Изучение влияния низких температур окружающего воздуха и морской воды на возможность добычи твердых полезных ископаемых в арктических водах

В.Е. Кисляков, П.В. Катышев, А.Н. Анушенков, Я.Е. Линьков, А.К. Кирсанов
Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, Российская Федерация
Горная Промышленность №4 / 2024 стр.81-88

Резюме: Арктический континентальный шельф, простирающийся от береговой линии до границы исключительной экономической зоны РФ, является одним из важнейших хранилищ наиболее востребованных твёрдых полезных ископаемых: россыпи олова, золота, платины и алмазов. Рассеянные в осадочных слоях горных пород, они подчеркивают геологическое богатство этого региона. В статье представлен обзор минерально-сырьевого потенциала, расположенного вдоль арктической континентальной окраины Российской Федерации. Показано среднемесячное значение температур в районе арктического региона по данным реанализа ERA5, который говорит о практически ежегодном отрицательном температурном диапазоне окружающей среды с короткой летней паузой в три месяца. Исследование освещает основные негативные категории влияния отрицательных температур на эксплуатационные характеристики горного оборудования, эффективность и безопасность персонала, а также демонстрирует проблемы общего характера. В статье показаны среднегодовые температуры воздуха и воды в арктической части РФ, на основании которых были определены зоны с различной степенью благоприятных условий для ведения добычных работ. Согласно данному зонированию любое месторождение твёрдых полезных ископаемых, располагающееся на арктическом континентальном шельфе, должно отрабатываться не только с учётом известных классификаций, базирующихся по глубине залегания полезного ископаемого, но и с учётом критерия возможной продолжительности сезона. На основе данного утверждения была разработана блок-схема, позволяющая недропользователю производить выбор подходящей технологии между конкурирующими вариантами. Представленное исследование может служить контрольным листом для горнодобывающих предприятий, осуществляющих добычу твёрдых полезных ископаемых подводным способом на территории Крайнего Севера.

Ключевые слова: добыча полезных ископаемых в Арктике, минеральные ресурсы, арктический шельф, экстремальные погодные условия, подводная добыча, технологии разработки шельфовых месторождений

Для цитирования: Кисляков В.Е., Катышев П.В., Анушенков А.Н., Линьков Я.Е., Кирсанов А.К. Изучение влияния низких температур окружающего воздуха и морской воды на возможность добычи твердых полезных ископаемых в арктических водах. Горная промышленность. 2024;(4):81–88. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2024-4-81-88

Информация о статье

Поступила в редакцию: 02.06.2024

Поступила после рецензирования: 04.07.2024

Принята к публикации: 09.07.2024

Информация об авторах

Кисляков Виктор Евгеньевич – доктор технических наук, профессор кафедры открытых горных работ, Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Катышев Павел Викторович – кандидат технических наук, доцент кафедры открытых горных работ, Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Анушенков Александр Николаевич – доктор технических наук, заведующий кафедрой подземной разработки месторождений им. Н.Х. Загирова, Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Линьков Ярослав Евгеньевич – аспирант кафедры открытых горных работ, Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Кирсанов Александр Константинович – кандидат технических наук, доцент кафедры шахтного и подземного строительства, Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, Российская Федерация; e-mail Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Список литературы

1. Мухарев А.А., Кубрин С.С. Вопросы детальной разведки твердых полезных ископаемых и ее маркшейдерское сопровождение на шельфе Арктики. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016;(2):231–235. Режим доступа: https://giab-online.ru/files/Data/2016/2/231_235_2_2016.pdf (дата обращения: 29.05.2024). Mukharev A.A., Kubrin S.S. Questions detailed exploration of solid minerals and surveying its support on the Arctic shelf. Mining Informational and Analytical Bulletin. 016;(2):231–235. (In Russ.) Available at: https://giab-online.ru/files/Data/2016/2/231_235_2_2016.pdf (accessed: 29.05.2024).

2. Мухарев А.А. Кубрин С.С. Маркшейдерское и навигационное обеспечение разработки твердых полезных ископаемых на шельфе Арктики. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015;(8):106–112. Режим доступа: https://giab-online.ru/files/Data/2015/08/106-112_8_2015.pdf (дата обращения: 29.05.2024). Mukharev A.A., Kubrin C.S. Surveying and navigation support the development of solid minerals on the Arctic shelf. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2015;(8):106–112. (In Russ.) Available at: https://giab-online.ru/files/Data/2015/08/106-112_8_2015.pdf (accessed: 29.05.2024).

