Методическое пособие 750

PERSPECTIVES OF CYCLONE AND INERTIAL DUST COLLECTOR

USE FOR CLEANING DUST AND GAS STREAMS

The proposed new design of dust collectors are inertial and centrifugal types, and describes their advantages compared to traditional designs, as well as opportunities to increase efficiency and improve aerodynamics

Voronezh Institute of firefighting and rescue Ivanovo branch of the Academy of state fire service of EMERCOM of Russia

УДК 624.138.4

Н. А. Ларионова

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ АКТИВНЫМИ ЗОЛАМИ ТЕПЛОВЫХ СТАНЦИЙ

В работе проведена оценка эффективности использования активных зол для укрепления глинистых грунтов в качестве самостоятельного вяжущего. Выявлено влияние особенностей состава грунтов и зол на процессы твердения и характера изменения прочности образцов во времени. Подчеркнуто влияние органических веществ кислого состава на процесс твердения смесей и изменения их свойств

В настоящее время обостряются проблемы охраны окружающей среды и рационального природопользования. Среди главных проблем экологического, экономического и социального характера выделяются проблемы, связанные с увеличивающимися объемами промышленных отходов и необходимостью их утилизации. К их числу относятся золошлаковые отходы, образующиеся при сжигании на ТЭС и ГРЭС твердого топлива. Установлена возможность использования зол в производстве строительных материалов с заданными свойствами, в том числе и их применения для укрепления грунтов в дорожном строительстве. Однако до сих пор процент востребованности зол, по сравнению с экономически развитыми странами, крайне низкий.

Золы, полученные от сжигания некоторых видов топлива (КанскоАчинские бурые угли, горючие сланцы, торф) отличаются повышенным содержанием окиси кальция в своем составе, что предопределяет возможность их использования для укрепления грунтов в качестве самостоятельного вяжущего материала. Однако ограничены сведения о процессах твердения активных зол в чистом виде и в композиции с грунтами. В связи с этим задачей исследований являлось определение влияния состава глинистых грунтов на эффективность их укрепления активными золами, оценке изменения прочностных свойств зологрунтовых материалов во времени.

Исследования проводились на суглинках, отличающихся по химикоминеральному составу, в том числе по содержанию органических веществ. Суглинок средний гумуссированный содержал 5,91 % органических веществ

101

кислого состава, а суглинок тяжелый – на порядок меньше 0,57 %. При этом они отличались высокой гидролитической кислотностью – 7,21-8,82 мг∙экв/100 г грунта. Покровный суглинок содержал минимальное количество органических веществ (0,12 %). Исследованные глинистые грунты, в силу особенностей их состава, являются достаточно сложными объектами для укрепления их даже цементом, при этом для получения необходимых показателей прочности и морозостойкости материалов требуется повышенные его дозировки.

В качестве самостоятельного вяжущего для укрепления суглинков использовались сланцевая и торфяная золы сухого удаления. Сланцевая зола Прибалтийской ГРЭС высокодисперсная, ее удельная поверхность составляет 4150 см2/г. Она характеризуется высоким содержанием окиси кальция, в том числе свободной CaOсвоб. 6,5-7,0% и присутствием клинкерных минералов. Торфяная зола (циклонная) отобрана на Лидской ТЭЦ (Беларусь) отличалась меньшей удельной поверхностью 2600 см2/г. Общее содержание CaO в ее составе достигало 37,15%, в том числе CaOсвоб. – 17,67 %.

Исследования процессов твердения зол и зологрунтовых систем проводились на образцах, изготовленных при оптимальной влажности смеси и нагрузке уплотнения 3,0 МПа. В системах со сланцевой золой нагрузка уплотнения составляла 10,0 МПа. Золы добавлялись в грунты в количестве 10-50 %.

Процесс твердения зол основан на гидролизе и гидратации клинкерных минералов с последующим образованием гидратных соединений. Присутствие свободной гидроокиси кальция обеспечивает высокую щелочность системы

(pH=12-12,5):

При этом активизируется стекловидная фаза зол, что приводит к выносу в поровый раствор подвижных форм SiO2 и Al2O3, взаимодействие которых с известью и гипсом приводит к формированию дополнительных гидратных новообразований.

Пересыщение порового раствора известью при высоких показателях pH способствует формированию гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, обеспечивающих упрочнение зольного камня в процессе твердения.

