Том 277

Загрязнение почв нефтью и нефтепродуктами – серьезная экологическая проблема, особенно актуальная для промышленно развитых регионов. Перспективным методом восстановления загрязненных почв является микробиологическая ремедиация, основанная на использовании нефтеокисляющих микроорганизмов. Цели исследования – разработка состава и оценка эффективности специализированного биопрепарата, адаптированного к климатическим условиям северо-запада России. Осуществлены подбор и культивирование штаммов бактерий, способных утилизировать нефтепродукты в качестве единственного источника углерода. На основе лабораторных испытаний подобран консорциум микроорганизмов, включающий штаммы Acinetobacter sp. (ВКМ B-3202), Rhodococcus erythropolis (ВКМ Ac-858 T) и Pseudomonas alcaligenes (ВКМ B-1295), проведена оценка их ростовой активности. Разработаны три состава биопрепарата, отличающиеся пропорциями внесения бактериальных суспензий по объему, определена технология их внесения в нефтезагрязненные почвы. В лабораторных условиях изучена эффективность очистки почв, загрязненных нефтью и нефтепродуктами (бензин, дизельное топливо, нефтепродукт с разлива на железнодорожной станции Таммисуо (Выборг), при температурах 10-20 °C, характерных для климата региона. При температурном режиме 20±1 °C и естественной влажности почв спустя 60 сут эксперимента максимальные показатели снижения концентрации достигли 75,59 % для сырой нефти, 71,97 % для нефтепродукта с разлива, 90,53 % для дизельного топлива, 75,81 % для бензина. При температурном режиме 10±1 °C – 40,62 % для сырой нефти, 49,58 % для нефтепродукта с разлива, 69,06 % для дизельного топлива, 68,10 % для бензина. Результаты исследования подтверждают эффективность применения разработанного биопрепарата для очистки нефтезагрязненных почв в климатических условиях северо-запада России.

Зона арктического шельфа является важным объектом исследования в связи с ее значительным углеводородным потенциалом. Для образцов керна из шести скважин Южно-Баренцевской впадины: Адмиралтейской-1, Крестовой-1, Лудловской-1, Штокманской-1, Арктической-1, Северо-Кильдинской-82 – проведено изучение физических свойств пород (плотность, упругость, индекс упругой анизотропии, удельное акустическое сопротивление и пористость). Коллекцию образцов представляют песчаники, алевролиты и известняки. Анализ керна показал, что породы непродуктивных скважин (Арктическая-1, Адмиралтейская-1, Крестовая-1), расположенных в средней части Южно-Баренцевской впадины и в пределах Адмиралтейского поднятия, по физическим и петрографическим свойствам отличаются от пород газовых и газоконденсатных скважин (Штокманская-1, Северо-Кильдинская-82 и Лудловская-1) вблизи границ Южно-Баренцевской впадины. Образцы керна продуктивных скважин (Штокманская-1, Северо-Кильдинская-82, Лудловская-1) имеют более низкие значения средней скорости продольных волн, удельного акустического сопротивления и более высокую открытую пористость и (или) индекс упругой анизотропии, чем непродуктивные скважины (Арктическая-1, Адмиралтейская-1, Крестовая-1). Такое сочетание петрофизических параметров обеспечивает коллекторские свойства перспективных на углеводороды пород. Петрографическое изменение коллекторских свойств изученных пород от продуктивных к непродуктивным скважинам связано с уменьшением гранулометрического состава и с переходом от порового цемента к пленочному и базальному. Песчаники Штокманской скважины имеют крупный размер зерен (0,1-0,5 мм), песчаники скважин Арктическая-1 и Крестовая-1 более мелкозернистые (0,1-0,2 мм). В скважине Штокманская-1 отмечается поровый цемент, в Арктической-1 – пленочный, в Крестовой-1 – базального типа. Установленные физические свойства осадочных пород, подходящие для развития продуктивных толщ, позволят уже на предварительной стадии анализа геофизических материалов проводить отбраковку пустых площадей при поиске геолого-тектонических структур, перспективных на залежи углеводородов.

