На примере Кангаласского буроугольного месторождения проведены расчеты прогноза температурного режима массива многолетнемерзлых горных пород до и после взрывной отбойки. Показано, что на формирование температурного поля во взорванном массиве горных пород оказывает влияние дата (температурно-климатический период, сезон) проведения взрывных работ. Полученные результаты свидетельствуют о том, что схемы отработки взорванного массива драглайном могут отличаться в различные периоды года.
On the example of lignite deposit Kangalassky conducted calculations forecast temperature array permafrost rocks before and after blasting. It is shown that the formation of the temperature field in the exploded rock mass influenced date (temperature and climatic period, season) blasting. The results indicate that the scheme mining dragline exploded array may vary at different times of the year.

Обоснована необходимость предварительной оценки интенсивности тепловых процессов происходящих в мерзлых грунтах с включениями погребенных льдов при проектировании сооружений поверхностного комплекса карьеров криолитозоны. Подчеркивается, что особое внимание должно быть уделено объектам которые могут оказывать негативное растепляюшее воздействие на мерзлые грунты, в частности, прудам-отстойникам, предназначенным для очистки карьерных и по- дотвальных вод. Рассмотрен конкретный пример проектируемого пруда - отстойника полузаглубленного типа, с ограждающими дамбами, с использованием в качестве противофильтрационного элемента геомембраны. В основание сооружения погребенные льды занимают почти всю площадь второй секции и часть плошали первой секции пруда- отстойника. В целях оценки возможности строительства таких сооружений на площадках сложенных высокольдистыми грунтами, а так же выбора рациональных режимов их эксплуатации разработана специальная математическая модель. Проведены многовариантные численные эксперименты. Расчеты показывают отсутствие воды в пруде - отстойнике в летний период может привести к оттайке погребённых льдов. При наполнении пруда-отстойника водой на 1,0 м и выше, в течение летнего периода оттайки погребённых льдов не происходит. Разработаны требования по рациональной эксплуатации прудов-отстойников, соблюдение которых обеспечивает долговременную устойчивость и безаварийное функционирование очистного комплекса в летний период в условиях криолитозоны.
Intensity of thermal processes occurred in frozen grounds with inclusions of buried ice preliminary estimation necessity substantiated at projecting cryolitezone opencast surface complex constructions. It is accentuated, that special attention should be devoted to objects, which can render negative thawing effect to frozen grounds, particularly settling ponds, assigned to opencast and under dump waters cleaning. Projected half buried settling pond with protective dam specific example was considered, with using geomembrane as antifiltering element. Buried ice in structure base occupies almost whole area of second section and part of first section area of settling pond. In order to estimate possibility and following construction of such structures on areas, consisting of highly icy grounds, and also its rational exploitation regimes special mathematical model was developed. Multiversion numerical experiments were held. Calculations show, that water absence in settling pond in summer period can lead to thawing of buried ice. In summer period buried ice thawing doesn’t occur in case of settling pond filled by water to 1,0 m. and higher. In case of settling ponds both sections whole projected water filling in summer period in dam base and ground area surface grounds negative temperature maintained. Requirements on settling ponds rational exploitation were developed, maintaining it provides long time lasting stability and accident free treating complex functioning in summer period in cryolitezone conditions. Basic requirements are: settling pond both sections obligatory filling by cleanable water in summer period to depth not less of 1 meter; water drain with cold period coming. The results of held numerical experiments allow make a conclusion that maintaining above-listed conditions and requirements settling pond construction on frozen quaternary grounds with buried ice presence is possible from thermalphysic side. At that, raised protecting structures stability will be provided and treating complex normal functioning.

