Представлены результаты экспериментального бурения конжеляционного льда в стволе скважине 5Г-5 на станции Восток (Антарктида) с применением колонкового снаряда КЭМС-135 в среде кремнийорганической жидкости ПМС-3. Исследования проводились во время 70-й Российской антарктической экспедиции и были направлены на оценку эффективности технологии при глубоком бурении ледников и вскрытии подледниковых водоемов, а также определение рациональных режимных параметров бурения. Подготовка скважины включала извлечение заливочной жидкости, комплекс геофизических исследований и калибровку ствола. Доставка ПМС-3 на забой осуществлялась с использованием специализированного устройства «Слоник». Экспериментальное бурение конжеляционного льда проходило с применением колонкового снаряда КЭМС-135. Выполнено два буровых рейса с отбором керна длиной 1,10 и 1,14 м, глубина бурения – 3595,15-3597,39 м. Контроль наличия на забое ПМС-3 осуществлялся посредством геофизических исследований и пробоотбора. Особое внимание уделялось анализу режимов бурения, включая механические скорости, характеристики шлама и влияние ПМС-3 на элементы бурового оборудования. Результаты экспериментального бурения показали увеличение механической скорости бурения в среде кремнийорганической жидкости ПМС-3 на 15-20 % по сравнению с используемой заливочной жидкостью (керосин + дихлорфторэтан), а также отсутствие зашламования коронки и улучшение смазывающих свойств жидкости. Определены перспективные направления дальнейших исследований, связанных с оптимизацией конструкции бурового снаряда для работы в среде ПМС-3 и изучением долгосрочного воздействия на подледниковые экосистемы.
Антарктида – самый малоизученный континент планеты. Экстремальные климатические условия, ледовый покров, отсутствие постоянной инфраструктуры затрудняют проведение полевых и стационарных исследований. Тем не менее, устойчиво растет интерес к Антарктиде как уникальной естественной лаборатории, что подтверждается стабильным увеличением количества научных публикаций, охватывающих широкий круг тем от геодинамики и гляциологии до прикладных инженерных решений.
В статье представлены результаты научно-исследовательских работ, проведенных в рамках 69-й Российской антарктической экспедиции на станции Восток. Основная цель исследований – комплексное изучение снежно-фирновой толщи с использованием прямых (бурение и анализ керна) и косвенных (георадиолокация и сейсморазведка) методов. В рамках исследований решались фундаментальные задачи, связанные с изучением структуры и динамики верхней части ледникового щита, а также прикладные, направленные на обоснование глубины размещения заряда взрывчатых веществ для проведения сейсмических работ с целью детального изучения подледникового озера Восток и выбора точки заложения скважины доступа к озеру. Получены данные о микроструктуре и физических свойствах снежно-фирновой толщи. Результаты позволят в будущем дополнить модель уплотнения фирна, необходимую для понимания эволюции ледяных зерен на ранних стадиях метаморфизма. Результаты работ внесли вклад в представление об особенностях строения приповерхностной части ледникового щита, позволили более точно определять структурные и физические характеристики снежно-фирновой толщи и льда, что может способствовать лучшему пониманию климатических и геологических процессов в Антарктиде.
Научные исследования в районе российской антарктической станции Восток ведутся с дня ее основания 16 декабря 1957 г. Актуальность проведения работ по изучению региона неуклонно возрастает, что подтверждается Стратегией развития деятельности Российской Федерации в Антарктике до 2030 года. В рамках реализации Стратегии Санкт-Петербургский горный университет решает задачи комплексного исследования района станции Восток, включая подледниковое озеро Восток, связанные с разработкой современных технологий и технических средств бурения ледников и подстилающих горных пород, вскрытия подледниковых водоемов, отбора проб воды и донных отложений, а также с проведением комплексных геолого-геофизических исследований. Для успешной реализации Стратегии на каждом этапе выполнения работ необходимо выявление и развитие междисциплинарных связей при соблюдении требований по минимизации воздействия на окружающую среду. В сезон 68-й Российской антарктической экспедиции сотрудниками Горного университета наряду с текущими были начаты исследования динамических взаимодействий между силами Земли, от самых глубоких недр до поверхности ледника. Выполнены буровая и научно-исследовательская программы. Буровая программа реализована совместно с коллегами из Арктического и антарктического научно-исследовательского института на буровом комплексе скважины 5Г. Научно-исследовательская программа включала: малоглубинные сейсмические исследования, колонковое бурение снежно-фирновой толщи, изучение петроструктурных особенностей снежно-фирновой толщи, исследования эффективности шламосборных фильтров при бурении снежно-фирновой толщи и процесса разрушения льда возвратно-вращательным способом, стендовые испытания акустического сканера. В результате проведения буровых работ в скважине 5Г на интервале глубин 3453,37-3534,43 м получен керн льда возрастом более 1 млн лет. В научно-исследовательских работах реализован междисциплинарный подход к изучению снежно-фирновой толщи, позволивший проанализировать достоверность результатов, достигнутых разными методами. Получены данные, необходимые для разработки новых технологий бурения ледников.