В чупинской парагнейсовой толще Беломорского подвижного пояса (БПП) Фенноскандинавского щита изучены мигматизированные гнейсы и определены условия частичного плавления при высокоградном метаморфизме пород. Температуры и давления плавления пород, количество и состав расплава, который образуется при плавлении гнейсов в условиях замкнутой системы, определялись путем прямого компьютерного термодинамического моделирования минералообразования и построения псевдосечений в координатах «давление – температура». Расчеты минералообразования основаны на принципе минимизации энергии Гиббса системы и реализованы с помощью программного комплекса PERPLE_X. Для расчетов использовались валовые составы мигматизируемых пород чупинской толщи, предварительно ранжированные и сгруппированные по содержанию петрогенных компонентов. Показано, что при водонасыщенном частичном плавлении различающихся по составу гнейсов образуются гранитные или гранодиорит-тоналитовые расплавы в температурном диапазоне 680-730 °С при средних и умеренно высоких давлениях. Установлено, что ключевым фактором, определяющим появление в изученных породах кианита, является повышенное отношение Al₂O₃/CaO (не менее 5:1) в протолите при суммарном содержании щелочей (Na₂O + K₂O), превосходящем CaO. В соответствии с индексом зрелости осадков CIA, протолиты гнейсов содержали обломочный материал различной степени седиментационной зрелости. Протолитами могли быть слабо и умеренно выветрелые источники сноса. U-Pb ID-TIMS датирование монацита из двух проб гранат-кианит-биотитового мигматита (из породы в целом) выявило палеопротерозойское время мигматизации чупинских гнейсов (1854±5 млн лет назад). Этот этап палеопротерозойской эндогенной активности широко проявлен в БПП и может быть связан с процессами формирования Лапландско-Кольского или Свекофеннского орогенов, расположенных к северо-востоку и юго-западу от этого пояса.

Изучены уникальные образцы коры выветривания наиболее выветренных образцов профиля выветривания (30-43 м) из двух буровых скважин. Минеральный состав образцов представлен кварцем, каолинитом, микроклином, мусковитом и плагиоклазом, что определено с помощью поляризационного микроскопа и подтверждено рентгеноструктурным анализом. Образцы из коры выветривания по гранито-гнейсам Соуктальского плутонического комплекса Северного Казахстана подвергнуты последовательному извлечению редкоземельных элементов (РЗЭ). Содержание РЗЭ оценивалось методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS) после двухступенчатой процедуры последовательного выщелачивания растворами хлорида гидроксиламиния и гидроксида натрия (0,2 моль NH₂OH⋅HCI и 1 моль NaOH). Эксперименты по последовательному выщелачиванию образцов позволили эффективно извлечь РЗЭ из коры выветривания Соуктальского плутонического комплекса. Эффективность извлечения (РЗЭ + Sc + Y) составляет от 4,1 до 7,8 г/т. Суммарное содержание легких РЗЭ составляет от 3,5 до 5,9 г/т, тяжелых – от 0,2 до 0,7 г/т. Результаты изучения образцов из коры выветривания по гранито-гнейсам позволяют отнести объект к ионно-адсорбционному типу месторождения РЗЭ коры выветривания. Полученные результаты демонстрируют эффективность последовательного извлечения РЗЭ и свидетельствуют о перспективности изучаемой территории для месторождения РЗЭ. Ионно-адсорбционный тип месторождений РЗЭ является новым для Казахстана и может способствовать развитию промышленной отрасли.

