Поэтому процесс осаждения возможен только при выходе за пределы метастабильной области. Таким образом, выбор материала и условий его дополнительной подготовки для получения высокопересыщенных алюминатных растворов должен обеспечивать получение активированного реагента с высокоразвитой поверхностью и неидентичного структуре осаждаемого гиббсита .

Для модифицирования кристаллической структуры синтетического гиббсита и увеличения его активности в отношении процесса растворения был выбран метод термической обработки, который предполагает получение оксида алюминия аморфной структуры с высокоразвитой поверхностью. Данный подход известен и применяется в сухом способе производства фтористого алюминия, а также для фторирования оксида алюминия отходящими газами электролизного производства. В основе этих процессов лежит образование метастабильных фаз Al2O3 при термическом разложении гидроксида алюминия [1]. Понятно, что высокая скорость нагрева и охлаждения твердой фазы должна способствовать получению продуктов со слабоокристаллизованной структурой. Таким образом, задачи экспериментального исследования включали установление условий активации продукционного гидроксида алюминия в ходе термообработки и определение закономерностей его изотермического взаимодействия с алюминатным раствором .

Получение активированного реагента выполнялось с использованием установки CEFLAR, которая представляет собой высокотемпературный реактор для непрерывной высокоградиентной термической обработки сыпучих материалов [14]. В качестве исходной пробы использовался продукционный гидроксид алюминия, полученный методом декомпозиции в производственных условиях. Далее пробы термоактивированного оксида алюминия были использованы в качестве затравочных материалов для разложения синтетических алюминатных растворов в однотипных условиях ведения процесса. Данный этап работы проводился с использованием реакторов параллельного синтеза Auto-Mate и Auto- 1 lab компании HEL, которые обеспечивали 2 поддержание требуемых технологических 3 параметров по скорости перемешивания, температуре и количеству растворителя в системе .

Исследование продуктов термоактивации синтетического гиббсита выполнялось с использованием метода рентгеновской ди- Гиббсит фрактометрии (XRD), дифференциальнотермического и термовесового анализа (TA), тепловой десорбции (BET), а также лазерноРис.1. Результаты рентгенодифрактометрического го микроанализа крупности частиц (PSD). анализа исходного гиббсита и продуктов его активации Согласно рентгеновской дифрактометрии при средней температуре процесса (рис.1), все активированные образцы содер- 1 – 630; 2 – 530; 3 – 435; 4 – 340 C ________________________________________________________________________________________________ 83 Санкт-Петербург. 2016 жат аморфную фазу, доля которой растет с повышением средней температуры термообработки от 340 до 630 C. При пониженных температурах фиксируется наличие частично дегидратированного гиббсита, а при повышенных – отмечается начало формирования новой кристаллической фазы -Al2O3. Эти выводы в значительной степени подтверждаются результатами термического анализа. По результатам лазерного микроанализа существенных изменений крупности материала при термообработке не происходит, а средний диаметр частиц исходного и конечного материала сохраняется на уровне 70 мкм. По данным анализа продуктов методом тепловой десорбции, удельная поверхность исходного гиббсита составляет 1,8 м2/г и в процессе термообработки возрастает до 256 м2/г (см. таблицу) .

Условия осуществления и показатели декомпозиции алюминатных растворов с использованием затравки термоактивированного гиббсита

–  –  –

Активность полученных материалов оценивалась по эффективности их влияния на показатели декомпозиции алюминатных растворов [4]. При этом сохранялись параметры процесса, принятые в лабораторной практике: постоянная температура 60 C; состав и концентрация алюминатных растворов, отвечающие заводским условиям разложения алюминатных растворов; начальная концентрация затравочной фазы в растворе – 100 г/л, постоянство гранулометрического состава затравки в диапазоне –40 +60 мкм. Результаты применения термоактивированных материалов в качестве затравки приведены на рис.2. Ход полученных кинетических кривых устанавливает существенные отличия от стандартного процесса, что проявляется в активном растворении введенной затравки на начальном этапе процесса и высокой скорости его завершения. Таким образом, установлено явление изотермического растворения активированного гиббсита в алюминатно-щелочных растворах метастабильного состава, которое создает условия для интенсивного развития проКонцентрация Al2O3, г/л