Особое внимание уделялось изучению процесса твердения глинистых грунтов, которые не всегда поддаются укреплению даже цементом, в связи с высоким содержанием органики кислого состава. Негативное влияние этих соединений на эффективность укрепления грунтов цементом отмечалось ранее В.М. Безруком и другими исследователями. Даже небольшое присутствие органического вещества кислого состава тормозит процесс твердения образцов.

В сильнощелочной среде повышается емкость поглощения глинистых грунтов, их обменная и сорбционная способность к кальцию, увеличивающаяся во времени. Только за первые 7 суток взаимодействия глинистых грунтов с насыщенным раствором Ca(OH)2 концентрация извести в системах снижается на 98-112 мг-экв/100 г грунта за счет адсорбции CaO. При этом некоторое количество извести вступает в реакцию нейтрализации гидролитической кислотности

102

грунтов. Эти процессы снижают концентрацию извести в поровом растворе систем, а органические вещества экранируют поверхность активных минералов грунтов, ограничивая вступление их в реакцию.

При укреплении грунтов прочность образцов повышается с увеличением дозировки активных зол и времени твердения. Для всех исследованных грунтов оптимальной явилась 30-40 % дозировка золы. Поэтому сравнение полученных результатов по выявлению влияния состава грунтов на характер твердения смесей рассмотрено при 30 % дозировке зол.

Процесс твердения зологрунтовых смесей значительно отличается от чисто зольных систем. Интенсивность взаимодействия и степень преобразования глинистых грунтов в щелочной среде, условия формирования и состав новообразований контролируются концентрацией извести в зологрунтовых системах. Их прочность в воздушно-влажных условиях и при водонасыщении практически в 2-3 раза меньше, по сравнению с зольными образцами. Наиболее активно прочность образцов увеличивается к 90-180 суткам твердения (таблица).

Изменение прочности укрепленных грунтов во времени

Примечание: * − по данным [2]; ** − [1] Сравнение процесса твердения чистых гидратированных зол и глинистых

грунтов, укрепленных золами, показывает, что наибольшими показателями прочности отличаются образцы с использованием сланцевой золы, что обусловлено большей ее дисперсностью и активностью, наличием большего количества клинкерных минералов. Снижение концентрации извести, в результате протекающих в зологрунтовых системах, оказывает существенное влияние на процесс твердения образцов и, соответственно, на их прочностные показатели. В значительной степени это прослеживается на примере органосодержащих суглинков. Снижение концентрации извести в поровом растворе систем ухуд-

103

шают условия нормального твердения материалов. При этом создаются условия для образования хемосорбционных новообразований, роль которых в формировании прочности существенно меньшая, по сравнению с кристаллическими, формирующимися в чистых зольных системах. Для них на протяжении длительного времени (180 сут) сохраняется относительно невысокая прочность образцов, по сравнению с образцами покровного суглинка, укрепленного сланцевой золой. Минимальное присутствие органических веществ в грунте (0,12 %) не оказывает негативного влияния на процесс твердения смесей. Образцы к 90 суткам твердения отличаются высокой прочностью (3,5-4,0 МПа), не отмечается снижения или замедленного ее роста в определенные периоды твердения.

При укреплении гумуссированных суглинков активными золами в поровом растворе систем снижается концентрация извести в результате протекающих процессов нейтрализации и адсорбции CaO компонентами грунтов. Это тормозит процесс активизации стекловидной фазы золы и исключает возможность возникновения кристаллических форм новообразований. В этих композициях уже полностью связана свободная известь, а новообразования представлены в виде рентгеноаморфных гелеобразных продуктов реакций.

Таким образом, установлена возможность и целесообразность использования активных зол для укрепления глинистых грунтов, это обеспечивает частичную или полную замену традиционных вяжущих материалов (цемента, извести). Эффективность их укрепления зависит от особенностей состава грунтов и активности используемых зол. Лучший эффект по использованию зол достигается при укреплении глинистых грунтов с содержанием органических веществ не более 1,0 %. Эффективность укрепления глинистых грунтов золами зависит от их состава, активности, дозировки и времени твердения.

смесей при строительстве автомобильных дорог/ Обзорная информация отечественного и зарубежного опыта применения отходов от сжигания твердого топлива на ТЭС. − М.: Союздорнии, 2003. – 32 с.

