В России около 25-30% ежегодных объемов разрабатываемых рыхлых и связных пород на карьерах приходится на периоды года с отрицательными температурами. Еще больший объем земляных работ в период с отрицательными температурами выполняется в условиях строительства.
В период с отрицательными температурами разработка рыхлых и связных пород сопряжена со значительными трудностями, так как они промерзают иногда до 1,5 м. Разработка мерзлых пород требует их предварительной подготовки (оттаивания, механического или взрывного рыхления), что отрицательно влияет на производительность и себестоимость.
Себестоимость разработки мерзлых рыхлых и связных пород в 2-3 раза выше, чем талых, а производительность примерно во столько же раз ниже.
В зависимости от мощности исполнительных органов экскаваторов, применяемых на карьерах, допустимая глубина промерзания составляет до 0,5 м. На такую глубину грунт промерзает при температуре примерно 263 К (-10°С). Мощность исполнительных органов экскаваторов не является однозначным критерием допустимой глубины промерзания уступов карьеров. Большинство применяемых на карьерах в настоящее время экскаваторов (как цикличных, так и непрерывного действия) обеспечивают разрушение промерзшего слоя глубиной до 0,3-0,4 м. Однако образующиеся при этом куски смерзшихся пород достигают 2 м (по максимальному размеру), что затрудняет их погрузку и транспортирование.
Использование техники непрерывного действия в период с отрицательными температурами становится практически невозможным, так как при глубине промерзания до 15-20 см образующиеся после экскавации куски смерзшейся породы достигают 60-80 см и являются нетранспортабельными для конвейеров. В связи с этим комплексы непрерывного действия останавливают на зимний период, что приводит к большим убыткам.
Одним из основных мероприятий, которое позволит обеспечить круглогодичную разработку рыхлых и связных пород на карьерах с высокими технико-экономическими показателями, является покрытие уступов и бортов карьеров теплоизоляционными материалами, препятствующими промерзанию массива на глубину выше допустимой. Критериями допустимой глубины промерзания являются мощность применяемых экскаваторов, линейные размеры их ковшей и самое главное — транспортабельность образующихся мерзлых кусков породы.
Для оценки глубины промерзания и параметров теплоизоляционных покрытий необходимо для каждого района знать зависимость изменения температуры окружающей среды в зимний период от времени. В том случае, если при известном изменении температуры в зимний период промерзание не превышает допустимой глубины, необходимость в теплоизоляционных покрытиях отпадает, и наоборот.
Толщину и тепловые свойства теплоизоляционных покрытий можно выбирать такими, чтобы полностью предотвратить промерзание уступов и бортов карьеров, или же такими, при которых промерзание будет происходить на глубину, не превышающую допустимую.