3. Иванова А.М., Смирнов А.Н., Ушаков В.И. Минерально-сырьевая база твердых полезных ископаемых шельфовых областей России: ресурсная значимость, перспективы наращивания и освоения. Горный журнал. 2012;(3):42–49. Режим доступа: https://www.rudmet.ru/journal/675/article/8724/ (дата обращения: 29.05.2024). Ivanova A. M., Smirnov A. N., Ushakov V. I. Sources of the mineral raw materials of the sea shelf areas of Russia (solid minerals): resource value, perspectives for growth and development. Gornyi Zhurnal. 2012;(3):42–49. (In Russ.) Available at: https://www.rudmet.ru/journal/675/article/8724/ (accessed: 29.05.2024).

4. Смирнов А.Н., Иванова А.М., Пашковская Е.А. Подводные месторождения твердых полезных ископаемых в шельфовых областях России. Горный журнал. 2013;(11):51–58. Режим доступа: https://www.rudmet.ru/journal/1246/article/21186/ (дата обращения: 29.05.2024). Smirnov A.N., Ivanova A.M., Pashkovskaya E.A. Underwater deposits of solid minerals in Russian shelf areas. Gornyi Zhurnal. 2013;(11):51–58. (In Russ.) Available at: https://www.rudmet.ru/journal/1246/article/21186/ (accessed: 29.05.2024).

5. Каминский В.Д., Супруненко О.И., Смирнов А.Н. Минерально-сырьевые ресурсы арктической континентальной окраины России и перспективы их освоения. Арктика: экология и экономика. 2014;(3):52–61. Режим доступа: http://arcticaac.ru/article/249/ (дата обращения: 29.05.2024). Kaminsky, V.D., Suprunenko, O.I., Smirnov, A.N. Mineral resources of the Russian Arctic continental margin and prospects for their development. Arctic: Ecology and Economy. 2014;(3):52–61. (In Russ.) Available at: http://arctica-ac.ru/article/249/ (accessed: 29.05.2024).

6. Kirsanov A.K., Katyshev P.V. Economic drivers of seabed mining. Izvestiya vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Gornyi Zhurnal. 2024;(1):20–26. Available at: https://www.mining-science.ru/download/2024/1-2024/002.pdf (accessed: 24.06.2024).

7. Smirnov A.N., Babaeva S., Manevich A.I. Russian Arctic shelf mineral resource potential. Paper No. 3286. Available at: https:// www.americangeosciences.org/sites/default/files/igc/3286.pdf (accessed: 21.04.2024).

8. Стоцкая Д.Р. Демографические проблемы. Рост числа населения планеты. Наука через призму времени. 2020;(8):40– 42. Режим доступа: http://www.naupri.ru/journal/2638 (дата обращения: 29.05.2024). Stotskaya D.R. Demographic problems. Global population growth. Nauka Cherez Prizmu Vremeni. 2020;(8):40–42. (In Russ.) Available at: http://www.naupri.ru/journal/2638 (accessed: 29.05.2024).

9. Абдушева Е.А. Рост населения Земли как угроза для планеты. Международный журнал Наука Плюс. 2020;(1):87–90. Abdusheva E.A. Earth’s population growth as a threat to the planet. International Journal Science Plus. 2020;(1):87–90. (In Russ.)

10. Квагинидзе В.С., Козлов В.А. Влияние низких отрицательных температур на работоспособность металлоконструкций горных машин. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003;(9):16–18. Kvaginidze V.S., Kozlov V.A. Influence of low negative temperatures on serviceability of metal structures of mining machines. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2003;(9):16–18. (In Russ.)