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия

N. A. Larionova

EVALUATION OF EFFICIENCY OF STRENGTHENING SOILS BY ACTIVE FLY ASHESOF THERMAL STATIONS

104

The work evaluates the effectiveness of the use of active fly ashes to strengthen clay soils as an independent binder. The influence of the peculiarities of the composition of soils and ashes on the hardening processes and the character of the change in the strength of the samples in time have been revealed. The influence of organic substances of acidic composition on the process of hardening mixtures and changing their properties is emphasized

Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia

УДК 624.131.3

А. М. Янников, Ю. Ю. Янникова

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОД ЭЛЬГЯНСКОЙ СВИТЫ В ОКОЛОТРУБОЧНОМ ПРОСТРАНСТВЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТРУБКА «ИНТЕРНАЦИОНАЛЬНАЯ»

В статье приведена инженерно-геологическая характеристика вмещающих пород эльгянской свиты в околотрубочном массиве трубки «Интернациональная». Произведена их литологическая разбивка, рассмотрены и изучены основные литологические разности пород и отложений, слагающих вмещающий массив в околотрубочном пространстве, приведены результаты по определению основных физических и механических свойств по основным литологическим разностям

Эльгянская свита (Є1 el) впервые выделена А.К. Бобровым в 1948 году в разрезах на реке Эльгян – левом притоке реки Олечма [1]. Палеонтологическая характеристика свиты дана В.В. Хоментовским и Л.Н. Репиной [2]. Свита сложена известняками и доломитами. Эльгянская свита согласно залегает на породах нелбинской свиты, перекрывается породами толбачанской [3,4].В пределах околотрубочного пространства коренного месторождения трубка «Интернациональная» глубина залегания эльгянской свиты – 1442,5 (а. о. кровли - 1042,5 м) [4].

Отложения представлены известняками доломитизированными с прослоями водорослевых, реже глинистых известняков, известковистых доломитов и доломитистых алевролитов. Выход керна 95-100%.

Массив отложений эльгянской свиты преимущественно сложен тремя литологическими разностями (известняки, доломиты и алевролиты). Охарактеризуем каждую литологическую разность отдельно [5].

Известняки слагают до 60% от общей мощности свиты. Породы характеризуются следующими прочностными параметрами и физическими характеристиками:

средняя величина прочности на одноосное сжатие составляет 105,76 МПа;

средняя величина прочности на растяжение составляет 13,23 МПа;

средняя величина удельного сцепления составляет 33,5 МПа;

влажность составляет 0,09%;

удельная масса – 2,97 г/см3;

объёмная масса – 2,88; г/см3;

105

общая пористость – 1,01%.

Доломиты вторая по распространённости литологическая разность, составляет около 25% от общей мощности. Породы характеризуются следующими прочностными параметрами и физическими характеристиками:

средняя величина прочности на одноосное сжатие составляет 109,1 МПа; средняя величина прочности на растяжение составляет 11,35 МПа;

средняя величина удельного сцепления составляет 32,2 МПа; влажность составляет 0,6%; удельная масса – 2,85 г/см3; объёмная масса – 2,75 г/см3.

Алевролиты. Данные терригенно-карбонатные породы характеризуются следующими прочностными параметрами и физическими характеристиками:

средняя величина прочности на одноосное сжатие составляет 86,36 МПа;

средняя величина прочности на растяжение составляет 11,86 МПа;

средняя величина удельного сцепления составляет 26,8 МПа;

влажность составляет 0,34%;

удельная масса – 2,86 г/см3;

объёмная масса – 2,84 г/см3;

общая пористость – 2,58%

В целом массив пород по степени трещиноватости неоднороден и изменяется от II до IV класса. Нефтепроявлений по керну не отмечено, за исключением единичных пятен и примазок в кровле свиты. Также по всему интервалу отмечаются небольшие (до 0.5 см) единичные каверны, приуроченные к известковистым разностям карбонатных пород.

Характеристика прочностных параметров и физических свойств пород эльгянской свиты приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1 Средние значения физических свойств основных литологических

разностей нижнепалеозойских отложений эльгянской свиты, вскрываемых скважиной № 307

106

Таблица 2 Средние значения прочностных свойств основных литологических

разностей нижнепалеозойских отложений эльгянской свиты, вскрываемых скважиной № 307

Литература

1.Геология, гидрогеология и геохимия нефти и газа южного склона Анабарскойантеклизы / Е.И. Бодунов, В.Л. Белецкий, Г.С. Фрадкин и др. Якутск изд. ЯФ СО АН СССР, 1986. 176 с.