Основным недостатком практического применения известных скважинных зарядов в зоне распространения многолетней мерзлоты является повторное смерзание взорванной массы в монолит, затрудняющее ее дальнейшую разработку горными машинами. Для повышения эффективности взрывных работ на открытых разработках в условиях криолитозоны предлагается использовать специальную конструкцию скважинного заряда, обеспечивающую предотвращение повторного смерзания взорванных многолетнемерзлых горных пород. Конструкция основана на применении специальных соляных модулей. Предложен способ изготовления соляных модулей необходимой конфигурации. Преимуществами предложенного способа являются: использование серийно выпускаемых (неспециальных) промышленных взрывчатых веществ; совмещение операций по разрушению взрывом и искусственному засолению многолетнемерзлых горных пород; использование при изготовлении соляных модулей дешевых и недефицитных компонентов технического хлористого натрия, хлористого кальция, отходов калийных комбинатов и других химикатов; создание конфигурации скважинного заряда требуемой формы.
The main disadvantage of practical application of well-known deep-hole charges in the permafrost area is the second freezing of exploded bulk into a monolith; it hinders its further mining with mining machines. In order to increase the efficiency of blasting operations at opencast minings in conditions of cryolithic zone, it is offered to use special construction of a deep-hole charge, which prevents the second freezing of exploded permafrost rocks. The construction is based on the application of special salt modules. The method of preparing salt modules of required configuration is offered. The advantages of the offered method are the following: the use of series-produced (non-special) commercial explosives; operations on breaking up with a blast and artificial salinization of permafrost rocks overlap; the use of cheap and abundant components of commercial sodium chloride, calcium chloride, wastes of potassium plants and other chemicals when producing salt modules; creation of deep-hole charge of required shape configuration.

Как показывает практика ведения открытых горных работ в суровых климатических условиях Севера, вскрышные породы зоны многолетней мерзлоты склонны к смерзанию после их взрывного разрушения. Опыт работы разреза "Кангаласский" А О Х К "Якутуголь" Республики Саха (Якутия) свидетельствует о том, что взорванные породы смерзаются за разное время в различные периоды года. При этом после смерзания развал приобретает такую прочность, что его дальнейшая разработка без дополнительного рыхления становится невозможной. В результате расчетов теплового режима в развале разрушенного взрывом уступа установлено, что формирование температурных полей носит не хаотичный, а упорядоченный характер послойного распространения температуры по всей длине взорванного блока многолетнемерзлых вскрышных пород. Определено, что в зависимости от схемы отработки эффективность экскавации взорванного массива может быть различной.
As the practice of open - pit mining in harsh climatic conditions of the North shows, overburden rocks of the permafrost zone are prone to freezing after blasting. The experience of the Kangalassky open pit mine of J S C Holding Company Yakutugol (Republic of Sakha - Yakutia) indicates that the blasted rocks freeze at different times in different periods of the year. Moreover, after freezing, the shotpile acquires such strength that its further mining without additional loosening is impossible. The calculations of the thermal regime in the shotpile of a blasted bench show that the formation of temperature fields has not chaotic but an ordered character of layer - by - layer temperature distribution along the entire length of blasted block of permafrost overburden rocks. It is found that, depending on the mining flow chart, the excavation efficiency of the blasted rock mass can be different.

Разработана двумерная математическая модель прогноза температурного режима отбитой руды в блоке, склонной к смерзанию, при торцевом выпуске. Модель учитывает фазовые переходы воды (вода - лед), влияние конвективного теплопереноса рудничного воздуха через отбитую руду, физико - технические параметры отбитой руды, геометрические характеристики блока, а также продолжительность нахождения руды в блоке, Модель позволяет получить наглядную информацию о состоянии температурного поля отбитой руды в блоке в процессе ее торцевого выпуска, прогнозировать зоны вероятного смерзания руды и образования смерзшихся конгломератов (вторичных негабаритов), препятствующих нормальному извлечению руды из блока.
A two - dimensional mathematical model is developed for predicting the temperature regime in a block of broken ore prone to freezing when ore is drawn from the working face. The model takes into account the phase transitions of water (water - ice), the influence of convective heat transfer of mine air through broken ore, physical and technical parameters of broken ore, the block geometry and the duration of ore stay in the block. The model allows for visual information about the state of the temperature field of broken ore in the block during its face drawing, prediction of probable ore freezing zones and formation of frozen conglomerates (secondary oversize) that prevent the normal ore recovery from the block.