11. Охлопков Т.Н. Влияние низких температур на тепловой режим гидроагрегатов автогрейдера ДЗ-98. Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2020;17(3):316-327. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-3-316-327 Okhlopkov T.N. Low temperatures effect on thermal conditions of DZ-98 autograder hydraulic units. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2020;17(3):316–327. (In Russ.) https://doi.org/10.26518/2071-7296-2020-3-316-327

12. Голубев И.А. Исследование причин нарушения работоспособности узлов горной техники в условиях Арктики и Северо-Востока. В кн.: Актуальные научные исследования: сб. ст. 11-й Междунар. науч.-практ. конф., г. Пенза, 5 апр. 2023 г. Пенза: Наука и просвещение; 2023. С. 75–79. Golubev I.A. Research of the causes of disturbance of the functionality of mining equipment unit in the conditions of the Arctic and the North-East. In: Current scientific research: Collection of articles. 11th International Scientific and Practical Conference, Penza, April 5, 2023. Penza: Nauka i prosveshchenie; 2023, pp. 75–79. (In Russ.)

13. Тоскунин И.С. Основные неисправности и особенности подготовки тяжелой техники на примере карьерного самосвала БЕЛАЗ 75131 в условиях Крайнего Севера. Научный взгляд в будущее. 2019;1(14):67–71. Toskunin I.S. The main malfunctions and features of the preparation of heavy machinery on the example of the dump truck Belaz 75131 in the Far North. Scientific Look into the Future. 2019;1(14):67–71. (In Russ.)

14. Нафиков Р.З., Кисляков В.Е. Технология дражной разработки россыпных месторождений в условиях Крайнего Севера: монография. Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2021. 184 с.

15. Чооду О.А. Опыт эксплуатации и эффективность применения горных и горнотранспортных машин северного исполнения. Вестник Тувинского государственного университета. Вып. 3. Технические и физико-математические науки. 2022;(2):27–33. Choodu O.A. Operational experience and efficiency of the use of mining and mining transport machines of northern design. Vestnik of Tuvan State University. Issue 3. Technical Sciences, Physical and Mathematical Sciences. 2022;(2):27–33. (In Russ.)

16. Ivanov S.L., Ivanova P.V., Kuvshinkin S.U. Weather conditions as a factor affecting the performance of modern powerful mining excavators. Journal of Physics: Conference Series. 2019;1399:044070. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1399/4/044070

17. Данилов А. Арктика: обеспечение гидрометеорологической безопасности освоения. Деловой журнал Neftegaz.RU. 2012;(11):С. 58–63. Danilov A. The Arctic: ensuring hydrometeorological safety of development. Delovoy Zhurnal Neftegaz.RU. 2012;(11):С. 58– 63. (In Russ.)

18. Корнишин К.А. Обеспечение защиты от айсберговой угрозы объектов обустройства нефтегазовых месторождений арктического шельфа: дис. канд. техн. наук. М.; 2022. 109 с.

19. Трофимов А.Г. Современные тенденции изменения океанографических условий Баренцева моря. Труды ВНИРО. 2021;186:101–118. https://doi.org/10.36038/2307-3497-2021-186-101-118 Trofimov A.G. The current trends in oceanographic conditions of the Barents Sea. Trudy VNIRO. 2021;186:101–118. (In Russ.) https://doi.org/10.36038/2307-3497-2021-186-101-118

20. Якшина Д.Ф., Голубева Е.Н. Исследование климатических изменений в Чукотском море и море Бофорта на основе численного моделирования. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2022;15(2):60–75. https://doi.org/10.59887/fpg/zkvg-71uu-xk44 Iakshina D.F., Golubeva E.N. Recent Climatic Change Research in the Chukchi and Beaufort Seas Based on Numerical Simulation. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2022;15(2):60–75. https://doi.org/10.59887/fpg/zkvg-71uu-xk44

21. Линьков Я.Е., Кисляков В.Е., Кирсанов А.К., Катышев П.В. Раскрытие взаимосвязи между свойствами морской воды и добычей полезных ископаемых со дна арктического шельфа. Маркшейдерия и недропользование. 2024;(1):10–16. Linkov Ya.E., Kislyakov V.E., Kirsanov A.K., Katyshev P.V. Uncovering the relationship between seawater properties and mineral extraction from the arctic shelf floor. Mine Surveying and Subsurface Use. 2024;(1):10–16. (In Russ.)

22. Ржевский В.В., Нурок Г.А. Технология добычи полезных ископаемых со дна озер, морей и океанов. М.: Недра; 1979. 381 c.

23. Козлов М.Ю. Совершенствование технологий гидроподъема при освоении шельфовых месторождений железо-марганцевых конкреций на основе исследования гидродинамических процессов: дис. канд. техн. наук. М.; 2016. 147 с.