–  –  –

осадков – на рис.4. Средние медианные диаметры частиц осадка и степень разложения растворов для продолжительности процесса 24 ч приведены в таблице. Эти результаты подтверждают возможность получения осадков высокой дисперсности и однородности по гранулометрическому составу при разложении алюминатных растворов традиционного для заводских условий состава. При этом наблюдается незначительная дифференциация в показателях процесса в зависимости от условий термоактивации затравки, что создает условия для последующей оптимизации и получения продуктов с заданными характеристиками. Необходимо отметить, что достаточно близкие результаты по скорости разложения и крупности осадков получаются при использовании неоднородной по гранулометрическому составу затравки, что иллюстрирует ________________________________________________________________________________________________ 85 Санкт-Петербург. 2016 ход кинетической кривой контрольного опыта (рис.5) и соответствующая гранулометрическая характеристика (рис.6). Это указывает на существенный вклад в процесс формирования кристаллического осадка механизма, основанного на перекристаллизации затравочного материала, что имеет подчиненное значение при использовании узких фракций затравки [3] .

Выводы

1. Теоретически обоснованы требования к реагенту и условиям его активации, обеспечивающим перевод алюминатных растворов за пределы области метастабильной устойчивости .

2. Экспериментально установлено, что высокоградиентная термическая обработка гиббсита в интервале температур от 340 до 630 C вызывает закономерные изменения фазового и химического состава, а также многократный рост удельной поверхности продуктов термообработки без существенных изменений гранулометрического состава продуктов, при этом количество аморфной фазы возрастает в указанном диапазоне примерно с 70 и почти до 100 % .

3. Установлено явление изотермического растворения термоактивированного гиббсита в метастабильных алюминатно-щелочных растворах промышленного состава с увеличением их концентрации относительно начального уровня более чем на 30 г/л .

4. Показано, что применение термоактивированного гиббсита в качестве затравки, приводит к резкому увеличению скорости процесса декомпозиции, которая сопровождается образованием осадка гидроксида алюминия высокой дисперсности .

Работа проведена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (Государственный контракт № 14.577.21.0127 от 20 октября 2014 г.) .

Уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта) RFMEFI57714X0127 .

ЛИТЕРАТУРА

1. Абрамов В.Я. Физико-химические основы комплексной переработки алюминиевого сырья (щелочные способы) / В.Я.Абрамов, И.В.Николаев, Г.Д.Стельмакова. М.: Металлургия, 1985. 288 c .

2. Бричкин В.Н. Количественное влияние затравки на показатели массовой кристаллизации химических осадков / В.Н.Бричкин, Д.А.Кремчеева, В.А.Матвеев // Записки Горного института. 2015. Т.211. С.64-70 .

3. Бричкин В.Н. Механизм и кинетика перекристаллизации гидроксида алюминия / В.Н.Бричкин, А.В.Цыбизов // Цветная металлургия. 2006. № 1. С.13-17 .

4. Влияние степени метастабильности растворов на кинетику массовой кристаллизации / В.Н.Бричкин, Н.А.Новиков, В.В.Радько, В.В.Васильев // Записки Горного института. 2011. Т.192. С.39-42 .

5. Зеликман А.И. Теория гидрометаллургических процессов / А.И.Зеликман, Г.М.Вольдман, Л.В.Беляевская .

М.: Металлургия, 1983. 424 с .

6. О направлениях стабилизации гранулометрического состава металлургического глинозема / В.Н.Бричкин, В.В.Васильев, Е.Е.Гордюшенков, Е.А.Алексеева // Записки Горного института. 2013. Т.202. С.88-91 .

