Способ предупреждения извержений вулканов

 

Изобретение относится к физико-техническому процессу предупреждения опасных проявлений вулканической деятельности. Ослабление физико-механических напряжений вулканического образования осуществляется за счет проходки от вершины кратера, или с боковой стороны вулкана, или в прилегающих породах одной или нескольких выработок заданного сечения на заданную глубину. Эти проходки выполняют с помощью автономных бурильных агрегатов, имеющих автоматизированное управление работой и процессом проходки пород. Первоначально можно пройти на глубину, не достигающую полости накопления парогазовых фаз, оставляя перемычку, которую затем по команде проходят. Технический результат: повышение надежности определения истинного состояния вулканической структуры. 5 ил.

Изобретение относится к физико-технологическим процессам слежения за состоянием вулканов и предупреждений нежелательных и опасных последствий вулканической деятельности геоструктур.

В настоящее время известны направления развития этого процесса, наиболее характерным, представительным и наиболее близким, по мнению заявителя, из которых можно считать способ предупреждения извержений вулканов, включающий регистрацию геофизических характеристик вулканических структур, включая акустические сигналы, гравитационные характеристики, оценку по принятым данным состояния вулканической структуры и выполнение технических операций в породах вулканической структуры для снижения отрицательных проявлений вулканической деятельности на охраняемой территории /I/.

Обладая определенными преимуществами перед аналогами /II-IV/ в том, что способ предусматривает слежение за состоянием вулканической структуры, определение критических характеристик, по которым возможно принятие решения, этот способ имеет и существенные недостатки, которые заключаются в отсутствии комплексных физических методов слежения за состоянием вулканической структуры, малой надежности и недостаточной достоверности определения истинного состояния вулканической структуры, что не позволяет с определенной временной и технической точностью воздействовать на вулканическую структуру и предупреждать отрицательные последствия этой вулканической деятельности.

Технический результат в соответствии с решаемой технической задачей в данном изобретении заключается в повышении надежности определения истинного состояния вулканической структуры и отсутствии принципиальных ошибок в этом определении, что позволяет точно по времени и состоянию вулканической структуры произвести на нее техническое воздействие, предупреждая опасные проявления извержений и, тем самым, повышая техническую культуру всего процесса.

Указанный технический и социальный результат в изобретении достигается за счет того, что способ предупреждения извержений вулканов, включающий регистрацию геофизических характеристик: акустических и гравитационных от геологических структур тела вулкана и выполнение технических операций воздействия на породы вулканической структуры, предусматривает дополнительно регистрацию электромагнитных, тепловых и световых характеристик, излучаемых геоструктурами тела вулкана и подстилающими структурами, причем все выше указанные физические характеристики регистрируют в единые временные интервалы, по совпадению максимальных по времени и минимальных по времени характеристик сигналов указанных физических излучений судят о нормальном или критическом состоянии вулкана по сравнению с аналоговыми статистическими данными, а принимаемые технические операции выполняют за счет проходки одной или нескольких выработок в геологические структуры тела вулкана, начиная от дневной поверхности грунта, по полости пройденной выработки или выработок ведут управляемый и регулируемый по расходам сброс давления парогазовых фаз полостей накопления этих фаз вулканической структуры.

При этом проходку выработки ведут с помощью автономных буровых аппаратов со скоростью проходки 0,1-1,0 пог. м/с.

Причем выработку первоначально проходят, не достигая полости с накопленными в ней парогазовыми фазами, затем по команде проходят оставшуюся перемычку пород и по полости образованной выработки ведут управляемый сброс давления и объема парогазовых фаз вулканической структуры, устраняя нежелательные самоизвержения вулкана.

Осуществление способа таким образом ведет к достижению процесса управляемого воздействия на функционирующую вулканическую систему, к достижению процесса целенаправленного предупреждения неожидаемого внезапного выброса парогазовых фаз вулканом (клапаном Земли) и выводит этот процесс в разряд достаточно контролируемых природных закономерностей, сводя этот процесс к представительному.

Описываемый способ предупреждения спонтанных извержений вулкана поясняется далее простой примитивной схемой, на которой показано геологическое вулканическое образование с разрезом и предполагаемым строением вулканической геоструктуры.

Для обеспечения сбора сведений о вулканической деятельности в недрах вулканического образования в геоструктурах размещают приборы сбора характеристик, излучаемых породами. В качестве таких приборов используют датчики акустического излучения 1, датчики гравитационных характеристик 2, датчики теплового излучения 3, датчики светового излучения 4, датчики электромагнитного излучения 5; настраивают эти указанные датчики на интервалы диапазонов их соответствующих сигналов, излучаемых исследуемой вулканической геоструктурой; устанавливают единые временные интервалы (по времени суток, недели, месяца), в которые производят одновременные приемы всех указанных сигналов, излучаемых исследуемой вулканической геоструктурой, как телом вулкана, так и подстилающими геоструктурами (схематично показаны на упомянутой схеме вулканического образования); в качестве этих сигналов принимают и обрабатывают сигналы: акустического излучения вулканическими и подстилающими геоструктурами, гравитационные характеристики от этих же геоструктур, характеристики теплового излучения этими же геоструктурами, характеристики светового излучения геоструктурами, а также показатели электромагнитного излучения (соответственно сокращенно отмеченные на схеме: АИ, ГрИ, ТИ, СИ, ЭМИ).

Получая данные обработки всех сигналов излучений геоструктурами вулкана и его подстилающими геоструктурами, ведут сравнение полученных величин этих сигналов с аналоговыми статистическими характеристиками - данными, накопленными для аналогичных вулканических и подстилающих геологических структур.

