Основы разрушения горных пород. Разрушение горных пород взрывом

Контрольная работа №1

Вариант №3

Учебная дисциплина «Основы горного дела»

Студента группы ГЭсз-141 Шифр ГЭсз – 149447

Беляева Дмитрия Ростиславовича

Преподаватель Адамков Аркадий Викторович

Кемерово 2015

Содержание

1. Основы разрушения горных пород. Разрушение горных пород взрывом …………………………………………………………….... 3

2. Определение площади поперечного сечения горной выработки… 20

3. Вскрытие и подготовка пластовых месторождений ……………... 23

4. Список используемой литературы................................................. 28

5. Чертежи............................................................................................. 29

Основы разрушения горных пород. Разрушение горных пород взрывом

Разрушение горных работ — нарушение сплошности природных структур горных пород (минеральных агрегатов, массивов горных пород) под действием естественных и искусственных сил. Разрушение — сложный физический или физико-химический процесс, характер развития которого зависит от величины и скорости приложения нагрузки, напряжённого состояния объекта, его прочности и структурных свойств. В соответствии с этим разрушение может протекать на микро- и макроскопическом уровнях. Микроскопическое разрушение (размеры зоны разрушения до 1 мм) возникает в месте контакта разрушающего элемента с породой и сопровождается разрывом связей между зёрнами или нарушением химических связей в кристалле, микротрещинами, сдвигом вдоль поверхностей скольжения. Макроскопическое разрушение (размеры зоны разрушения 1 см и более) характеризуется развитием одной или многих трещин, нарушающих сплошность массивов в значительных объёмах. Во всех случаях разрушение начинается с процесса на микроскопическом уровне, при определённых условиях приобретающего макроскопические масштабы.

Горные породы разрушаются вследствие отрыва (от нормальных напряжений) или сдвига, скалывания, среза (от касательных напряжений). При сжатии порода разрушается преимущественно на скалывание, при растяжении — на отрыв. Разрушение горных пород — процесс сложный, и разрушения на скалывание и отрыв сопровождают друг друга.

Процесс разрушения требует времени и происходит постепенно, но с различной скоростью. Разрушение обычно проходит по контактным поверхностям отдельных минеральных зёрен. Продолжительность разрушения для одной и той же породы при прочих равных условиях определяется нагрузкой, температурой, активностью среды, напряжённым состоянием

Естественное разрушение происходит в результате гравитационных (оползни, оседания грунтов, обвалы, осыпи), вулканических, глубинных тектонических процессов, выветривания, других природных процессов и явлений. На горных объектах естественное разрушение сопровождается обрушением подземных горных выработок, бортов карьеров и т.п. и представляет собой негативный фактор, влияние которого снижают выбором специальных технологических схем ведения работ, креплением выработок, закреплением грунтов и т.д. С другой стороны, нарушение сплошности полезных толщ (например, под действием горного давления) упрощает процессы выемки, а разрушение породных толщ интенсифицирует дегазацию горных пород.

Искусственное (принудительное) разрушение — основной процесс технологии добывания и переработки твёрдых полезных ископаемых. Осуществляется в результате главным образом механического и взрывного воздействия на горные породы, в меньшей степени — гидравлического, взрывогидравлического, термического, электрического, электромагнитного, комбинированного. При этом разрушающие нагрузки носят или квазистатический характер (скорости их приложения измеряются единицами или десятками м/с) — возникают при бурении, резании, механическом дроблении, или динамический (сотни и тысячи м/с) — при ударном и взрывном разрушении.

В настоящее время известны механические, физико-химические, термические, термомеханические и др. способы искусственного разрушения горных пород (способы бурения) – всего несколько десятков. При механических способах в породах создаются напряжения, превышающие предел их прочности. При термических способах разрушение пород происходит за счёт возникновения в них термических напряжений и различного рода эффектов (дегидратация, диссоциация, плавление, испарение и т.д.). При термомеханических способах тепловое воздействие осуществляется целенаправленно для предварительного снижения сопротивляемости породы последующему механическому разрушению. Химические (физико-химические) способы разрушения пород предусматривают использование высокоактивного химического вещества.