7. Сизякова Е.В. Осаждение высокодисперсного гидроксида алюминия из растворов глиноземного производства / Е.В.Сизякова, В.Н.Бричкин, В.М.Сизяков // Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья и синтеза на его основе функциональных материалов. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН,

2008. Ч.1. С.168-171 .

8. Трейвус Е.Б. Кинетика роста и растворения кристаллов. Л.: Изд-во ЛГУ, 1979. 248 с .

9. Хамский Е.В. Кристаллизация из растворов. Л.: Наука, 1967. 151 с .

10. Louhi-Kultanen M. Case-based reasoning for crystallizer selection using rough sets and fuzzy sets analysis / M.Louhi-Kultanen, A.Kraslawski, Y.Avramenko // Chemical Engineering and Processing. 2009. Vol.48. P.1193-1198 .

11. Sizyakov V.M. Technological Factors of Carbonization of Aluminate Solutions / V.M.Siziakov, V.N.Brichkin // Non-ferrous metals. 2006. N 2. P.34-37 .

12. Sweegers C. Morphology, evolution and other characteristics of gibbsite crystals grown from pure and impure aqueous sodium aluminate solutions / C.Sweegers, H.C. de Coninck, H.Meekes, W.J.P. van Enckevort, I.D.K.Hiralal, A.Rijkeboer // Journal of Crystal Growth. 2001. Vol.233. P.567-582 .

13. Freij Sawsan J. Surface morphology and crystal growth mechanism of gibbsite in industrial Bayer liquors // Sawsan J. Freij, Gordon M. Parkinson // Hydrometallurgy. 2005. Vol.78. P.246-255 .

14. Pinakov V.I. TseflarTM – the centrifugal flash reactor for rapid thermal treatment of powdered materials / V.I.Pinakov, O.I.Stoyanovsky, A.A.Pikarevsky, B.E.Grinberg et al. // Chemical Engineering Journal. 2005. Vol.107. N 1-3. Р.157-161 .

________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217

REFERENCES

1. Abramov V.Ya., Nikolaev I.V., Stel'makova G.D. Fiziko-khimicheskie osnovy kompleksnoi pererabotki alyuminievogo syr'ya (shchelochnye sposoby) (Physical and chemical bases of complex processing of primary aluminum (alkaline ways)). Мoscow: Metallurgiya, 1985, p.288 .

2. Brichkin V.N., Kremcheeva D.A., Matveev V.A. Kolichestvennoe vliyanie zatravki na pokazateli massovoi kristallizatsii khimicheskikh osadkov (Quantitative effect of seeding on mass crystallization performance of chemical precipitation) .

Zapiski Gornogo instituta. 2015. Vol.211, p.64-70 .

3. Brichkin V.N., Tsybizov A.V. Mekhanizm i kinetika perekristallizatsii gidroksida alyuminiya (The mechanism and kinetics of aluminium hydroxide crystallization). Tsvetnaya metallurgiya. 2006. N 1, p.13-17 .

4. Brichkin V.N., Novikov N.A., Rad'ko V.V., Vasil'ev V.V. Vliyanie stepeni metastabil'nosti rastvorov na kinetiku massovoi kristallizatsii (Influence of solutions metastability degree on the kinetics of the mass crystallization). Zapiski Gornogo instituta. 2011. Vol.192, p.39-42 .

5. Zelikman A.I., Vol'dman G.M., Belyaevskaya L.V. Teoriya gidrometallurgicheskikh protsessov (Theory of hydrometallurgical processes). Мoscow: Metallurgiya, 1983, p.424 .

6. Brichkin V.N., Vasil'ev V.V., Gordyushenkov E.E., Alekseeva E.A. O napravleniyakh stabilizatsii granulometricheskogo sostava metallurgicheskogo glinozema (On stabilization ways for the metallurgical alumina grain composition) .

Zapiski Gornogo instituta. 2013. Vol.202, p.88-91 .