2.Гидрогеология СССР. Том XX. Якутская АССР. М. Недра, 1970 г.

3.Гиниятулин И.М., Блажкун Д.В., Ивашина Е.И., Коробков Г.В. Материалы к легенде Ботуобинской серии листов геологических карт масштаба 1:50000. Министерство геологии РСФСР, Мирный 1989 г.

4.Зуева И.Н, Уткина Н.А., Бодунов Е.И. Химическая структура нафтидов.

Далдыно-Алакитского района. (По данным ИК- и УФ-спектроскопии). Якутск изд. ЯФ СО АН СССР, 1987. С. 99-110.

5. Загоруйко А.А., Янников А.М. Отчёт о результатах геологического изучения глубоких горизонтов трубки «Интернациональная» в интервале абсолютных отметок -1050 - -1250м с подсчетом запасов алмазов по состоянию на 01.01.2017г в 6-ти книгах(Объект «Глубокий-4»)Лицензия ЯКУ № 15827 КП.

107

Книга 4. Текст.результаты бурения скважины № 307 с комплексом гидрогеологических и геофизических исследований в районе трубки «Интернациональная» в 2015-2017 гг. Мирный. 2017г.

«Воронежский государственный университет», г. Воронеж, Россия

M.A. Annikov, Yu.Yu Аnnikova

ENGINEERING-GEOLOGICAL CHARACTERISTICS OF ROCKS THE ELGIN SUITE IN ALLOTROPICAL SPACE FIELD TUBE "INTERNATIONAL"

The article presents the engineering geological characteristics of the enclosing rocks the Elgin Suite in allotropical the array tube "International". Made their lithological breakdown, this paper discusses the main lithological difference of rocks and sediments forming the enclosing array in allotropical space, the results on determination of basic physical and mechanical properties according to the main lithological differences

"Voronezh state University», Voronezh, Russia

УДК 502

В. Н. Глазнев, В. Л. Бочаров

ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АСПЕКТ ОЦЕНКИ ПЕРСПЕКТИВ НЕФТЕГАЗОНОСНОСТИ ЮЖНОЙ ПЕРИФЕРИИ ВОРОНЕЖСКОГО КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАССИВА

Краевые области кристаллических фундаментов щитов и массивов представляют собой важнейший объект для поисков месторождений углеводородного сырья. В качестве полигона для разработки научного обоснования и методики проведения поисков и разведки залежей углеводородов может служить Воронежский кристаллический массив. Индикатором промышленных скоплений нефти и газа являются соленосные гидрогеологические формации

К настоящему времени практически на всех континентах и в большинстве крупных акваторий установлены многочисленные залежи и месторождения углеводородов, пространственно и генетически связанные с метаморфическими образованиями консолидированного фундамента (так называемые «сланцевая нефть»). Многие месторождения подобного типа имеют промышленное значение и интенсивно разрабатываются: Хьютон-Панхенд и Стефенсон Каунти (США), Ла-Пас (Боливия), Нафура-Ауджила (Ливия) и другие. Ранее в нашей стране по причине разных обстоятельств столь важному объекту нефтегазопоисковых исследований уделялось недостаточно внимания, несмотря на то, что к настоящему времени открыто несколько месторождений и проявлений газа на территории России и Украины. По значительному числу скважин из кристаллического фундамента получены притоки углеводородов. Таким образом, кристаллический фундамент, особенно краевые части плит, наряду с полярным

108

шельфом представляют собой важнейший объект поисков новых месторождений углеводородного сырья [1].

В качестве полигона для разработки научного обоснования и методики проведения поисков и разведки новых месторождений углеводородного сырья с учетом жестких экологических ограничений может служить Воронежский кристаллический массив. О значительных перспективах именно этой части Вос- точно-Европейской платформы свидетельствуют следующие факты:

1.В пределах юго-западного склона кристаллического массива на контакте этой структуры с Днепрово-Донецким авлакогеном на территории Украины выявлены пять месторождений нефти и газа, наиболее крупными из которых являются Хухринское, Коробчинское, Юльевское [2].

2.На юго-восточной части погружения Воронежского кристаллического массива установлены многочисленные проявления нефти и газа в глубинных горизонтах осадочного чехла и в кристаллическом фундаменте [3]. В пределах восточной части кристаллического массива в зоне его сочленения с Приволж- ско-Хоперской подвижной зоны также установлены многочисленные геохимические признаки углеводородов. Одним из важнейших признаков является наличие соленых хлоридно-натриевых вод так называемой надсолевой гидрогеологической формации, сопровождающей продуктивные на нефть осадочнометаморфические толщи[4].