При механическом способе разрушения в породе создаются очень значительные местные напряжения, приводящие к её разрушению. При бурении породы разрушаются в основном за счёт сжатия и скалывания.

Механический способ бурения представлен двумя главнейшими видами: ударным и вращательным бурением. При ударном бурении порода разрушается под действием ударов буровыми клиновыми наконечниками, называемыми долотами; при вращательном бурении порода срезается или раздавливается и истирается в забое специальными режущими и дробящими долотами или резцами коронок.

Ударное бурение, в свою очередь, разделяется на штанговое и канатное. В первом случае буровые наконечники опускаются в скважину и приводятся в действие металлическими стержнями – штангами, во втором случае – канатом.

Ударное бурение на штангах может производиться с промывкой забоя скважины или без промывки. Разрушение породы при ударном бурении осуществляется по всей площади поперечного сечения скважины; такой способ бурения называется бурением сплошным забоем.

При механическом вращательном бурении резанием к породоразрушающему инструменту (алмазные, твёрдосплавные коронки, долота) прикладывают крутящий момент и усилие подачи. Мощность, передаваемая породоразрушающему инструменту, возрастает с увеличением частоты вращения бурового снаряда, осевой нагрузки и сопротивления породы разрушению. Граничными условиями являются: прочность коронок, колонковых и бурильных труб, с одной стороны, и физико-механические свойства пород – с другой.

Рис. 1. Ударно-вращательное бурение

При бурении резанием с наложением ударов (ударно-вращательное бурение) к породоразрушающему инструменту приложены усилие подачи, крутящий момент и ударные импульсы определённой частоты и силы. При создании колебаний породоразрушающего инструмента породе передаётся дополнительная удельная энергия, а процесс разрушения породы сопровождается образованием более крупных частиц, что приводит к уменьшению энергоёмкости процесса. Изменяя частоту и силу ударов, статическое усилие подачи и окружную скорость, можно в широком диапазоне менять характер воздействия резцов на породу. Для создания ударных импульсов могут быть использованы устройства, работающие в инфразвуковом (< 20 Гц), звуковом (20–20 000 Гц) и ультразвуковом (> 20 000 Гц) диапазонах частот.

Ударные нагрузки возникают при бурении шарошечными долотами (бурение дроблением и скалыванием). Генераторами инфразвуковых колебаний в настоящее время являются гидроударные и пневмоударные машины. Звуковые и ультразвуковые колебания инструмента создаются магнитострикторами и орбитальными осцилляторами, а также высокочастотными гидроударными машинами.

Бездолотные способы разрушения горных пород связаны с использованием энергии взрыва (взрывное бурение), кавитационной эрозии (имплозионное бурение), энергии удара стальных шариков о породу (шароструйное бурение), энергии струи жидкости (гидромониторное и гидроэрозионное бурение).

При электрогидравлическом бурении электрический разряд в жидкости образует кавитационные полости, при заполнении которых происходит гидравлический удар, или проходит непосредственно через породу благодаря заполнению скважины диэлектрической жидкостью.

При имплозионном бурении в скважину подают герметически закрытые капсулы, из которых предварительно удалён воздух. В момент разбивания капсул о забой происходит интенсивное смыкание вакуумной полости. Жидкость, окружающая вакуумную полость, под воздействием гидростатического давления приобретает большую скорость, и порода разрушается под действием импульсов высоких давлений.