7. Sizyakova E.V., Brichkin V.N., Sizyakov V.M. Osazhdenie vysokodispersnogo gidroksida alyuminiya iz rastvorov glinozemnogo proizvodstva (Deposition of fine aluminum hydroxide from solutions of alumina production). Nauchnye osnovy khimii i tekhnologii pererabotki kompleksnogo syr'ya i sinteza na ego osnove funktsional'nykh materialov. Apatity: Izdvo Kol'skogo nauchnogo tsentra RAN, 2008. Iss.1, p.168-171 .

8. Treivus E.B. Kinetika rosta i rastvoreniya kristallov (The kinetics of crystal growth and dissolution). Leningrad: Izdvo LGU, 1979, p.248 .

9. Khamskii E.V. Kristallizatsiya iz rastvorov (Crystallization from solutions). Leningrad: Nauka, 1967, p.151 .

10. Louhi-Kultanen M., Kraslawski A., Avramenko Y. Case-based reasoning for crystallizer selection using rough sets and fuzzy sets analysis. Chemical Engineering and Processing. 2009. Vol.48, p.1193-1198 .

11. Sizyakov V.M., Brichkin V.N. Technological Factors of Carbonization of Aluminate Solutions. Non-ferrous metals .

2006. N 2, p.34-37 .

12. Sweegers C., de Coninck H.C., Meekes H., van Enckevort W.J.P., Hiralal I.D.K., Rijkeboer A. Morphology, evolution and other characteristics of gibbsite crystals grown from pure and impure aqueous sodium aluminate solutions. Journal of Crystal Growth. 2001. Vol.233, p.567-582 .

13. Freij Sawsan J., Parkinson Gordon M. Surface morphology and crystal growth mechanism of gibbsite in industrial Bayer liquors. Hydrometallurgy. 2005. Vol.78, p.246-255 .

14. Pinakov V.I., Stoyanovsky O.I., Pikarevsky A.A., Grinberg B.E. et al. TseflarTM – the centrifugal flash reactor for rapid thermal treatment of powdered materials. Chemical Engineering Journal. 2005. Vol.107. N 1-3, р.157-161 .

THE PHENOMENON OF ISOTHERMAL TRANSITION OF METASTABLE

ALUMINATE SOLUTIONS INTO THE LABILE AREA AND PROSPECTS OF ITS

INDUSTRIAL USE

V.N.BRICHKIN, Dr. of Engineering Sciences, Professor, email: kafmetall@mail.ru National Mineral Resources University (Mining University), St Petersburg, Russia A.KRASLAWSKI, Professor, andrzej.kraslawski@lut.fi Lappeenranta University of Technology, Finland The paper presents theoretically based requirements for the activation of synthetic gibbsite for maximum solubility of the activated product. The article describes the methodological foundations of gibbsite thermal activation and its effectiveness evaluation in terms of aluminate solutions decomposition. It is shown that to obtain high-saturation aluminate solutions, activation should provide generation of the reagent with highly-developed surface area, which is not identical to the structure of the deposited gibbsite .

As a result of high-gradient thermal activation of synthetic gibbsite, it has been found that the targeted product develops predominantly an amorphous structure with a specific surface area up to 256 m2 / g, preserving its primary particle size. Activation products were investigated using modern methods of physical and chemical analysis. The experimental results confirmed the possibility of the activated product dissolution in the aluminate solution with a metastable compound and their spontaneous decomposition with aluminum hydroxide formation, characterized by high dispersion ability. It is shown, that a significant difference in kinetics and decomposition rates of solutions is connected with the use of a seed material with different particle size composition, which leads to the development of competing mechanisms, resulting in seed recrystallization, homogeneous and heterogeneous nucleation .

Key words: gibbsite, seed, thermal activation, aluminate solution, supersaturation, nucleation mechanism, mass crystallization .