Если анализ сравниваемых характеристик всех полученных сигналов, излучаемых геоструктурами, показывает, что состояние вулканической системы является опасным или критическим с точки зрения его возможного вулканического извержения, принимают решение о превентивном воздействии на вулканическую структуру.

Для предупреждения спонтанного стахостического вулканического проявления (выброса парогазовых фаз, пепла, лавы) на теле вулканической геоструктуры закрепляют направляющие для автономных бурильных агрегатов (на чертехе-схеме не показан этот процесс, как не имеющий прямого отношения к защищаемому процессу; однако при необходимости заявитель может дополнительно представить такие материалы); при этом используют один или несколько автономных бурильных агрегатов (конструкцию этого агрегата выбирают предпочтительно из класса РБА конструкции А.И.Плугина). С помощью таких автономных бурильных агрегатов проходят одну или несколько выработок в геологические структуры тела вулкана, начиная проходку выработки с дневной поверхности, например с поверхности жерла вулкана или с его боковой поверхности.

По полости образованной выработки (или нескольких выработок) ведут управляемый сброс давления парогазовых фаз из полостей вулкана; для такой управляемости используют превентор (предпочтительно конструкции А.И.Плугина) с перекрываемыми и регулируемыми сечениями, имеющими механизм перекрытия сечения превентора после погружения в выработку автономного бурильного агрегата. Управляемый расход (сброс) парогазовых фаз из таких полостей вулкана позволяет разгрузить вулканические парогазовые полости и снять опасные критические давления в этих полостях, что существенно повышает безопасность всех процессов обслуживания привулканических территорий, как и предусматривает деятельность самого вулкана.

Управляемый сброс парогазовых фаз из полостей вулкана можно вести до подхода к устью выработки (выработок) расплава из недр вулкана, что будет свидетельствовать о полном освобождении свободных парогазовых фаз (не растворенных в расплаве, часть которых, ввиду снятия некоторой части внутреннено давления, также выйдет).

Таким способом можно вести разгрузку полостей вулкана, при этом скорость проходки выработки выбирают в пределах 0,1-1,0 м/с, что обеспечивает оперативную проходку в полости парогазовых фаз и не требует обеспечения закрепления стенок выработки благодаря наличию избыточного давления в ее полости при работе агрегата. При такой проходке, зная глубину дрейфа парогазовых фаз, проходку ведут до глубины, не проникающей в полость парогазовых фаз, оставляя перемычку около 50-100 м, которую затем по команде проходят, бурильным агрегатом жертвуют, вводя его в полость парогазовых фаз, и ведут, как указано, управляемый сброс парогазовых фаз из структуры вулкана.

Таким образом, разработанный способ предупреждения неуправляемого извержения вулкана является, по мнению заявителя, новым направлением в технологии управления опасными природными явлениями, как это имеет место в случае вулканической деятельности недр.

Пример реализации изобретения.

На исследуемой структуре поверхности грунта, а также в полости скважин размещают приборы приема электромагнитных волн, акустических волн, гравитационных и сейсмических волн от изучаемых пород и тела вулкана. Выявляют более напряженные зоны в исследуемых структурах пород. Для более точного и достоверного анализа принимаемых излучений в полостях скважин дополнительно размещают излучатели соответственно акустических волн, гравитационных и сейсмических волн, величины и интенсивность характеристик которых выбирают согласующимися с естественными излучениями, чтобы получить резонансное наложение излучений и повысить тем самым достоверность величины сигнала. Для повышения эффекта распространения излучаемых сигналов их посылают одновременно в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Определив значения и величины принятых сигналов и сравнив их с аналоговыми значениями для типичных вулканических структур, делают вывод о состоянии вулканического образования и при установлении критического состояния принимают решение о сбросе части накопленных парогазовых фаз.

Источники информации

I. SU 986192, G 01 V 1/104, 1980 (прототип).

II. Афанасьев Ю.В. и др. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. - Л.: Энергия, 1972, с.270-271.

III. US 4319648, E 02 F 5/18, 1977.

IV. RU 1621608, E 02 F 5/18, 1989.

Формула изобретения

Способ предупреждения извержения вулкана, включающий регистрацию геофизических характеристик от геологических структур тела вулкана, включая акустические, гравитационные, выполнение технических операций в породе вулканической структуры, отличающийся тем, что дополнительно с помощью соответствующих датчиков регистрируют сигналы электромагнитных, тепловых и световых характеристик, излучаемых геоструктурой тела вулкана и подстилающими структурами, настраивают указанные датчики на интервалы диапазонов их соответствующих сигналов, излучаемых исследуемой вулканической геоструктурой, устанавливают единые временные интервалы, в которые производят одновременные приемы всех указанных сигналов, обрабатывают полученные сигналы, по совпадению максимальных по времени и минимальных по времени характеристик сигналов судят о нормальном или критическом состоянии вулкана по сравнению с аналоговыми статистическими данными, а технические операции выполняют за счет установки на теле вулкана автономных бурильных агрегатов, от которых проходят одну или несколько выработок в геоструктуры тела вулкана, начиная от дневной поверхности грунта вулкана, по полости пройденной выработки с помощью превентора ведут управляемый сброс давления парогазовых фаз из полости их накопления в вулканической структуре, понижая давление в этой области, при этом проходку выработки или выработок ведут со скоростью 0,1-1,0 м/с, выработку первоначально проходят, не достигая полости с накопленными парогазовыми фазами, оставляя перемычку глубиной 50-100 м, а затем по команде проходят оставшуюся перемычку, из полости пройденной выработки ведут сброс давления парогазовых фаз.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5