Гидромониторное и гидроэрозионное бурение. Энергия высоконапорных струй жидкости может использоваться для разрушения породы в комбинации с резцовыми или шарошечными долотами, или самостоятельно. Добавление в рабочую жидкость абразивных частиц повышает эффективность разрушения породы при тех же давлениях. При соответствующей конструкции гидромониторных насадок можно получить эффект кавитации струи промывочной жидкости непосредственно на забое скважины. разрушение горный порода взрыв

Создан инструмент для гидравлического бурения гидрогеологических скважин в мягких породах. При диаметре труб 250–300 мм подаётся 58–80 м³/ч жидкости под давлением 1–3 МПа. Жидкость с большой скоростью истекает из сопел конусной головки и размывает грунт. Лабораторные опыты, проводившиеся со струями при давлении 70–100 МПа, показали способность воды разрушать и твёрдые горные породы. Эффективно также разрушение пород прерывистой импульсной струёй, выбрасываемой из сопла отдельными порциями при давлениях 300–500 МПа.

При эрозионном гидромониторном бурении порода разрушается струёй жидкости, вытекающей из гидромониторных насадок при перепаде давления около 35 МПа со скоростью не менее 200 м/с и содержащей абразивный материал (кварцевый песок, стальную дробь) в концентрации 5–15 % по объёму.

При термическом разрушении пород их нагрев осуществляется путём передачи им непосредственно тепловой энергии (прямой нагрев) или электромагнитной и лучевой энергии (косвенный нагрев).

Методы с прямым нагревом породы: огнеструйный (воздействие на породу тепла сгорающего топлива и усилия газового потока); плазменный (передача воздействия тепла от плазмы, возникающей при прохождении электрического тока через газы); плазменно-огнеструйный (передача тепла от плазмы, возникающей при прохождении электрического тока через пары топлива); электродуговой (передача тепла от электрической дуги); электронагревательный (нагрев за счёт тепла, образующегося при преобразовании в снаряде электрической энергии в тепловую); атомный (использование тепла, выделяемого в атомных реакторах); циклический (воздействие тепла и холода).

Методы с косвенным нагревом породы: электротермический (разрушение породы в результате диэлектрического нагревания с использованием токов низкой, высокой и сверхвысокой частоты); электроиндукционный (нагрев с помощью высокочастотных магнитных полей); лазерный (нагрев и разрушение породы за счёт передачи ей лучевой энергии); электронно-лучевой (путём воздействия на породу потоков электронов).

Огнеструйное бурение – способ разрушения пород путём их нагрева посредством сжигания химического топлива (керосин, спирт, бензин, мазут, соляровое масло, природный газ) в среде окислителя (кислород, воздух, азотная кислота) в реактивной горелке. При этом на породу действует газовая струя, выходящая из сопла горелки со сверхзвуковой скоростью.

Термическое бурение применяется в промышленных масштабах при открытых работах. В качестве горючего используют керосин или соляровое масло, окислителем служит кислород. Горелка охлаждается водой. Ручные термобуры позволяют бурить шпуры глубиной до 1, 5–2 м, а с помощью станков для термического бурения можно бурить скважины глубиной 8–50 м и диаметром 160–250 мм.

Плазменное бурение представляет собой нагрев пород с помощью плазменных генераторов. При этом получается очень высокая концентрация энергии на единицу объёма породы. Плазма возникает в плазменных генераторах (плазмотронах) при прохождении электрического тока через газы (воздух, кислород, водород, аргон, гелий, неон, водяной пар, метан, пропан). При бурении используются температуры нагрева 2000–2500 °С.

При термодинамическом бурении в газовый поток добавляется твёрдая фаза (например, кварцевый песок) через специальную насадку на срезе сопла Лаваля, что приводит к интенсификации теплообмена газового потока и породы.

Электродуговое бурение основано на локальном нагревании породы электрической дугой постоянного и переменного тока промышленной частоты за счёт выделения тепла дуги и передачи его породе, а также за счёт тепла, выделяющегося при прохождении тока через локальные участки породы. Электрическая дуга создаёт температуру от 5500 до 16 700 °С и при достаточной энергонапряжённости способна расплавить любую породу.

При термодетонационном бурении горение топлива происходит с большими скоростями и сопровождается образованием детонационных волн. При этом давление фронта волны достигает очень высоких значений. Регулируя частоту импульсов, можно изменять соотношение между механической и тепловой энергией, затрачиваемой на разрушение пород. Импульсное воздействие факела на породу приводит к возникновению в ней знакопеременных нагрузок и к увеличению теплоотдачи от факела к забою.