________________________________________________________________________________________________ 87 Санкт-Петербург. 2016 УДК 662.8.05

ИССЛЕДОВАНИЕ СЫРЬЯ И ПРОДУКТОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ

ПЕРЕРАБОТКИ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ

Н.К.КОНДРАШЕВА, д-р техн. наук, профессор, natalia_kondrasheva@mail.ru С.Н.САЛТЫКОВА, канд.техн.наук, доцент, ssn_58@ mail.ru Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург, Россия Запасы горючих сланцев России в эквиваленте сланцевой смолы и газа больше запасов нефти и природного газа. Образование большого количества золы является главной проблемой при решении задач переработки и использования горючих сланцев. Данная проблема получает совершенно иное освещение, если минеральную часть сланцев рассматривать как комплексное органоминеральное сырье, в котором минеральное вещество сланцев является таким же сырьем, как и органическое. С этой целью требуется детальное изучение физико-химических свойств горючих сланцев и поведения органической и минеральной части сланцев при термической обработке .

Статья посвящена изучению фазового состава горючих сланцев Ленинградского месторождения и его изменениям при пиролизе. Рассмотрены выход газовой фазы, материальный баланс процесса пиролиза горючих сланцев в атмосфере азота при температуре 200-1000 С, изменения пористости горючего сланца в атмосферах азота и воздуха при 25-900 °С. Определено, что основными минералами горючих сланцев являются: кальцит– 28 %, кварц – 25 %, иллит – 17 % и микроклин – 11 %. Установлено, что изменение пористости происходит в четыре этапа: I этап – 25-200 °С; II – 200-400 °С; III – 400-600 °С;

IV – 600–900 °С. Составлен материальный баланс процесса пиролиза горючего сланца в трубчатой печи ПТК-1,2-40 в атмосфере азота при температурах опыта 200, 400, 600, 800 и 1000 °С .

Ключевые слова: горючий сланец, брикеты, прочностные характеристики, компонентный состав, пиролиз В последнее десятилетие резко возрос интерес к переработке сланцев и их отходам [2] .

Горючие сланцы представляют собой комплексное низкосортное сырье, содержащее до 50 % минеральной части. Продукты, получаемые при переработке горючего сланца, – сланцевая смола, генераторный газ, полукокс, кокс, фенольная вода, твердозольный остаток. Сланцевая смола также подвергается термической переработке с получением топочного масла, бензина, печного топлива, масла для пропитки древесины, битумов и электродного кокса и сланцевого мазута [3]. Генераторный газ можно использовать в качестве газообразного топлива .

В составе твердозольного остатка имеются свободные оксиды СаО и MgO, а также гидратирующиеся силикаты, алюминаты и ферриты кальция. Например, зола ленинградских сланцев Прибалтийского бассейна содержит около 36 % СаО, из них до 20 % приходится на долю свободного оксида. Основным компонентом сланцевой золы является шлаковое стекло SiO2. Сочетание алюминатного шлакового стекла, переменного количества свободной извести и ангидрида железа позволяют рассматривать сланцевую золу как естественное сульфатно-шлаковое вяжущее, которое можно использовать в производстве стройматериалов – цементов, в строительстве дорог и сельском хозяйстве для нейтрализации кислотных почв. Для оценки возможности использования продуктов переработки горючих сланцев необходимо детальное изучение процессов, происходящих с горючим сланцем во время термообработки [3, 5] .

Методика эксперимента. Объектом исследования выбран горючий сланец Прибалтийского бассейна Ленинградского месторождения, предоставленный ОАО «Завод Сланцы». Сланцевую мелочь классифицировали на гранулометрическом классификаторе AS Control. Брикеты изготавливали на лабораторном гидравлическом прессе ПВЛ из сланца ________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217 фракции 2 мм – 125 мкм и 125 мкм при давлении 10 и 15 МПа [1]. Воздействие температуры на физико-химические превращения сланцевых брикетов изучали в трубчатых печах ПТ-1,2-40 с неконтролируемой атмосферой и ПТК-1,2-40 с контролируемой (азотной) атмосферой (температура 400, 600, 800 и 1000 °С) [6]. Масса образца 3 г, время выдержки при заданных температурах 50 мин. Изменение массы горючего сланца при термической обработке исследовали в комплексной калориметрической лаборатории «Setaram Instrumentation» в интервале температур 25-950 °С при скорости нагрева навески 18 °С/мин. Выход летучих компонентов и мелкой пыли при термической обработке в трубчатой печи ПТК-1,2-40 с контролируемой (азотной) атмосферой (температура 400, 600, 800, 950 °С) осуществляли путем пропускания отходящих газов через водный раствор. Изменение состава раствора после улавливания компонентов контролировали при помощи стандартного рН-метра .

В ходе исследований изучали фазовый состав горючих сланцев, материальный баланс процесса пиролиза горючих сланцев в трубчатой печи ПТК-1,2-40 в атмосфере азота при температурах 200, 400, 600, 800 и 1000 °С, изменения пористости горючего сланца при пиролизе в атмосферах азота и воздуха (25-900 °С), выход летучих веществ из полупродуктов пиролиза в интервале температур 25-1000 °С. В качестве полупродуктов процесса пиролиза горючих сланцев подразумеваются вещества, полученные при температурах 200, 400, 600, 800 и 1000 °С в атмосфере азота .

Фазовый состав горючих сланцев изучали на рентгеновском дифрактометре ДРОН-6, оснащенном рентгеновской трубкой с кобальтовым анодом и вторичным графитовым монохроматором [7]. Дифрактограммы проб обрабатывали при помощи программного пакета PDWin-4 и международной картотеки JCPDS. Количественное определение фаз проводили методом Ритвельда. Изучение изменения пористости горючих сланцев при пиролизе в атмосфере азота и воздуха (в температурном интервале 25-900 °С) осуществлялось пикнометрическим методом, измельчение элементного и компонентного составов минеральной части горючего сланца – на энергодисперсионном рентгенофлуоресцентном спектрометре Epsilon-3 PANalitical, полуколичественный анализ проводили с помощью программы Omnian. Химический состав воды определяли на энергодисперсионном рентгенофлуоресцентном спектрометре Epsilon-3 PANalitical. Влажность образца определяли в сушильном шкафу SNOL 420-300 LFNE по ГОСТ 11014–2001 «Угли бурые, каменные, антрацит и горючие сланцы. Ускоренные методы определения влаги». Зольность горючих сланцев определяли после термической обработки в печи ПМ-1,0-7 по ГОСТ 11022–95 «Топливо твердое минеральное. Определение зольности». В ходе исследований были изучены физические свойства горючих сланцев (влажность, зольность, действительная и кажущаяся плотность, пористость); компонентный состав минеральной части горючего сланца; установлено изменение массы горючего сланца при термической обработке в интервале температур 50-1000 С, зависимость пористости горючего сланца от температуры .

Результаты исследования. Результаты экспериментального определения физических свойств горючих сланцев представлены в табл.1 .

Компонентный состав минеральной части горючего сланца Ленинградского месторождения следующий:

–  –  –

Результаты экспериментальных исследований по определению потери массы сланца при термическом воздействии в интервале температур 50-1000 С приведены на рис.1. Установлено, что изменение массы сланца происходит в пять этапов. Температурному интервалу 50-370 С соответствует выделение газообразных веществ, в основном диоксида углерода и сероводорода. При 270-290 С начинается активное выделение так называемой пирогенной воды. При 370-500 С появляется смола. Часть сланца, оставшаяся до сих пор твердой, при температуре 350-380 С переходит в полужидкое состояние. При дальнейшем нагревании (выше 550 С) выделяется небольшое количество газа, так как запасы водорода и кислорода в полукоксе невелики .

Смола почти не выделяется. На участке III выход газовой фазы незначительный. Далее в температурном интервале 700-800 С наблюдается активное разложение доломита (CaMg(CO3)2), содержание которого в минеральной части сланца может достигать 50 % .

Результаты исследования изменения пористости горючего сланца от температуры иллюстрирует рис.2. Видно, что изменение пористости горючего сланца в атмосфере азота и воздуха происходит в четыре этапа. На первом этапе (25-200 °С) пористость увеличивается за счет выделения воды, углекислого газа и сероводорода, на втором этапе (200-400 С) пористость уменьшается. Это связано с битумизацией горючего сланца. На третьем и четвертом участках (400-600 и 600-900 С) происходит увеличение пористости, связанное с реакциями процесса полукоксования и разложением карбонатных минералов .

Уменьшение рН объясняется тем, что при нагреве горючих сланцев до 200-300 °С происходит выделение СО, СО2, H2S, SO2. При дальнейшем нагреве сланца до 400-500 °С, когда начинается активное испарение смолы, содержащей до 25 % фенолов, активно выделяются СО,

–  –  –

Рис.1. Изменение массы горючего сланца от температуры ________________________________________________________________________________________________

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.217

–  –  –

Органическое вещество 41 _________________________________________________________________________________________________



Pages:   || 2 |


Похожие работы:

«Список награжденных на 18.06.2018 ОРДЕНА Лазаренко Виктор Орден Дружбы Анатольевич Сычов Михаил Дмитриевич За службу Родине в Вооруженных силах МЕДАЛИ Вялых Лариса Ивановна медаль Федеральной службы государственной статистики "За заслуги в проведении Всероссийской переписи населения" Горшу...»

«AMW 831 AMW 834 Gebrauchsanweisung Brugsanvisning Instructions for use Bruksanvisning Mode d’emploi Kyttohje Gebruiksaanwijzing Manual de utilizao Istruzioni per l’uso Instrucciones p...»

«Октябрь 2017 Лист данных на порошковый лакокрасочный материал PrimaTek Industrial Coatings 188350, Ленинградская обл., г. Гатчина, Промзона 1 ул. Железнодорожная, д . 45 +7 (812) 960-03-62 primatek.ru СЕРИЯ 59 полиэфирная гладкая матовая Тип и компонентный состав Термореактивный порошковый ЛКМ, состоящий из:...»

«1 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (Н И У "БелГУ") СОЦИАЛЬНО-ТЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА СОЦИАЛЬНОЙ РАБОТЫ ИНФОРМАЦИОННОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ СЕМЕЙНО-ДЕМ...»

«Пояснительная записка Рабочая программа составлена на основе Федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования по искусству, Примерной программы основного общего образования по музыке (Сборник...»

«Муниципальное бюджетное дошкольное образовательное учреждение детский сад № 4 "Чиполлино" муниципального образования г. Саяногорск Рабочая программа коррекционно-развивающей направленности для детей 5-6 лет с нарушением речи (с общим недоразвитием речи) Содержание Целевой раздел 1. 3 Пояснительная записка 3...»

«ПЕДАГОГИКА ИСКУССТВА ЭЛЕКТРОННЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ УЧРЕЖДЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ ОБРАЗОВАНИЯ "ИНСТИТУТ ХУДОЖЕСТВЕННОГО ОБРАЗОВАНИЯ" http://www.art-education.ru/AE-magazine/ №2, 2012 педагогика искусства Кашекова Ирина Эмильевна, докт...»

«Дополнительная общеразвивающая программа "РУКОДЕЛИЕ" (бисероплетение, вышивка, вязание) срок реализации программы: 1 год возраст обучающихся 8 11 лет Составитель: Лугинова Сардана Гаврильевна, педагог дополнительного образования Разработана 2017г. Утверждена 2017г. Якутск, 2017 г. Дан...»

«Том 7, №3 (май июнь 2015) Интернет-журнал "НАУКОВЕДЕНИЕ" publishing@naukovedenie.ru http://naukovedenie.ru Интернет-журнал "Науковедение" ISSN 2223-5167 http://naukovedenie.ru/ Том 7, №3 (2015) http...»

«Детская нагота в советском кино Download: детская нагота в советском кино Тем не менее, во многих американских городах её запретили — виной тому стала используемая в фильме расистская риторика. Роли уродцев сыграли артисты из известных бродячих цирков США. Если эксперты найдут в фильме вышеуказанные элементы, "Жизнь Адель" попадёт в чёрный...»

