RU2231092C2

RU2231092C2 - Method of prevention of volcano eruption

Info

Publication number: RU2231092C2
Application number: RU2001120797/28A
Authority: RU
Inventors: А.И. Плугин (RU); А.И. Плугин; А.И. Степаненко (RU); А.И. Степаненко; О.А. Силантьева (RU); О.А. Силантьева
Original assignee: Плугин Александр Илларионович
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2004-06-20

Abstract

FIELD: prevention of volcano activity.

SUBSTANCE: physico-mechanical stresses of volcano formation are weakened due to driving from top of crater or on side of volcano or through adjoining rock by one or several workings to preset depth. These workings are made by means of automated self-contained drilling units. First, working may be made to depth not reaching cavity of accumulation of vapor and gaseous phases making dam which is will be broken later.

EFFECT: enhanced reliability of estimation of true state of volcano structure.

4 dwg

Description

Изобретение относится к физико-технологическим процессам слежения за состоянием вулканов и предупреждений нежелательных и опасных последствий вулканической деятельности геоструктур.The invention relates to physical and technological processes for monitoring the state of volcanoes and warnings of undesirable and dangerous consequences of volcanic activity of geostructures.

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/.Currently, the directions of development of this process are known, the most characteristic, representative and closest, according to the applicant, of which one can be considered a method of preventing volcanic eruptions, including recording geophysical characteristics of volcanic structures, including acoustic signals, gravitational characteristics, assessment of volcanic state data structures and technical operations in the rocks of the volcanic structure to reduce the negative manifestations of volcanic activity activities in the protected area / 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.Having certain advantages over analogues / II-IV / in that the method involves monitoring the state of the volcanic structure, determining the critical characteristics by which a decision is possible, this method also has significant disadvantages, which include the lack of complex physical methods for tracking the state of the volcanic structure, low reliability and insufficient reliability of determining the true state of the volcanic structure, which does not allow with a certain time and technical accurately affect the volcanic structure and prevent the negative consequences of this volcanic activity.

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.The technical result in accordance with the technical task to be solved in this invention is to increase the reliability of determining the true state of the volcanic structure and the absence of fundamental errors in this definition, which allows the technical impact of the time and state of the volcanic structure, preventing dangerous manifestations of eruptions and, therefore, by increasing the technical culture of the whole process.

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.The specified technical and social result in the invention is achieved due to the fact that the method of preventing volcanic eruptions, including recording geophysical characteristics: acoustic and gravitational from the geological structures of the body of the volcano and performing technical operations on the rocks of the volcanic structure, additionally provides for recording electromagnetic, thermal and light characteristics radiated by the geostructures of the body of the volcano and underlying structures, and all of the above are physically e characteristics are recorded in uniform time intervals, by the coincidence of the maximum in time and minimum in time characteristics of the signals of the indicated physical radiation, they are judged about the normal or critical state of the volcano in comparison with analog statistical data, and the accepted technical operations are performed due to the penetration of one or several workings into geological the structure of the body of the volcano, starting from the daytime surface of the soil, through the cavity of the passed workings or workings are controlled and regulated costs depressurization gas-vapor phase cavities accumulation of these phases volcanic structure.

При этом проходку выработки ведут с помощью автономных буровых аппаратов со скоростью проходки 0,1-1,0 пог. м/с.At the same time, excavation is carried out using autonomous drilling rigs with a penetration rate of 0.1-1.0 linear meters. m / s

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.Moreover, the production initially takes place, not reaching the cavity with the combined vapor and gas phases, then the remaining rock bridge passes through the team and a controlled release of pressure and volume of the vapor-gas phases of the volcanic structure is conducted along the cavity of the formed generation, eliminating undesirable volcano self-eruptions.

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.The implementation of the method in this way leads to the achievement of a process of controlled action on a functioning volcanic system, to the achievement of a process of targeted prevention of the unexpected sudden release of vapor-gas phases by a volcano (Earth's valve) and puts this process into the category of sufficiently controlled natural laws, reducing this process to a representative one.

Описываемый способ предупреждения спонтанных извержений вулкана поясняется далее простой примитивной схемой, на которой показано геологическое вулканическое образование с разрезом и предполагаемым строением вулканической геоструктуры.The described method for preventing spontaneous eruptions of a volcano is further illustrated by a simple primitive diagram showing a geological volcanic formation with a section and the proposed structure of the volcanic geostructure.

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).To ensure the collection of information about volcanic activity in the bowels of a volcanic formation, geostructures are equipped with devices for collecting characteristics emitted by rocks. As such devices, acoustic radiation sensors 1, gravity characteristics sensors 2, thermal radiation sensors 3, light radiation sensors 4, electromagnetic radiation sensors 5 are used; tune these indicated sensors to the ranges of their respective signals emitted by the investigated volcanic geostructure; establish uniform time intervals (by time of day, week, month) in which they simultaneously receive all of the indicated signals emitted by the studied volcanic geostructure, both the body of the volcano and the underlying geostructures (shown schematically in the mentioned volcanic formation diagram); as these signals are received and processed signals: acoustic radiation by volcanic and underlying geostructures, gravitational characteristics from the same geostructures, characteristics of thermal radiation by the same geostructures, characteristics of light radiation by geostructures, as well as indicators of electromagnetic radiation (respectively abbreviated in the diagram: AI, GDI , TI, SI, EMP).