Технологии и технические средства исследования подледниковых озер Антарктиды – новое развивающееся научно-техническое направление, которое на сегодняшний день не имеет четко установленной методологии. На основании разрабатываемой технологии бурения новой скважины доступа к озеру Восток и его вскрытия, а также анализа существующих способов и устройств для отбора проб донных отложений, предложена принципиальная модель пробоотборника с движителем шагающего типа, обладающего способностью передвигаться по различным траекториям и позволяющего вести работы в широком технологическом диапазоне. В предложенной модели устройства предусмотрена его оснастка различными исполнительными органами для взятия проб донной поверхности с разными физико-механическими характеристиками. На основании представленной принципиальной модели шагающего пробоотборника разработана математическая модель устройства на основе методов теоретической механики. В результате выполненных исследований получены зависимости, позволяющие осуществить научно обоснованный выбор оптимальных значений геометрических и силовых параметров шагающего устройства. Разработан концептуальный дизайн шагающего пробоотборника, учитывающий взаимное расположение и сопряжение его основных компонентов, габаритные размеры доставочного снаряда, а также эстетическую составляющую устройства.
Подледниковое озеро Восток в Антарктиде является уникальным природным объектом, всестороннее исследование которого предполагает отбор проб воды и пород донной поверхности. Для дальнейшего изучения озера необходимо бурение новой скважины доступа и разработка экологически безопасных технологий его исследования. В статье рассмотрены реализованные, а также находящиеся в стадии разработки технологии отбора проб пород донной поверхности подледниковых озер. Все рассмотренные технологии соответствуют требованиям экологической безопасности ведения работ и обеспечивают отбор проб. Авторами предложена альтернативная технология, основанная на использовании шагающего устройства и благодаря своей мобильности позволяющая произвести селективный отбор проб пород с большой площади, используя при этом только одну скважину доступа. Рассмотрены основные задачи, которые необходимо решить для реализации предложенной технологии. Материалы представлены коллективом авторов, имеющих многолетний опыт буровых работ на станции «Восток» в Антарктиде и опытно-конструкторских работ по проектированию оборудования и нестандартных средств механизации для сложных горно-геологических и климатических условий.
Рассмотрены вопросы, связанные с применением рельсового транспорта на предприятиях горно-добывающей и горно-перерабатывающей промышленностях. Определены наиболее перспективные направления использования тяговых устройств фрикционного типа в приводах горных и технологических машин.
Обоснована потребность разработки органогенных видов сырья. Приведены результаты исследований по определению несущей способности поверхности техногенных отвалов гидролизного лигнина. Даны рекомендации по выбору колесного транспортно-тракторного агре-гата при разработке органогенного сырья.
Приведена оценка запасов торфа в Северо-Западном федеральном округе РФ. Проанализированы проблемы торфяной отрасли. Предложена энергоэффективная технология карьерной добычи торфяного сырья и производства окускованного торфяного топлива для нужд распределенной энергетики.
Рассмотрены вопросы позиционного регулирования передаточного отношения рычажной системы тяговых механизмов с регулируемым в функции сопротивления движению давлением ведущих колес на рельс.
Шнековый бункерный исполнительный орган предназначен для работы на торфяных месторождениях и может быть использован для добычи торфа из залежи выбуриванием. Описана конструкция шнекового бункерного исполнительного органа и предложен расчет затрат энергии на резание.
После распада СССР Российская Федерация вынуждена закупать марганцевые руды за рубежом. В шельфовой зоне морей, омывающих границы РФ, находятся месторождения железомарганцевых конкреций, промышленное освоение которых позволит частично решить проблему отсутствия собственного марганцевого сырья. Существующие технические средства для освоения твердых полезных ископаемых морского дна не позволяют эффективно отрабатывать данные месторождения, поэтому создание новых добычных комплексов, сочетающих в себе высокую производительность и экологическую безопасность, является актуальной научной и технической проблемой.
Представлены результаты расчетов на ЭВМ энергетических характеристик проходческих комбайнов со сдвоенными корончатыми и шнековыми исполнительными органами. Приведены параметры исполнительных органов с минимальными удельными энергозатратами на разрушение породы.