«Региональный опыт по отказу от бумажного журнала и полному переходу на электронную форму учёта успеваемости и посещаемости О проекте Одним из самых приоритетных направлений в сфере образования является переход школ на электронную форму учёта успеваемости и посещаемости (ЭЖ). Для изучени...»

«Сценарий спортивного праздника Старты для всех Цель: Формирование мотивации к здоровому образу жизни, совершенствование системы по укреплению здоровья детей, родителей и учителей, в рамках школьных спортивно-массовых мероприятий.Задачи: 1. Укрепление здоровья детей, родителей и у...»

«Г.М.Романцев, Г.И.Радченко, Н.П.Птрова ГУМАНИЗАЦИЯ КАК 0Д№і ИЗ ОШОВНЫХ в АКТОРОВ В ОРГАНИЗАЦИИ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УЧЕНЮГО ЗАВЕДЕНИЯ СЕЯЬСКОХОЗЯЙСТЕЁННОГО ПРОФИЛЯ Г осударстве"^ программой реформирования и развития системы образовг м я Российской Федерации в условиях социал^но-вкономических...»

«1. Тема Ресурс тьюторского сопровождения проектной деятельности педагогов в рамках реализации федерального государственного образовательного стандарта в современной дошкольной образовательной организации.1.1. Обоснование проекта. Актуальность для развития системы образования, соответствие...»

«РАССМОТРЕНО: УТВЕРЖДЕНО: Директор ГБПОУ НСО "БПК" Педагогическим советом ГБПОУ НСО "БПК" Т.В.Чуркина Протокол от _ № _ приказ от № ПОЛОЖЕНИЕ О ПРИСВОЕНИИ КВАЛИФИКАЦИИ ДОЛЖНОСТЕЙ РАБОЧИХ И СЛУЖАЩИХ, Р...»

«disk_karaoke_4000_pesen.zip используя представленные на диске караоке-функции: бэк-вокал и голос солиста, которым Вы можете управлять по желанию. фирмой LG был выпущен новый диск в формате DVD-караоке в...»

«Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение гимназия №1 (Из опыта работы учителей русского языка и литературы) Февраль 2014 г. Причастие. Повторение и обобщение изученного. урок русского языка в 7 классе Черникова О.В. учитель русского языка и литературы Цели урока: систематизация знаний учащихся по теме Пр...»

«ОГЛАВЛЕНИЕ ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. I. ЦЕЛЕВОЙ РАЗДЕЛ. 1.1. Пояснительная записка. 1.2. Психолого-педагогическая характеристика слепых и слабовидящих детей с умственной отсталостью (интеллектуальными нарушениями). 1.3. Особые образовательн...»

«Содержание № Тема Содержание Пояснительная записка Цели и задачи реализации образовательной области "Музыка" Интеграция образовательной области музыка с другими образовательными областями Возрастные особенности детей...»

«Фтизиатрия и пульмонология № 2 (5), 2012 www.ftiziopulmo.ru ХАРАКТЕРИСТИКА ОСЛОЖНЕНИЙ ПОСЛЕ ИММУНИЗАЦИИ БЦЖ В ПЕРМСКОМ КРАЕ Шурыгин А.А., Бармина Н.А. ГБОУ ВПО ПГМА им. ак. Е.А. Вагнера Минздравсоцразвития России, ГУЗ КПКД №1 "Фтизиопульмонология" г. Пермь. THE CHARACTERISTIC O...»

«УДК: 301.085: 35 (47+57) Кошкина Светлана Геннадьевна РОССИЙСКАЯ СОЦИОЛОГИЯ В ПОИСКАХ КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ ОСНОВ НАУКИ УПРАВЛЕНИЯ Специальность 22.00.04 – социальная структура, социальные институты и процессы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание у...»

«Речка Л.Н. – к методическому объединению, 2018г. Развитие творческих способностей у детей дошкольного возраста посредством пластилинографии Одно из требований федерального государственного образовательного станд...»







 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.