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 2462551:

Перфилов Александр Александрович (RU)

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано с целью снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду при его извержении. Сущность: создают зону разрыхления и канал отвода магмы методом направленного взрыва. Вокруг кратера вулкана сооружают аэродинамическую трубу из полимерной пленки с обручами в качестве ребер жесткости. Внутри трубы распологают фильтрационную установку, состоящую из наэлектризованных решеток и сеток из углепласта. Аэродинамическую трубу полимерными канатами, проложенными вдоль ее стенок, поднимают на должную высоту с помощью воздушных шаров или аэростатов. Технический результат: снижение влияния выброса камней и пепла в процессе извержения вулкана на окружающую среду, локализация или устранение пироклассических потоков. 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 прошлом году произошел взрыв вулкана в Исландии. Облако пепла на неделю прервало все полеты самолетов, что принесло убытки 4 млрд долларов 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.

Обычно извержение вулкана сопровождается землетрясением, разбросом камней и глыб, истечением магмы и выбросом пыли и газа на высоту 2-3 км с образованием пылевого облака. Именно дисперсные частицы этого пылевого облака долго держатся в атмосфере, забивают и останавливают двигатели самолетов.

Но иногда извержение сопровождается более страшным явлением.

По земле стелется горячий, более 100 градусов, ураган пепла, пыли с примесью сероводорода, так называемый пироклассический поток. Распространяется он на большие расстояния несколькими волнами. Именно от удушья этого потока погибают массы людей, в частности так погибло население Помпеи и его окрестностей, - нечем дышать.

Таким образом, создание способа снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду, в частности для очистки воздушной среды от облаков пепла и пироклассических потоков, 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, а также пироклассическими потоками. Но вопрос снижения влияния этих факторов ни в этом способе, ни в других не рассматривается [2, 3].

Известен способ снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду при его извержении [4], включающий создание разрыхленной зоны в склоне вулкана под пробкой кратера и канала отвода магмы методом направленного взрыва, отличающийся тем что над жерлом вулкана монтируется фильтрационная установка, состоящая из мощной решетки с амортизаторами, установленная на железобетонных стояках с возможностью вертикальной податливости при сильном ударе. Вторым отличием является то, что на решетке уложены полимерные камеры, наполненные водой или жаропоглощающей жидкостью. И третьим отличием является то, что на стояках сверху смонтирован железобетонный свод с люком в центре, от которого проложен трубопровод с насосом для откачки смеси газа и пепла из-под купола в бассейн с водой.

При слабом извержении предложенная конструкция выполнит свое предназначение, а при мощном извержении, сопровождаемом землетрясением, мало вероятности, что это сравнительно жесткое сооружение, построенное вблизи вулкана, не разрушится.

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 воздушным сообщениям, а также локализация или устранение такого явления, как пироклассические потоки. Данная цель достигается путем создания вокруг кратера вулкана аэродинамической трубы из полимерной пленки с элементами фильтрации внутри нее, которая поднимается на должную высоту с помощью воздушных шаров или стратостатов. При длине трубы в несколько сот метров внутри трубы за счет перепада давления будет создаваться сильный поток воздуха, который должен захватывать стелющиеся по земле пироклассические потоки и выдувать их высоко в атмосферу, при этом, проходя через систему электрофильтров, они будут очищаться от вредных составляющих.

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 легкие 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/). За эту разработку российские ученые получили Нобелевскую премию в 2010 году.

Углеродные тонкие пленки, полученные из этих полимеров, могут быть использованы в качестве стенок аэродинамической трубы.

Из тех же материалов могут быть изготовлены и ребра жесткости трубы в форме обручей, а также решетки и сетки фильтрационной установки.

Т.к. все углепластики хорошо проводят ток, то наэлектризованные фильтрационные элементы могут хорошо коагулировать и абсорбировать взвешенные микрочастицы пыли. При этом мощные решетки будут препятствовать разбросу камней на большие расстояния, а множество сеток будут фильтровать мелкие и дисперсионные частицы пироклассических потоков.

Материалом для воздушных шаров обычно служат эластомеры, т.е. природные или синтетические каучуки. Каучук обладает способностью обратимо растягиваться до 900%. Из этих же материалов могут быть изготовлены и тросы, проложенные по стенкам аэродинамической трубы, с помощью которых конструкция крепится к воздушным шарам. На разных уровнях аэродинамической трубы закрепляются научная аппаратура, датчики, видеокамеры, передатчики видео- и телеметрической информации, источник электризации сетки и питания научной аппаратуры (ветряк). Подачу электроэнергии необходимо дублировать с земли по проводам, прикрепленным к натяжным тросам.

Грузоподъемность шаров практически не ограничена.

На фиг.1 представлен вертикальный разрез толщи пород, а также вид на аэродинамическую трубу сбоку, на фиг.2 представлен вид на конструкцию сверху (разрез по фильтрационной установке).

