43. Многолетнемерзлые породы, состав, строение и условия залегания:

Многолетнемерзлыми называются породы, которые в течение длительного времени имеют отрицательную температуру. Породы с отрицательной температурой, но безо льда (сухие пески, гравий и галечник), не относятся к типично мерзлым, так как их свойства при отрицательных температурах не изменяются.

В мерзлых породах присутствует лед, который может находиться как породообразующая часть в виде цемента, в виде отдельных кристаллов и скоплений. Важной особенностью строения толщ мерзлых пород являются часто встречающиеся талики.

Наличие льда и отрицательная температура определяют прочность, воднофизические, фильтрационные, теплофизические, электрические и другие свойства пород в области распространения многолетней мерзлоты.

Особенно чувствительны к изменению температуры и количества льда песчано-глинистые породы. В них лед содержится в количестве нередко значительно превышающем их полную влагоемкость. При оттаивании вода, содержащаяся в породе в избытке, нередко разжижает породу, приводя ее в текучее состояние. Снижение прочности пород вызывает просадки, плывунные явления, набухание и другие явления. Образование же льда при промерзании вызывает криогенное пучение, расслоение, растрескивание пород и пр.

При низких температурах мерзлые песчано-глинистые породы имеют, как правило, более значительную прочность, чем одноименные немерзлые породы.

Скальные и полускальные породы в откосах карьеров и стенках подземных выработок при больших геотермических градиентах подвергаются интенсивному выветриванию, растрескиванию и осыпанию.

В районах с многолетнемерзлыми породами проведение горных работ имеет специфику, связанную с инженерно-геологическими особенностями. По основным процессам теплообмена, определяющим криогенные свойства пород в пределах области с многолетнемерзлыми породами, выделяются две геокриологические зоны.

Северная зона характеризуется преобладающим распространением и пониженными температурами пород на водоразделах. В понижениях рельефа породы приобретают повышенные температуры, распространены талики. На равнинах, в районах с максимальными геокриологическими показателями толща многолетнемерзлых пород достигает наибольшей сплошности и мощности (до 600 м), самой низкой температуры (минус 12⁰С), высокой льдистости, встречаются крупные (до 50 м по мощности) залежи подземного льда.

В южной зоне, за исключением высокогорных районов, мерзлая толща преобладает в депрессиях рельефа, нередко в виде островов. Талики приурочены к возвышенностям. Зональная температура, как правило, выше – 3⁰С, нередко 0⁰. Мощность менее 100 м. редкие залежи льда незначительны по мощности.

Основные виды геокриологических обстановок, влияющих на инженерно-

геологические условия месторождений.

Распространение толщи многолетнемерзлых пород оценивается следующим образом:

• островное – площадь разрозненных участков с многолетнемерзлыми породами составляет менее 50 % площади месторождения;

• прерывистое – площадь с многолетнемерзлыми породами составляет более 50 %;

• сплошное – толща многолетнемерзлых пород в пределах месторождения не имеет таликов.

Геокриологическая обстановка 1 вида, как правило, упрощает инженерно-геологические условия всех категорий. При разработке месторождений обязательно меняется температурный режим и распространение толщи многолетнемерзлых пород. Однако это сопровождается незначительным изменением прочностных свойств пород.

Геокриологическая обстановка 2 вида преимущественно усложняет инженерно-геологические условия в связи с изменением физико- механических свойств пород и гидрогеологических условий при горных работах.

Геокриологическая обстановка 3 вида оказывает неоднозначное влияние на инженерно-геологические условия. Сплошное распространение, значительная мощность (разновидность 3–А) упрощают инженерно-геологические условия. Льдистые массивы пород и крупные залежи льда (разновидность 3–Б) существенно осложняет инженерно-геологические условия. Даже незначительное по времени изменение температурной обстановки вызывает вытаивание льда, сложные деформации пород и поступление талых вод в выработки.

При изучении инженерно-геологических условий в зоне многолетнемерзлых пород тщательно изучается геолого-структурная обстановка:

1. порядок напластования горных пород в разрезе мерзлой толщи, мощность отдельных слоев, их распространение по площади, приуроченность к определенным геологическим структурам и элементам рельефа;

2. генезис пород, их состав и стратиграфическая принадлежность для каждого слоя;

3. наличие мономинеральных скоплений льда, их генезис, форма, условия залегания, распространение по площади, текстурные особенности льда;

4. первичные текстурные особенности пород, а также трещиноватость, кавернозность, сложение и т.д.;

5. криогенная текстура пород по слоям и их объемная льдистость;

6. тип промерзания (эпигенетический или сингенетический) различных генетических разновидностей рыхлых четвертичных пород.

Температурный режим многолетнемерзлых пород изменяется как по площади, так и в разрезе. При изучении температурного режима горных пород необходимо установить: среднегодовую температуру пород у подошвы слоя годовых колебаний t_ср; распределение температур ниже слоя годовых колебаний; распределение температур ниже подошвы мерзлой толщи.

Среднегодовая температура у подошвы слоя годовых колебаний устанавливается при изучении сезонного оттаивания и промерзания расчетными способами, по данным ее измерений в горных выработках. При наличии режимных наблюдений t_ср устанавливается на основании анализа кривых распределения температур по глубине или термоизоплет. Для данного горизонта постоянной в году считается та температура, колебания которой не превышают точности ее измерения (0,1–0,2⁰С).