Введение. Рассматриваются вопросы продления периода кучного выщелачивания золота в зоне распространения многолетней мерзлоты. Основной сдерживающий фактор применения этого способа в регионах с холодным климатом заключается в том, что эффективность процесса выщелачивания золотосодержащих руд любого типа в значительной степени зависит от температурных условий рудного штабеля и выщелачивающего раствора, что в свою очередь обуславливает сезонность работы золотодобывающих предприятий, использующих технологию кучного выщелачивания (только в летние месяцы). Цель исследования - разработать новую комплексную математическую модель процессов тепломассопереноса при кучном выщелачивании полезных ископаемых в условиях холодного климата, которая позволит с высокой степенью надежности оценить ряд важных характеристик выщелачивания золота в зонах многолетней мерзлоты и продлить период выщелачивания. Результаты исследования. Разработана математическая модель, включающая в себя двумерное нелинейное уравнение теплопроводности (задача Стефана). Программа позволяет выбирать теплофизические характеристики породного массива (основания) и штабеля раздробленных горных пород, начальную влажность (льдистость), мощность и пространственное расположение источников тепла, параметры теплоизоляции поверхности штабеля, основания и др. Разработана программа, которая позволяет прогнозировать термическое состояние массива многолетнемерзлых горных пород (основания) и штабеля раздробленных горных пород, выбирать режим эксплуатации источников тепла (нагревающего контура), параметры теплоизоляции. Порядок проведения исследования. Проведены многовариантные расчеты по прогнозу теплового режима рудного штабеля в процессе выщелачивания золота в разные периоды года для климатических условий Верхоянского района Якутии. Варианты расчетов включают в себя дату начала процесса кучного выщелачивания и способы теплоизоляции штабеля. Показано, что между датой начала выщелачивания и способами теплоизоляции существует прямая и тесная связь. Рекомендации. Представлены рекомендуемые периоды формирования штабеля для кучного выщелачивания длительностью 120 дней (4 месяца) при использовании теплоизоляции пенополистиролом толщиной 0,1 м и 0,2 м в различных комбинациях. Показано, что при возведении штабелей в мае-июне теплоизоляция не требуется. При возведении штабелей в марте-апреле необходима теплоизоляция основания. При возведении штабелей в июле-августе требуется теплоизоляция поверхности. Итоги работы и актуальность исследования. При грамотном выборе материала теплоизоляции и его толщины, сроков возведения штабеля и режимов его эксплуатации возможно значительно сократить затраты на объемы материалов теплоизоляции и продлить сроки выщелачивания с марта по ноябрь включительно. Для круглогодичной эксплуатации штабелей потребуется разработка мероприятий по прогреву тела штабеля в зимние месяцы (декабрь-февраль). Правильный выбор способов теплоизоляции штабеля в зависимости от даты начала процесса выщелачивания позволит существенно снизить затраты на дефицитные в условиях труднодоступного региона теплоизоляционные материалы и снизить потери золота по температурному фактору.
Introduction. The article considers the problem of extending the period of gold heap leaching in the permafrost zone. The main factor limiting the use of this method in cold regions is that the efficiency of the process of leaching any gold-bearing ores largely depends on the ore stack and leaching solution temperature conditions, which in turn determines the seasonal activity of the gold mining enterprises that use heap leaching technology (only during the summer months). Research objective is to develop a new integrated mathematical model of heat and mass transfer during mineral heap leaching in cold regions. The model will make it possible to very reliably assess a number of important characteristics o fgold leaching in permafrost zones and extend the leaching period. Research results. A mathematical model has been developed that includes a two-dimensional nonlinear heat-transfer equation (the Stefan problem). The program allows to select the thermal and physical characteristics of a rock mass (base) and a crushed rock stack, initial moisture content (ice content), power and spatial arrangement of heat sources, thermal insulation parameters of the surface of a stack and a base, etc. A program has been developed that allows to predict the thermal condition of the permafrost mass (base) and crushed rock stacks, choose the heat sources operation mode (heating circuit) and the thermal insulation parameters Research procedure. Multivariate analysis was carried out on the ore stack thermal conditions prediction in the process of gold leaching in different periods of the year for the climatic conditions of the Verkhoyansk region, Yakutia. Calculation types include the starting date of the heap leaching process and the methods of stack thermal insulation. It is shown that there is a direct and close relationship between the starting date of leaching and the methods of thermal insulation. Recommendations. The recommended 120-day (4-month) periods of heap leaching stack formation are presented under the thermal insulation with 0.1 m and 0.2 m thick polystyrene foam in various combinations. It is shown that for the stacks constructed in May and June, thermal insulation is not required. For the stacks constructed in March and April, thermal insulation is necessary. For the stacks constructed in July and August, thermal insulation of the surface is required. Results and relevance. Correct thermal insulation material and its thickness, the timing of the stack construction and its operating modes can significantly reduce the cost of thermal insulation materials and extend the leaching time from March to November inclusive. For year-round operation of stacks, measures for the stack body heating in the winter months (from December to February) are required. The right choice of stack thermal insulation methods, depending on the starting date of the leaching process, will significantly reduce the cost of thermal insulation materials that are scarce in a remote region and reduce gold losses due to the temperature factor.