где 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 - зона разрыхленных пород, 10 - фильтрационная установка, 11 - полимерная труба с ребрами жесткости в форме обручей 15.

Фильтрационная установка состоит из предохранительной решетки 12, системы фильтрационных сеток 13. Снизу к ней прикреплен полимерный фартук 14 с ребрами жесткости 15 в форме обручей. Вдоль стенок всей конструкции проложены канаты 16, закрепленные одним концом на земле автоматическими натяжными устройствами 17, а другим концом на воздушных шарах 18. Снизу к шарам подвешивается аппаратурный отсек 19 с воздушной камерой наблюдения 23 и источником питания (ветряк) 24, который записывает и перерабатывает информацию, поступающую от научно-инструментального пояса с датчиками 20.

На земле на должном расстоянии установлена наземная станция наблюдения со спутниковым ретранслятором 21. Фильтрационная установка имеет предохранительный клапан 25 (на случай полной заштыбовки сеток).

С момента пробуждения вулкана начинают подготовку к осуществлению проекта по охране окружающей среды, заранее разработанному, 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 в нужном направлении, строится отводной канал, а также проводятся мероприятия по другим пунктам проекта.

Параллельно на ровной поляне вблизи вулкана собирается конструкция фильтрационной установки и «сваривается» аэродинамическая труба из рулонов полимерной пленки. По стенкам трубы прокладываются канаты, которые одним концом закрепляются на машинах или тракторах, а другим - на воздушных шарах. При заполнении шаров газом конструкция приподнимается от земли и перевозится к жерлу вулкана. Там канаты закрепляются с помощью автоматических 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 наземный пункт наблюдения 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 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 аэродинамическую трубу относительно жерла вулкана.

Фильтрационные сетки могут быть наэлектризованы от батарей или ветряка, установленных на аппаратурном отсеке, а также от элетроэнергии с земли, подаваемой по кабелю, проложенному по натяжным канатам.

При выбросе камней и пепла из жерла вулкана прочная полимерная 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.

Мощный поток воздуха, создаваемый в аэродинамической трубе от разницы давления у земли и в ее конце на большой высоте, будет увлекать в нее пироклассические пылевые потоки.

Создание разрыхленной зоны в толще пород - мероприятие высокозатратное с вероятностным положительным исходом. Создание же предложенной конструкции из полимерной аэродинамической трубы с элементами фильтрации проще, реальнее и менее затратное. Данный способ позволит значительно сократить убытки авиакомпаний от облаков пепла, сохранить жизни людям, оградив их от пироклассических потоков пыли с сероводором.

Много неприятностей и затрат может принести извержение только одного вулкана. А их на Земле множество, есть и в России.

Источники информации

1. RU 2351964 C2, G01V 9/00, 2006.

2. RU 2231092 C2, G01V 9/00, 2003.

3. RU 2098850 C1, 1997.

4. RU 2408906 C1, 2011.

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

6. RU 2343508 C1, 2009.

Способ снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду при его извержении, включающий создание зоны разрыхления, фильтрационной установки и канала отвода магмы методом направленного взрыва, отличающийся тем, что вокруг кратера создается аэродинамическая труба из полимерной пленки с обручами в качестве ребер жесткости, которая полимерными канатами, проложенными вдоль ее стенок, поднимается на должную высоту с помощью воздушных шаров или аэростатов, причем внутри аэродинамической трубы расположена фильтрационная установка, состоящая из наэлектризованных решеток и сеток из углепласта.



 

Похожие патенты:

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

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

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 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 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.

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 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

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано с целью снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду в случае его извержения. Сущность: на должную высоту с помощью воздушных шаров (1) или дирижаблей устанавливают шатровидную конструкцию, имеющую ребра жесткости (9) в виде металлических стержней. В обручи ребер жесткости (9) встроены форсунки (11) для подачи и разбрызгивания водных растворов. В нижней части трубы установлена решетка (12) для уменьшения разлета камней. В средней части трубы находится разбрызгиватель пены (22), очищающий воздушный поток от пыли. В верхней части трубы установлена система наэлектризованных металлических сеток (8) для очищения потока воздуха от дисперсных частичек пыли. Технический результат: снижение влияния выброса камней и пепла в процессе извержения вулкана на окружающую среду. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано с целью снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду при его извержении, а также как устройство для выработки электроэнергии. Технический результат: снижение влияния выброса камней и пепла в процессе извержения вулкана на окружающую среду, локализация или устранение пироклассических потоков, а также выработка электроэнергии в период ожидания извержения вулкана. Способ снижения динамических воздействий вулкана на окружающую среду при его извержении включает создание зоны разрыхления, фильтрационной установки и канала отвода магмы методом направленного взрыва, при этом вокруг кратера создается аэродинамическая труба из полимерной пленки с обручами в качестве ребер жесткости, которая полимерными канатами, проложенными вдоль ее стенок, поднимается на должную высоту с помощью воздушных шаров или аэростатов, причем внутри аэродинамической трубы расположена фильтрационная установка, состоящая из наэлектризованных решеток и сеток из углепласта. При этом для создания дополнительного разрежения воздуха в аэродинамической трубе, в ее нижней части установлен барабан с лопастями, вращающийся под действием горизонтальных потоков воздуха, а в устье аэродинамической трубы на тросах подвешивается ветровое колесо с электрогенератором. 2 ил.