По современным геолого-геофизическим представлениям южная часть Восточно-Европейской платформы представляет собой обособленную структурную единицу, определяемую под общим названием – Сарматская плита [3]. Комплексное геолого-геофизическое изучение показало, что кристаллический фундамент Сарматии сложен архейско-протерозойскими породами, а в глубинном строении плиты различия ее отдельных крупных блоков просматриваются на уровне верхней мантии. В рамках тектоно-стратиграфической схемы Сарматии объединяются тождественные комплексы Украинского щита и Воронежского кристаллического массива. Важно отметить, что пространственная ориентировка комплексов фундамент имеет преимущественно северо-западное простирание, а в осадочном чехле Сарматской плиты существует весьма значительный по размерам Днепрово-Донецкий авлакоген, ориентированный в юговосточном направлении и разделяющий плиту примерно на равные части. Суммарная мощность осадочных пород в пределах Днепрово-Донецкого авлакогена, представленных отложениями кайнозоя, мезозоя и палеозоя, оцениваются по геофизическим данным в 15-20 км [2].

Территория южного склона Воронежского кристаллического массива примыкает к восточной части Украины, где последние 15-20 лет ведутся интенсивные работы по поискам нефтяных и газовых месторождений. В результате планомерных геофизических исследований и большого объема опорного бурения в пределах авлакогена обнаружены промышленной скопление углеводородов. Современному этапу активизации обязаны своим происхождением значительным запасам Абазовское, Анастастьевское, Артюховское, Руденковское,

109

Солоховское, Талалаевское, Шебелинское, Яблоновское и другие месторождения газа, конденсата и легкой нефти. Более древние проявления небольшими остатками залежей тяжелой нефти, асфальта. Возраст промышленных залежей определяется как прямыми датировками возникновения битумов – менее 1 млн лет, так и косвенными оценками по наличию зон аномально высоких пластовых давлений, которые при реально проницаемости экранов не способны сохранятся на протяжении геологически значимого времени без непрерывной подпитки высоконапорными флюидами. Рядом исследователей предполагается генетическая связь залежей углеводородов с глубинными флюидными потоками, способствующими формированию крупных месторождений и поддержанию в них зон аномально высоких пластовых давлений. Состав таких флюидных потоков указывает на их связь с внутрикоровыми интрузиями щелочно-ультраосновных пород [1].

Выявление пространственные и генетические особенности промышленных скоплений углеводородов в пределах Днепрово-Донецкого авлакогена, позволят предполагать, что и на южных склонах Воронежского кристаллического массива можно обоснованно ожидать некоторые сходные черты в строении кристаллического фундамента, которые также могут способствовать накоплению залежей углеводородов. Естественно, что масштабы таких проявлений будут не столь значительными, но принципиальный вопрос о роли глубинных флюидных потоков и их связь с зонами разуплотнения в верхней части земной коры, вполне может быть решен на основе использования современных технологий геофизической интерпретации.

В рамках этой общей фундаментальной проблемы основной целью исследования является поиск возможных флюидопроницаемых зон в кристаллической земной коре региона и оценка перспектив таких зон на обнаружение скоплений углеводородов в пределах южных и юго-восточных склонов Воронежского кристаллического массива, где уже сейчас обнаружены соленные хлоридно-натриевые воды – спутники углеводородных формаций: Мазурка, Октябрьское (Поворинский район); Петровское, Теллермановский (Борисоглебский район); Альферовка, Новоильменский, Карбовское (Новохоперский район) и др. Решение поставленной научной задачи имеет чрезвычайно важное значения для выяснения фундаментальных закономерностей накопления и перераспределения углеводородов в верхней части кристаллической земной коры Воронежского массива, расширение минерально-сырьевой базы углеводородного сырья Центрального федерального округа Российской Федерации.

Литература 1. Балашов Ю.А. Эндогенные циклы в проблеме корообразования/

Ю.А. Балашов, В.Н. Глазнев// Геохимия, 2006, № 2. – С. 131-140.

2. Гордиенко В.В. Активизация, нефтегазоносность и аномалии физических полей в некоторых районах Украины/ В.В Гордиенко, О.В. Завгородняя // Геофиз. журнал, 2000, т. 22, № 1. – С. 10-20.

110