С учетом ежегодно растущей потребности в электроэнергии для промышленных предприятий становится актуальным вопрос сокращения расходов на электропотребление. В рамках данного исследования рассматривалось потребление электроэнергии аппаратами воздушного охлаждения (АВО) на газоперерабатывающем предприятии. Изменение температуры окружающей среды (в течение суток и в зависимости от сезона) является основным возмущающим фактором, влияющим на работоспособность АВО. При таких значительных сезонных изменениях температуры наружного воздуха меняется его плотность, что вызывает колебания потребляемой электродвигателем мощности до 30 %. В связи с этим становятся важными вопросы повышения энергетической эффективности, прогнозирования и определения нормы электропотребления АВО в зависимости от изменяющихся внешних условий. Разработана методика для определения нормативного электропотребления аппаратами воздушного охлаждения в зависимости от двух факторов – температуры окружающей среды и загрузки установки переработки газа. В связи с нелинейными зависимостями по загрузке установки и по температуре окружающей среды проводилась двухфакторная степенная аппроксимация значений. С высокой точностью (среднеквадратичное отклонение расчетного и аппроксимирующего значений не превышает 1 %) определена зависимость электропотребления от температуры окружающей среды и загрузки установки по сырью для любого типа АВО. По результатам исследования была выведена формула расчета нормативного потребления электрической мощности АВО на рассматриваемой установке. Методика может быть использована сотрудниками газоперерабатывающих предприятий для определения потребления электроэнергии АВО за расчетный промежуток времени при изменяющихся климатических и технологических факторах.

Предложены основные этапы химически активной истории генезиса алмазов от верхне-мантийных очагов до взрывного выброса алмазов и кимберлитового вещества из кумулятивных центров к поверхности. Работа посвящена предфинальному эпизоду генезиса алмазных месторождений – взаимодействию алмазов с карбонатно-силикатными кимберлитовыми магмами в условиях корового кумулятивного очага. Такое взаимодействие возможно, когда транспорт алмазов этими магмами с глубин мантийных коренных очагов к поверхности останавливается в комплексах пород коры с прочной кровлей. Время остывания и затвердевания кимберлитовых расплавов в таких кумулятивных центрах достаточно продолжительно для заметных потерь массы растворяющихся алмазов. Взаимодействие карбонатно-силикатных кимберлитовых расплавов с различным содержанием карбонатной составляющей с природными монокристаллическими алмазами изучено экспериментально при давлении 0,15 ГПа и температуре 1200 °С. В качестве растворителей использовались модельные карбонатные, карбонат-флюидные, природные кимберлитовые и кимберлит-флюидные системы. В условиях опытов растворители плавились, а кристаллы алмазов испытывали поверхностное растворение. Установлено, что на плоскостях роста фиксируются фигуры травления, происходит потеря алмазами массы от 3-4,5 % при выдержке 2 ч (порядок времени кимберлитового транспорта из верхне-мантийных алмазообразующих очагов в коровые кумулятивные центры) до 47,6 % при выдержке 10 сут. (в условиях коровых кумулятивных центров). Результаты демонстрируют, что растворяющая способность карбонатно-силикатных транспортирующих магм является фактором, эффективно понижающим алмазоносность кимберлитовых месторождений.

С усложнением электротехнического оборудования горных предприятий актуализируются разработка и исследование способов повышения надежности технических устройств, входящих в систему электроснабжения. Статья посвящена оценке параметров надежности схем участков цеховых сетей горных предприятий с однотрансформаторными подстанциями 10 и 0,4 кВ и различными способами их резервирования. Цель исследования – проведение оценки параметров надежности различных способов резервирования схем электроснабжения объектов с трансформаторными подстанциями на среднем и низком напряжении (СН и НН) относительно электропотребителей распределительного устройства низкого напряжения горно-добывающих предприятий. Объектом исследования является система электроснабжения цеха вспомогательного производства горно-добывающего предприятия (Кемерово). В работе исследуются параметры надежности участков сети – вероятность безотказной (исправной) работы P(t), вероятность появления отказа Q(t), параметр потока отказов ω_схемы и время наработки на отказ Т_{нар.отк} для следующих вариантов схем: без резервирования; с резервированием на СН; с резервированием на НН; с двойным резервированием (на СН и НН). Данные расчетов показывают, что время наработки на отказ для схемы без резервирования в 2,04 и в 2,11 раз меньше, чем для схем с резервированием на НН и на СН соответственно, и в 2,8 раз меньше, чем для схемы с двойным резервированием. Резервирование является технически и экономически обоснованным методом повышения параметра P(t) системы электроснабжения объекта. Полученные результаты могут быть интегрированы в проектирование систем электроснабжения объектов (для оптимизации структурной схемы и выбора рационального способа резервирования элементов); разработку программ технического обслуживания (для формирования обоснованных регламентов технического обслуживания и ремонтов); создание систем мониторинга надежности (для организации непрерывного контроля текущего состояния оборудования цехов горных предприятий).