Лавинорез, состоящий из сходящих стенок, образующих острый угол на вершине, выполнен гибкой и комбинированной конструкции. Выполнен из грунтовой насыпи треугольной формы с боковыми откосами, которые укреплены габионными тюфяками по всей их длине от гребня до основания лавинореза, сверху габионных тюфяков от вершины угла лавинореза в обе стороны предусмотрена железобетонная решетчатая рама, изготовленная из фундаментных и верховых плит, соединенных между собой ростверками, устроенными по линии откосов на определенном расстоянии друг от друга. А по линии вершины угла лавинореза от гребня до фундаментной плиты уложен на ребро швеллер или другой металлический профиль, замоноличенный с двух сторон бетоном до 3/4 его высоты. Сверху железобетонных плит гребня предусмотрены металлические решетчатые конструкции, состоящие из вертикальных решеток и контрфорсных стержней, жестко прикрепленых к анкерам. Лавинорез имеет форму треугольника с углом на вершине 80-90°, при этом железобетонная решетчатая рама, уложенная на откосах сверху габионных тюфяков имеет длину в пределах 2/3 длины боковых откосных стенок сооружения. Предлагаемая конструкция лавинореза обеспечивает гашение избыточной энергии потока лавин и рассредоточение ударной силы на большую площадь, тем самым повышается надежность работы сооружений. Лавинорезы комбинированной конструкции могут быть эффективно использованы на участках территорий горных инфраструктур, находящихся в наиболее опасных зонах ударного воздействия мощных лавин. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области строительства, в частности к способам проектирования конструкций, предотвращающих обвал горной породы на объекты транспортного строительства, такие, например, как автомобильные дороги, и обеспечивает создание прочной конструкции, предотвращающей обрушение со склонов горной породы. Способ содержит следующие этапы: изучение и определение данных площадки работ, осуществление расчета геологической модели, определение данных типов анкеров для армирования и интервалов между ними. Затем производят расчет размера блока для стабилизации и осуществляют проверку анкера для армирования с использованием данных, выведенных на предыдущих этапах, где производился расчет размера блока для стабилизации и определялись данные типа анкера для армирования и интервалы между анкерами. Если требования к анкеру для армирования не выполнены, то возвращаются на этап, где определялись данные типа анкера для армирования и интервалы между анкерами. Потом проверяется тип ячейки сетки и, если требования компоновки сетки не выполнены, приводят ячейки в соответствии с требованиями прочности компоновки сетки и затем возвращаются к выбору и установке типа ячейки сетки или уменьшают интервалы между анкерами. Затем возвращаются к определению типа анкера, интервала между анкерами и их длины. 2 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для защиты от снежных лавин преимущественно автомобильных и железных дорог. Технический результат предлагаемого технического решения заключается в снижении трудоемкости, повышении эффективности за счет автоматического режима эксплуатации, повышении безопасности и снижении себестоимости защиты дорог от снежных лавин. Способ включает спуск со склона снега докритической массы в аккумулирующую выемку, на дно которой укладывают параллельно друг другу трубы, внутри которых располагают нагревательные элементы, и при сходе снежной лавины определяют докритическую массу датчиком веса, включают нагрев снежной лавины в автоматическом режиме с последующим отводом растопленной массы по трубам. Докритическую массу определяют по силе тяжести снежной лавины, равной, по крайней мере, 170 кг/м2. Технический результат достигается также устройством, состоящим из аккумулирующей выемки, которая снабжена трубами, нагревательными элементами и весовым датчиком, причем последний соединен с нагревательными элементами и источником питания. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области тестирования устойчивости снежного покрова на лавиноопасных склонах горнолыжных комплексов с целью обеспечения безопасности проведения рекреационных мероприятий. Сущность: осуществляют динамическое силовое воздействие на снежный пласт, прилегающий к пригребневой зоне хребта с помощью снежных «ядер», изготавливаемых и сбрасываемых с гребня на склон. При осуществлении динамического силового воздействия на снежный пласт предварительно осуществляют подрезку его по линии наиболее вероятного его отрыва от верхней более устойчивой части, затем дополнительно осуществляют динамическое точечное воздействие на снежный пласт с помощью снежных «ядер», при этом, если сход лавин при двойном тестировании не произошел, то снежный покров на склоне считают устойчивым. Технический результат: повышение точности тестирования устойчивости снежного покрова на лавиноопасных склонах и обеспечение безопасности проведения рекреационных мероприятий на лавиноопасных склонах горнолыжных комплексов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх