Способ снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду при его извержении



Способ снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду при его извержении
Способ снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду при его извержении

 


Владельцы патента RU 2434096:

Перфилов Александр Александрович (RU)

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к вопросам экологической безопасности, и может быть применено в строительстве и при разработке полезных ископаемых вблизи действующих вулканов, а также в целях очистки воздушного пространства от облака пепла. Способ включает комплекс исследований в полном объеме, на основании которого создают разрыхленную зону в склоне вулкана под пробкой кратера и проходят канал отвода магмы методом направленного взрыва. Вокруг кратера создается шатровидная конструкция, состоящая из металлической наэлектризованной сетки с ребрами жесткости, которая с помощью воздушных шаров или дирижаблей поднимается на должную высоту вверх и управляется дистанционно посредством тросов с натяжными устройствами. К нижней части конструкции по ее периметру прикреплен фартук из высокопрочных и жаростойких полимеров, что позволяет ограничить разлет камней, щебня и песка, а также отфильтровать поток пепла от дисперсных частичек. Вокруг кратера и по склонам вулкана проложены трубы с форсунками по которым нагнетается вспенивающая или жаропоглощающая жидкость, которая коогулирует частицы пепла и способствует их выпадению вблизи кратера. Технический результат заключается в снижении влияния выброса камней и пепла в процессе извержения вулкана на окружающую среду. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, в частности к вопросам экологической безопасности, и может быть использовано при строительстве городов и инженерных объектов, а также при разработке полезных ископаемых вблизи действующих вулканов. Актуальность изобретения.

В этом году произошел взрыв вулкана в Исландии. Облако пепла на неделю прервало все полеты самолетов, что принесло убытку 4 млрд дол. и много неприятностей людям. Со всей фантастической техникой 21 века никаких воздействий на облако пепла по очистке воздушного пространства Европы не производилось.

Ученые точно спрогнозировали момент извержения и известили население. Но никаких рекомендаций по устранению облака пепла не дали. У нас на Камчатке много действующих вулканов и загрязнение воздушного пространства происходит чаще, чем в Исландии.

Местные власти предприняли некоторые действия: прорыли отводной канал для магмы и поливали магму из пожарных шлангов. Эти меры дали положительный результат. Вот и все. В общем, меры не достаточные и актуальность создания способа снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду и, в частности, для очистки воздушной среды от облаков пепла является актуальной задачей.

Известен способ снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду при его извержении, включающий комплекс исследований в полном объеме, согласно которому определяют возможный гипоцентр землетрясения и вероятный срок извержения вулкана, глубину залегания и напряженность блочной системы опорного пояса, глубину зоны скопления магмы и зоны возможного ее плавления, на основании полученных данных создают разрыхленную зону в склоне вулкана под пробкой кратера, при этом в зависимости от рельефа местности и глубины зоны скопления магмы, а также глубины залегания опорного пояса бурят скважины с поверхности или из штольни, проводимой для этой цели к центру вулкана, причем буровые скважины используют для предварительного ослабления горного массива на первом этапе путем гидроразрыва, а на втором этапе ослабления массива используют выщелачивание, после создания разрыхленной зоны создают канал отвода магмы методом направленного взрыва [1].

Данный способ в какой-то мере снизит сотрясательное воздействие извержения на поверхность земли, что совместно с повышением сейсмостойкости зданий сохранит близлежащие города. Излияние магмы тоже приведено в управляемое русло. Однако извержение вулкана сопровождается еще и разбросом камней и пепла на большие площади. Но вопрос снижения влияния этих факторов ни в этом способе, ни в других не рассматривается [2, 3, 4].

Вышеприведенный способ взят нами в качестве прототипа [1]. Предлагаемое изобретение является по сути его расширением. Но, в целях уменьшения затрат и сокращения объемов работ и срока ввода фильтрационного объекта в эксплуатацию, данный способ можно применять самостоятельно (без бурения дорогостоящих скважин).

Целью изобретения является создание способа снижения влияния выброса камней и пепла в процессе извержения вулкана на окружающую среду, особенно дисперсных частиц пепла, которые разносятся на значительные расстояния и, находясь в атмосфере, препятствуют сообщениям аэрофлота. Данная цель достигается путем создания вокруг кратера вулкан шатровой конструкции из наэлектризованной металлической сетки с ребрами жесткости и свисающим фартуком из высокопрочных и жаростойких полимеров. Шатровая конструкция поднимается на должную высоту с помощью воздушных шаров (стратостатов) или дирижаблей.

Из всего многообразия полимеров в экстремальных условиях извержения вулкана наиболее приемлемы УГЛЕПЛАСТИКИ. Наполнителем в этих полимерных композитах служат углеродные волокна, которые получают из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, сополимеров акрилонитрила нефтяных и каменноугольных пеков и т.д.