The necessity of a preliminary assessment of the intensity of thermal processes occurring in frozen soils with inclusions of buried ice in the design of structures of the surface complex of open-pit mines in the permafrost zone has been substantiated. Itis emphasized that special attention should be paid to objects that have a warming effect,in particular, settling ponds intended for the purification of quarry and dump waters in the summer period of operation. In order to assess the possibility of placing and subsequent construction of such structures on sites built up with high ice soils, as well as rational modes of their operation, multivariate numerical experiments were carried out on the developed mathematical model. The results of studies are presented that confirm the possibility of placing and constructing settling ponds on sites with ice lenses in the bottom, subject to seasonal (only in summer) operation. Requirements for the rational operation of settling ponds have been developed, the observance of which ensures longterm stability and trouble-free operation of all facilities of the treatment complex in the summer in permafrost conditions.

В современных экономических условиях проектирование горных предприятий должно осуществляться в кратчайшие сроки и с сохранением при этом высокой точности и достоверности результатов, с глубокой, зачастую многовариантной проработкой проектных решений. Представлены результаты разработки методики построения 3Д геоинформационной модели объектов горного производства. В качестве примера рассматривается прогноз теплового режима рудного штабеля при кучном выщелачивании золота в условиях холодного климата.

На основе математического моделирования теплового процесса предлагается методика расчета продолжительности воздействия нагревательным инструментом при сварке газопроводов из полиэтиленовых труб при температурах воздуха, ниже регламентируемых. Исследуется степень кристалличности материалов сварного соединения, полученных при остывании в естественных условиях низких температур.
The paper presents the results of research, which primary practical goal is wide implementation of the heap leaching technology in areas with harsh climatic conditions, i.e. presence of permafrost and long winter periods. The main limiting factor for applying the method in regions with cold climate is that the leaching efficiency of any type of gold-bearing ores considerably depends on the temperature conditions of the ore stockpiled and the leaching solution, which in turn determines the seasonal nature (only in the Summer months) of gold mining operations utilizing the heap leaching technology. Appropriate physical properties need to be set for all the materials available in the area to be modeled. The boundary conditions also have to be defined for all heat transfer conditions used in the model. Modeling of the leaching solution filtration in the Frost.Thermo software suite is based on the extensively tested equation for groundwater filtration derived from the Darcy law. Solution of the thermal conductivity equation in the 3D formulation is carried out numerically using the explicit method of finite differences. According to the results of computer modeling in the Frost 3D software suite, emergency failure of the thermal insulation coating on the stockpile surface leads to freezing of the rocks in the stockpile down to a considerable depth. Calculations of the thermal conditions of the ore stockpile have been carried out for different conditions of its surface thermal insulation. The most optimal method to thermally insulate the walls of the stockpile is to cover the slopes (walls) of its lower tier with a 1-meter thick snow layer, while the slopes (walls) of the upper tiers should be insulated with a film having an air interlayer of 3 cm.