Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2025
Идентификатор DOI: 10.7256/2453-8922.2025.2.74431
Ключевые слова: arctic, permafrost, permafrost degradation, thermal impact, coal mining, Yunyaginsky mine, Pechora coal basin, geocryology, heat transfer, engineering infrastructure, арктика, многолетнемерзлые породы, деградация многолетнемерзлых пород, тепловое воздействие, угледобыча, Юньягинский разрез, Печорский угольный бассейн, геокриология, теплоперенос, инженерная инфраструктура
Аннотация: Настоящее исследование посвящено инженерно-геокриологической оценке теплового воздействия добычи минерального сырья на деградацию многолетнемерзлых пород в пределах арктической криолитозоны России. Работа сосредоточена на Юньягинском угольном разрезе и прилегающих подземных шахтах Печорского угольного бассейна, включая ВоргашорскуюПоказать полностью, Воркутинскую и Заполярную шахты. Эти объекты размещены в районах с повсеместным распространением многолетнемёрзлых грунтов и подвержены возрастающему антропогенному тепловому воздействию, связанному с открытой и подземной добычей угля. В исследовании рассматривается, каким образом устойчивые тепловые нагрузки от производственной инфраструктуры, отвалов и вентиляционных выбросов способствуют увеличению глубины сезонного протаивания, перераспределению влаги и снижению прочностных характеристик мерзлых грунтов. Особое внимание уделено пространственной неоднородности температурных аномалий и их зависимости от технологических факторов, таких как интенсивность отработки, параметры вентиляции и температура шахтных вод. В работе использован комплексный подход, включающий натурный температурный мониторинг, бурение инженерно-геологических скважин, лабораторные испытания образцов мерзлых грунтов и численное моделирование процессов теплопереноса для оценки степени и темпов деградации многолетнемерзлых пород под тепловым воздействием. Научная новизна исследования заключается в количественной характеристике тепловых полей, формируемых в условиях промышленной эксплуатации месторождений на фоне многолетних многолетнемерзлых пород, а также в установлении пороговых условий, при которых процесс деградации существенно ускоряется. Моделирование и натурные наблюдения показали, что при плотности тепловой нагрузки, превышающей 100 Вт/м², протаивание многолетнемерзлой породы достигает глубины 3-4 метра за пять лет. В зоне влияния угледобычи глубина сезонного протаивания увеличивается вдвое по сравнению с фоновыми участками и достигает 2,8 м. Отдельные очаги полной деградации многолетнемерзлых пород зафиксированы в районах размещения отвалов и сброса шахтных вод, где температура грунта превышала 0 °C, а содержание влаги достигало более 35 %. Полученные результаты подтверждают необходимость внедрения инженерных мер термозащиты - теплоизолированных платформ, пассивных термосифонов и автоматизированных систем мониторинга - для снижения рисков потери устойчивости инфраструктуры и обеспечения экологически безопасного освоения Арктики. The present study focuses on the engineering and geocryological assessment of the thermal impact of mineral extraction activities on the degradation of permafrost within the Arctic cryolithozone of Russia. The research is centered on the Yunyaginsky coal strip mine and adjacent underground mines of the Pechora coal basin, including Vorgashorskaya, Vorkutinskaya, and Zapolyarnaya. These mining facilities are located in regions characterized by widespread permafrost and are subject to increasing anthropogenic pressure from thermal emissions associated with open-pit and underground coal extraction. The study examines how persistent thermal loads from mining infrastructure, spoil heaps, and ventilation emissions contribute to active layer deepening, moisture redistribution, and strength loss in frozen soils. The assessment accounts for the spatial variability of thermal anomalies and their correlation with operational factors, such as excavation intensity, ventilation flow rates, and drainage water temperature. The study uses a combination of field-based temperature monitoring, geotechnical borehole sampling, laboratory testing of permafrost samples, and numerical modeling of heat transfer processes to evaluate the extent and rate of permafrost degradation under thermal stress. The scientific novelty of the research lies in the quantitative characterization of thermal fields generated by mining operations in Arctic permafrost conditions and the identification of threshold conditions under which permafrost degradation accelerates. Numerical simulations and empirical data indicate that under a thermal load density exceeding 100 W/m², permafrost thawing reaches depths of 3-4 meters over five years. Field observations revealed that the maximum depth of seasonal thawing doubled in the impact zone compared to background sites, reaching 2.8 meters. Additionally, localized permafrost loss was documented in areas near spoil heaps and mine water discharge zones, where ground temperatures exceeded 0 °C and moisture content rose above 35%. The findings underscore the necessity for thermoprotective engineering measures, such as insulated platforms, passive thermosiphons, and automated thermal monitoring systems, to mitigate infrastructure risks and ensure sustainable mining operations in Arctic environments.
Журнал: Арктика и Антарктика
Выпуск журнала: №2
Номера страниц: 69-82
ISSN журнала: 24538922
Место издания: Москва
Издатель: Даниленко Василий Иванович