На основе углеродных волокон и углеродной матрицы создают композиционные углеграфитовые материалы, способные долго выдерживать в инертных или восстановительных средах температуры до 3000 град. Углепластики очень легки и в то же время прочные материалы [5]. Например, полимер этого класса, названный «Хайпол», обладает следующими параметрами: рабочая температура до 2000 град, химическая инертность к окислительным средам, не горит, в 1,5 раза легче алюминия (htt://highpol.com/). Вызывает интерес последняя разработка российских ученых - полимер ГРАФИН, обладающий особенными и экзотическими свойствами (htt://newchemistry.ru/). Углеродные тонкие пленки, полученные из этих полимеров, могут быть использованы в качестве фартука указанной выше конструкции. Т.к. все углепластики хорошо проводят ток, то наэлектризованный фартук, кроме оградительных функций, может сам коагулировать и абсорбировать взвешенные микрочастицы пыли.

Материалом для воздушных шаров обычно служат эластомеры, т.е. природные или синтетические каучуки. Каучук обладает способностью обратимо растягиваться до 900%. На конструкции закрепляются научная аппаратура, датчики, видеокамеры, передатчики видео- и телеметрической информации, источник электризации сетки и питания научной аппаратуры(ветряк). Подачу электроэнергии дублировать с земли по проводам, прикрепленным к натяжным тросам.

Грузоподъемность шаров практически не ограничена. На фиг.1 представлен вертикальный разрез толщи пород: 1 - кратер, 2 - жерло, 3 - пробка, 4 - скопление магмы и газа, 5 - отводной канал магмы, 6 - опорный пояс, 7 - город, 8 - зона возможного плавления, 9 - поле физического воздействия (вибрационное, магнитное или ультразвуковое), 10 - разрыхленная зона, а также вид на металлическую шатровую конструкцию сбоку:

14 - металлическая сетка с ребрами жесткости 15, 23 - полимерный фартук, 25 - натяжное автоматическое устройство с тросом - 24, 21 - предохранительный клапан, 1 - воздушный шар (стратостат) или дирижабль, 13 - аппаратурный отсек, 22 - научно-инструментальный пояс с датчиками - 16, трубопровод с форсунками 17, электрический источник питания (ветряк) - 12, спутниковый ретранслятор - 19, наземная камера наблюдения - 18, воздушная камера наблюдения - 20.

На фиг.2 представлен вид на конструкцию сверху:

15 - ребра жесткости (обручи), 21 - предохранительный клапан, 22 - научно-инструментальный пояс, 23 - полимерный фартук, 24 - трос, 25 - натяжное автоматическое устройство, 18 - наземная камера наблюдения.

С момента пробуждения вулкана начинают подготовку к осуществлению проекта по охране окружающей среды, заранее разработанного, частью которого является реализация задач данного изобретения: определяют возможный гипоцентр землетрясения и вероятный срок извержения вулкана, глубину залегания и напряженность блочной системы опорного пояса, глубину зоны скапливания магмы и зоны возможного плавления магмы. На основании научных данных проводятся мероприятия по созданию разрыхленной зоны в целях облегчения выхода магмы на поверхность, строится отводной канал, а также проводятся мероприятия по другим пунктам проекта.

Параллельно на ровной поляне вблизи вулкана собирается шатровая конструкция из готовых элементов. Конструкция проста и может быть собрана в короткое время. Конструкция оснащается датчиками, научной аппаратурой, элементами слежения и автоматического управления. Шары (стратостаты) наполняются газом, вся конструкция поднимается в воздух на небольшую высоту, и тросами с помощью машин транспортируется к вулкану, и закрепляется с помощью натяжных устройств.

По склону и вокруг жерла вулкана прокладывается трубопровод с форсунками для вспенивающейся или жаропоглощающей жидкости. На безопасном расстоянии в укрытиях вокруг кратера устанавливаются видеокамеры.

Данные с датчиков, видеокамер и аппаратуры автоматически поступают на сборный пункт и передаются спутниковой антенной в пункт управления и всем заинтересованным научным центрам во всем мире.

По мере пробуждения вулкана усиливается приток газа и пара. В зависимости от их давления и температуры воздушные шары с шатровой конструкции автоматически или по команде оператора могут подниматься или опускаться (подтягиваться натяжными устройствами).

Посредством видеокамер будет вестись наблюдение за подъемом шаров и дистанционно управляемые натяжные устройства будут центрировать шатер относительно жерла вулкана.

Металлическая сетка может быть наэлектризована от батарей или ветряка, установленных на аппаратурном отсеке, а также электроэнергия должна быть продублирована с земли по кабелю, проложенному по тросам. При этом, в целях устранения утечки заряда на землю, тросы закрепляются на шатровой конструкции через изоляторы.

При выбросе камней и пепла из жерла вулкана прочная шатровая конструкция будет предохранять местность от их разброса. Чем более бурный выброс камней и пепла, тем выше будут подниматься шары с конструкцией, при этом высота подъема алгоритмически связана с датчиками давления и температуры. В экстренном случае сработает предохранительный клапан.

Пенная или водяная «баня», создаваемая истечением жидкости под давлением из форсунок, расположенных вокруг жерла, способствует коагуляции мелких фракций пепла и их выпадению вблизи вулкана.

Наэлектризованная металлическая сетка способствует прилипанию к ней дисперсных частиц пепла, так досаждающих работе авиации: залепляются окна ограничивая обзор, выключаются двигатели.

По шлейфу газа и пепла можно на воздушных шарах поднимать металлические сетки любой конфигурации: плоские, изогнутые дугой и т.д.

Создание разрыхленной зоны в толще пород мероприятие высокозатратное с вероятностным положительным исходом. Создание же оградительной фильтрующей конструкции из металлической сетки проще, реальнее и менее затратное. Данный способ позволит значительно сократить убытки авиафирм от облаков пепла, пока составляющие 4 млрд дол., а вулкан еще дымит. В 1820 г. извержение вулкана продолжалось 2 года. Сколько неприятностей и затрат может принести извержение только одного вулкана. А их на Земле множество.

Источники информации

1. RU 2 351 964 C2, G01V 9/00, 2006.

2. RU 2 231 092 C2, G01V 9/00, 2003.

3. RU 2098850 C1, 1997.

4. RU 2343508 C1, 2009.

5. Конкин А.А. Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы. М.: Высшая школа, 2004.

1. Способ снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду при его извержении, включающий создание разрыхленной зоны в склоне вулкана под пробкой кратера и канала отвода магмы методом направленного взрыва, отличающийся тем, что вокруг кратера создается шатровидная конструкция, состоящая из металлической наэлектризованной сетки с ребрами жесткости, которая с помощью воздушных шаров или дирижаблей поднимается на должную высоту вверх и управляется дистанционно посредством тросов с натяжными устройствами, дополнительно к нижней части конструкции по ее периметру прикреплен фартук из высокопрочных и жаростойких полимеров, что позволяет ограничить разлет камней, щебня и песка, а также отфильтровать поток пепла от дисперсных частичек.

2. Способ снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду при его извержении по п.1, отличающийся тем, что вокруг кратера и по склонам вулкана проложены трубы с форсунками, по которым нагнетается вспенивающая или жаропоглощающая жидкость, которая коогулирует частицы пепла и способствует их выпадению вблизи кратера.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидротехническому и природоохранному строительству и может быть использовано в качестве лавинозащитного сооружения на горных лавиноопасных участках дорог, населенных пунктов и других объектов.

Изобретение относится к гидротехническому и природоохранному строительству и может быть использовано в качестве противолавинного сооружения на горных лавиноопасных участках дорог, населенных пунктов и других объектов.

Изобретение относится к гидротехническому и природоохранному строительству, а именно к противолавинным сооружениям, используемым на лавиноопасных участках дорог, населенных пунктов и других объектах горной инфраструктуры.

Изобретение относится к устройствам для защиты сооружений от воздействия снежных лавин. .

Изобретение относится к защитным сетям, предназначенным для укрепления откоса от осыпания, и к способам их изготовления. .

Изобретение относится к области дорожного строительства, в частности к устройствам для защиты от снежных лавин, камнепадов, снежных и горных обвалов. .

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям и предназначено для защиты объектов, нижерасположенных по селевому руслу, от разрушительного воздействия селевого потока путем отвода последнего в обход защищаемых объектов.

Изобретение относится к строительству, а именно к конструкциям устройств для защиты инженерных сооружений железнодорожного и автомобильного транспорта в горной местности.
Изобретение относится к средствам борьбы с лавинами и может быть использовано для искусственного вызова лавин в заданное время. .

Изобретение относится к средствам борьбы с лавинами и может быть использовано для искусственного вызова лавин в заданное время. .

Изобретение относится к гидротехническому и природоохранному строительству, а именно к противолавинным сооружениям, используемым для защиты рекреационных и туристических комплексов, дорог и других объектов горной инфраструктуры

Изобретение относится к гидротехническому строительству, а именно к лавинозащитным сооружениям, используемым на лавиноопасных участках дорог, населенных пунктов и других объектов горной инфраструктуры

Изобретение относится к области дорожного строительства, в частности к устройствам для защиты автомобильного и железнодорожного транспорта от снежных лавин

Изобретение относится к гидротехническому и природоохранному строительству, а именно к строительству противолавинных сооружений, используемых для защиты рекреационных и туристических комплексов, дорог и других объектов горной инфраструктуры

Изобретение относится к области проведения профилактических мероприятий, касающихся снежных лавин, в частности к искусственному вызову сброса лавин в заданное время

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано с целью снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду при его извержении

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано с целью снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду в случае его извержения

Изобретение относится к области мероприятий, направленных на обеспечение безопасности работ при обрушении снежных карнизов на лавиноопасных склонах горнолыжных комплексов путем визуального их осмотра и определения длины консольной их части

Изобретение относится к области оценки устойчивости снежного покрова на лавиноопасных склонах горнолыжных комплексов с целью обеспечения безопасности проведения рекреационных мероприятий

Изобретение относится к устройствам, инициирующим принудительный сход лавин
Наверх