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.Obtaining the processing data of all emission signals by the geostructures of the volcano and its underlying geostructures, they compare the obtained values of these signals with analog statistical characteristics - data accumulated for similar volcanic and underlying geological structures.

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.If the analysis of the compared characteristics of all the received signals emitted by geostructures shows that the state of the volcanic system is dangerous or critical from the point of view of its possible volcanic eruption, a decision is made on the preventive effect on the volcanic structure.

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.To prevent spontaneous stachostatic volcanic manifestations (ejection of vapor-gas phases, ash, lava), guides for autonomous drilling units are fixed on the body of the volcanic geostructure (this process is not shown in the diagram, as it is not directly related to the protected process; however, if necessary, the applicant may additionally submit such materials); in this case, one or more autonomous drilling units are used (the design of this unit is preferably selected from the class of RBA designs by A.I. Plugin). With the help of such autonomous drilling aggregates, one or several workings pass into the geological structures of the volcano's body, starting excavation of the workings from the day surface, for example, from the surface of the vent of the volcano or from its side surface.

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.A controlled release of vapor-gas phases from the cavities of the volcano is conducted along the cavity of the formed mine (or several mine); for such controllability, a preventer is used (preferably by A.I. Plugin design) with overlapping and adjustable sections having a mechanism for overlapping the section of the preventer after immersion in the production of an autonomous drilling unit. The controlled flow (discharge) of vapor-gas phases from such cavities of the volcano allows unloading volcanic vapor-gas cavities and remove dangerous critical pressures in these cavities, which significantly increases the safety of all servicing processes in volcanic territories, as the activity of the volcano itself provides.

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).A controlled discharge of vapor-gas phases from the volcanic cavities can be carried out before approaching the mouth of the melt production (s) from the volcano's interior, which will indicate the complete release of free vapor-gas phases (not dissolved in the melt, some of which will also come out due to the removal of some internal pressure) .

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.In this way, it is possible to unload the cavities of the volcano, while the speed of excavation of the mine is chosen within 0.1-1.0 m / s, which ensures rapid penetration in the cavity of the vapor-gas phases and does not require fixing walls of the mine due to the presence of excess pressure in its cavity at unit operation. With such a penetration, knowing the depth of the drift of the vapor-gas phases, the penetration is conducted to a depth that does not penetrate into the cavity of the vapor-gas phases, leaving a jumper of about 50-100 m, which they then pass upon command, they sacrifice the drilling unit, introducing it into the cavity of the vapor-gas phases, and as indicated, a controlled discharge of vapor-gas phases from the structure of the volcano.

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.Thus, the developed method for preventing an uncontrolled volcanic eruption is, according to the applicant, a new direction in the technology for managing hazardous natural phenomena, as is the case in the case of volcanic activity of the subsoil.

Пример реализации изобретения.An example implementation of the invention.

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.On the studied structure of the soil surface, as well as in the cavity of the wells, devices for receiving electromagnetic waves, acoustic waves, gravitational and seismic waves from the studied rocks and the body of the volcano are placed. Identify more stressed zones in the studied rock structures. For a more accurate and reliable analysis of the received radiation in the well cavities, emitters of acoustic waves, gravitational and seismic waves, respectively, are selected, the magnitudes and intensity of the characteristics of which are selected consistent with natural radiation in order to obtain a resonant overlap of radiation and thereby increase the reliability of the signal value. To increase the propagation effect of the emitted signals, they are sent simultaneously in three mutually perpendicular directions. Having determined the values and magnitudes of the received signals and comparing them with analog values for typical volcanic structures, a conclusion is made about the state of volcanic formation and, when a critical state is established, a decision is made to reset some of the accumulated vapor-gas phases.

Источники информацииSources of information

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

II. Афанасьев Ю.В. и др. Магнитометрические преобразователи, приборы, установки. - Л.: Энергия, 1972, с.270-271.II. Afanasyev Yu.V. etc. Magnetometric converters, devices, installations. - L .: Energy, 1972, p. 270-271.

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

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

Claims

A method for preventing a volcanic eruption, including recording geophysical characteristics from the geological structures of the body of the volcano, including acoustic, gravitational, performing technical operations in the rock of the volcanic structure, characterized in that, using the appropriate sensors, they additionally record signals of electromagnetic, thermal and light characteristics emitted by the geostructure of the volcano body and underlying structures, configure these sensors on the intervals of the ranges of their respective signals, emitted by the investigated volcanic geostructure, establish uniform time intervals in which they simultaneously receive all of these signals, process the received signals, by the coincidence of the maximum in time and minimum in time characteristics of the signals, they judge the normal or critical state of the volcano compared to analog statistical data, and technical operations are performed by installing autonomous drilling units on the volcano’s body, from which one or more workings pass the geostructure of the volcano’s body, starting from the daytime surface of the volcano’s soil, through the cavity of the drilled hole with the help of a preventer, conduct a controlled pressure relief of the vapor-gas phases from the cavity of their accumulation in the volcanic structure, lowering the pressure in this area, while driving the mine or the mine workings at a speed of 0.1 -1.0 m / s, the production initially passes, without reaching the cavity with accumulated vapor-gas phases, leaving a jumper 50-100 m deep, and then, on command, the remaining jumper passes from the cavity of the passed generation pressure relief of vapor-gas phases.