Амплитуда суточных колебаний температуры атмосферного воздуха в зависимости от климатической зоны и времени года может превышать 25 °С. Это приводит к развитию нестационарных теплообменных процессов в воздухоподающих стволах рудников и последующих горных выработках по тракту движения воздушной струи. Исследование направлено на изучение эффекта демпфирования амплитуды суточных колебаний термодинамических параметров атмосферного воздуха в воздухоподающих стволах калийных рудников. Суть эффекта теплового демпфирования заключается в нивелировании амплитуды колебаний температуры воздуха по мере продвижения воздушного потока по воздухоподающему стволу вследствие теплообмена с крепью ствола и массообменных процессов. Представлен теоретико-экспериментальный подход для прогнозирования микроклиматических параметров воздуха на сопряжении воздухоподающего ствола с подземным горизонтом с помощью модели сопряженного конвективно-диффузионного тепломассопереноса в пространстве ствола, крепи и окружающем породном массиве. Описана методика проведения натурных измерений на объекте исследования, приведены необходимые сведения для проведения экспериментов и расчетов, представлены данные натурных исследований для двух воздухоподающих стволов калийных рудников различной глубины. Данные экспериментальных измерений использованы для валидации предложенной модели. Полученное соответствие измеренных и расчетных данных подтвердило корректность выбранной модели для прогнозирования температуры на сопряжении ствола с подземным горизонтом. Определены эффективные коэффициенты теплоотдачи между воздушным потоком и стенкой для обоих воздухоподающих стволов, а также эффективные температуропроводности горных пород, окружающих стволы. Установлена эмпирическая зависимость температуры в околоствольном дворе подземного горизонта как функция среднесуточной температуры, амплитуды колебаний температуры на поверхности и сопряжении ствола с подземным горизонтом.

Возможности гидроакустических методов, широко применяемых при проведении инженерно-геофизических исследований в акваториях, ограничены при наличии газонасыщенных придонных отложений. В неблагоприятных условиях целесообразно применять электроразведочные методы. В статье рассмотрена эффективность современных электротомографических (ЭТ) технологий надводной и донной систем наблюдения для изучения геологических разрезов в прибрежных зонах акваторий. Синтезированы базовые геоэлектрические и электротомографические модели, позволяющие оценить влияние солености воды и литологического состава отложений на результаты морской электроразведки. Данные петрофизического моделирования показали, что наряду с воздействием минерализации поровой воды на соотношение значений удельного электрического сопротивления дисперсных грунтов значительное влияние оказывает минеральный состав глинистых минералов. Влияние проявляется в виде смещения положения точки инверсии значений удельного электрического сопротивления песчано-глинистых грунтов при увеличении значений емкости катионного обмена, свойственных различным минералогическим типам глин. Результаты численного моделирования электротомографических разрезов с надводной и донной системами наблюдения показали, что донная измерительная система обеспечивает получение достоверной информации о геоэлектрическом строении разреза песчано-глинистых отложений, а на разрезах, полученных по данным ЭТ съемки на поверхности воды, наблюдаются искажения структуры геоэлектрического разреза и проявляются ложные аномалии. Установлено преимущество донной ЭТ для изучения геологического строения морских прибрежных территорий. Экспериментальные работы в акватории Лужской губы Финского залива подтвердили эффективность применения донной ЭТ для повышения достоверности межскважинной геологической интерполяции при построении сводных геолого-геофизических разрезов. Применение донной ЭТ обеспечило непрерывное прослеживание геоэлектрических границ, соответствующих различным литологическим разностям придонных песчано-глинистых отложений.

Редкоземельные металлы (РЗМ) имеют большую значимость для современной мировой экономики из-за их использования в различных высокотехнологичных отраслях промышленности. В России сосредоточены значительные запасы РЗМ, что выражается в основном конкурентном преимуществе – высоком потенциале минерально-сырьевой базы для обеспечения растущего спроса как на внутреннем рынке, так и на мировом, где абсолютным лидером является Китай. На долю Китая приходится до 70 % мирового производства РЗМ, тогда как в России этот показатель не превышает 1 %. Весь мир стал уделять больше внимания цепочке поставок РЗМ, в связи с чем усилилась международная конкуренция. Развитие российско-китайских отношений является ключом к усилению позиций стран на мировой арене, оно должно основываться на формировании сотрудничества в тех областях, которые имеют стратегическое значение для обеих сторон. Цель исследования заключается в обосновании российско-китайского сотрудничества в стратегических отраслях экономики на примере редкоземельной промышленности. Как объект для реализации технологического партнерства рассмотрена территория Арктической зоны Российской Федерации, где сосредоточены уникальные с точки зрения величины запасов и содержания полезных компонентов месторождения РЗМ. Полученные результаты критического анализа состояния ключевых месторождений РЗМ в России с ориентацией на арктические объекты, а также результаты сравнительного анализа потребительских рынков России и Китая и прогнозов их развития легли в основу разработанных вариантов реализации технологического партнерства между странами. Наиболее перспективной формой российско-китайского партнерства может выступить форма консорциума, аналогичная совместным проектам «Ямал СПГ», «Сила Сибири». Такая форма сотрудничества позволяет России привлечь инвестиции и технологии, а Китаю – обеспечить доступ к новым источникам сырья и усилить влияние в Арктике.

Изучение механики разрушения гетерогенных пород, зарождения и развития трещин имеет практическое применение для геоконтроля и выявления зоны трещиноватости при скважинной добыче углеводородов. Рассмотрены особенности формирования зоны микротрещиноватости в зависимости от типа неоднородностей горной породы при разрушении образцов в условиях объемного напряженного состояния. Исследования проводились на сервогидравлической прессовой установке MTS 815 с интегрированной в нее системой акустической эмиссии Milne DAQ (Itasca International Company, UK). Представлены результаты разрушения образцов различных литологических типов, изготовленных из кернов постмагматических пород. Испытаны мелкозернистые образцы гнейсовой и полосчатой текстуры и крупнозернистый образец массивной текстуры. В процессе испытаний производилась регистрация акустической эмиссии (АЭ) с помощью 12 пьезокерамических датчиков. Для описания геометрии зоны трещиноватости рассчитывались координаты гипоцентров событий АЭ, затем проводился анализ конфигурации распределения гипоцентров с помощью процедуры томографии (послойное построение карт плотности событий АЭ) и определялись углы β между направлением макроразрыва и осевым напряжением σ₁. С целью интерпретации эволюции разрушения рассчитывались тренды b-фактора и активности АЭ, интервалы критического поведения которых сопоставлялись с данными локации и томографии. После испытаний образцов выявлены виды их деформирования и механизм разрушения с явлением дилатансии. Установлено, что для рассмотренных типов неоднородностей образцов формируются различные структуры микротрещиноватости при одинаковых условиях объемного нагружения. В мелкозернистой породе гнейсовой текстуры образуется линейное распределение гипоцентров АЭ, указывающее на формирование микротрещиноватости вдоль направления слоистости. Для мелкозернистой породы полосчатой текстуры характерно распределение гипоцентров с образованием ярко выраженных кластеров, отражающих области наиболее интенсивного разрушения. В образце крупнозернистой массивной текстуры наблюдается объемное распределение гипоцентров с проявлением свойства дилатансии и образования обширной сети микротрещин.

Ограниченность данных о поведении примесных элементов при формировании рудных минералов в гидротермальных системах снижает их потенциал как индикаторов физико-химических условий рудообразования. Одним из наиболее распространенных сульфидов, способных концентрировать благородные металлы и другие ценные компоненты, является пирит. Изучено распределение ряда типоморфных элементов-примесей пирита при его кристаллизации в гидротермальных условиях при температуре 450 °С и давлении 1 кбар. Методами рентгеноспектрального микроанализа, сканирующей электронной микроскопии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и лазерной абляцией получены данные по формам нахождения, соотношениям содержаний и корреляционным связям примесных элементов в объеме и в поверхностном слое кристаллов пирита. Впервые определен параметр S селективности поверхностных фаз в отношении основных (Сo, Cu, Ni) и малых примесей (благородные металлы, As, Zn, Mn), который в среднем составил 1,9 (Сo), 2,1 (Cu), 1,3 (Ni), 4,2 (Pd), 18,5 (Au), 6 (As), 10,2 (Zn), 9,1 (Mn). Корреляционные связи между элементами существенно различны для поверхности и объема, что объясняется влиянием селективности поверхностных фаз. Двойственный характер корреляции Au и As позволяет рассматривать их связь как поверхностное явление. Палладий, критически важный металл, широко применяемый в химическом катализе и других областях технологии, обнаруживает необычное поведение в пирите, концентрируясь в основном в поверхности, что предполагает возможность попутного извлечения из пиритовых руд на золото-извлекательных предприятиях. Наблюдавшиеся корреляции рассмотрены с позиций вхождения примесных элементов в объемную структуру пирита и в составы эволюционирующих в процессе роста кристалла поверхностных фазоподобных образований (неавтономных фаз), обогащающихся несовместимыми элементами.

Применение этапных схем при разработке глубоких карьеров – это один из способов увеличения экономической эффективности отработки месторождения, а определение оптимальных параметров этапа остается актуальной задачей. Такими параметрами являются глубина этапа, высота уступа, длина блока и т.д., однако существует большой диапазон значений этих параметров. Поэтому для выбора оптимальных значений и оценки эффективности проектных решений целесообразно использовать величину чистого дисконтированного дохода или net present value, которая является международным аналогом. В результате анализа данных по месторождениям можно выделить большое количество переменных показателей, предположительно влияющих на эффективность отработки. В статье предлагается все параметры отработки карьера разделять на два типа: горно-технические и экономические. Важность каждого из них определяется по степени влияния на величину чистого дисконтированного дохода. Так, для оценки степени влияния показателей отработки принимаются средние значения каждого из них, и в результате попеременной смены одного исследуемого параметра оценивается степень его влияния на получаемую сумму дисконтированного дохода. Результаты анализа значимых факторов, их оценка и сравнительный анализ являются важными показателями, существенно влияющими на принимаемые проектные решения и эффективность инвестиционного проекта.

Статья посвящена активно развивающемуся направлению очистки сточных вод – Constructed Floating Wetlands (CFW, плавающие биоплато). Освещены история создания и опыт эксплуатации CFW в России и за рубежом. Описаны конструкции и предпочтительные составы субстратов и растений для создания фитомодулей. Особое внимание уделено применению природных минералов и выбору местных видов растений-макрофитов. Технология CFW пригодна для очистки разных типов сточных вод, включая неорганические стоки горно-промышленных предприятий. Рассмотрены результаты применения фитотехнологии для очистки сточных вод от загрязняющих веществ (общий азот и фосфор, органические вещества, взвешенные частицы, тяжелые металлы, сульфаты, бор и др.). Показан положительный опыт использования CFW для кислотных дренажных стоков, наиболее сложных для применения фитотехнологий. Выявлены факторы, влияющие на эффективность удаления загрязнителей – глубина водоема, скорость потока, площадь покрытия, аэрация, температура. Представлены способы повышения глубины очистки вод при пониженных температурах. Отмечено положительное влияние плавающих биоплато на состояние водоемов, в которых они размещаются. Приведены стоимостные оценки применения технологии CFW для очистки сточных вод. Даны рекомендации, основанные на опыте внедрения технологии на пруде-отстойнике горно-промышленного предприятия Мурманской обл.