При электронагревательном бурении тепловая энергия преобразуется из электрической в буровом снаряде или в теплоносителе, которым может быть, как твёрдое (например, буровой инструмент), так и жидкое тело (например, расплавленные породы и минералы). Разрушение породы в основном происходит за счёт её плавления.

Атомное бурение является разновидностью нагревательного способа бурения. Используется тепло, выделяемое атомным реактором.

Циклическое бурение предусматривает периодичность воздействия на забой горячих и холодных агентов.

Бурение с помощью лучевой энергии – способ разрушения породы с помощью оптических квантовых генераторов (лазеров), которые излучают электромагнитные волны определённой длины с очень слабо расходящимся пучком, что даёт возможность не только термически разрушать породы, но даже расплавлять или испарять их. Электронно-лучевой способ разрушения пород основан на ускорении движения электронов между катодом и анодом при напряжениях от 5 до 150кВ. Электроны, при эмиссии с катода, фокусируются на забое при помощи смещающего напряжения, а также электростатических и электромагнитных линз.

При термомеханическом способе бурения тепловая энергия используется для снижения сопротивляемости пород последующему механическому разрушению. Это качественно новый процесс, характеризующийся большей эффективностью показателей термического и механического способов разрушения породы в отдельности. Введённая в породу тепловая энергия распространяется в очень тонком слое, что обусловливает малые значения энергоёмкости процесса разрушения, который носит объёмный характер. Разрушение пород при термомеханическом бурении облегчается за счёт различных величин коэффициента теплового расширения составных частей минералов, неравномерного их нагрева, давления пара в водосодержащих породах, разности температур на забое и в массиве. Релаксация термических напряжений, даже в течение небольшого времени (с момента окончания термического воздействия до приложения механической нагрузки – более 1–2с), приводит к существенному снижению или прекращению эффекта. Наиболее часто в практике ГРР применяется механическое вращательное бурение.

Разрушение при бурении скважин имеет ряд особенностей и происходит путём отделения от массива частиц различной крупности в пределах плоскости забоя при наличии только одной обнажённой поверхности и возрастании с глубиной влияния горного давления. Наибольшее распространение получил механический способ бурения, при котором разрушение имеет объёмный, усталостный или поверхностный характер. В первом случае, когда напряжения в породе превышают предел её прочности, порода разрушается на некоторую глубину, которая сохраняется при перемещении породоразрушающих элементов по забою и может превышать их внедрение. Объёмное разрушение наиболее эффективно, т.к. требует наименьших удельных затрат энергии. Усталостное разрушение происходит при контактных напряжениях меньших, чем прочность породы, и наступает после многократного воздействия нагрузок в результате образования и постепенного развития в породе микротрещин. При ещё меньших значениях напряжений происходит поверхностное разрушение, когда породоразрушающие элементы, перемещаясь по забою без внедрения, истирают породу. Такой процесс наименее эффективен, т.к. ведёт к интенсивному износу инструмента и отличается высокими удельными энергозатратами.

Механическое вращательное бурение разделяется на собственно вращательное (роторное, станки с подвижным вращателем) бурение, при котором бурение ведётся главным образом сплошным забоем, и вращательное колонковое, при котором порода забоя разрушается по кольцу пустотелым цилиндром – коронкой, внутри которой остаётся неразрушенный столбик или колонка породы (керн); вот почему этот вид бурения называется колонковым.

Вращательное бурение делится на бурение с двигателем на поверхности, от которого вращение буровому инструменту (наконечнику) передаётся штангами – бурильными трубами, и на бурение с забойными двигателями, когда последние опускаются на трубах, непосредственно за породоразрушающим инструментом. Забойными двигателями могут быть: турбобур, электробур, гидровибратор и пр.

При колонковом бурении для разрушения породы применяются алмазы и твёрдые сплавы, закрепляемые в коронки, и дробь, засыпаемая на забой под коронку. Различают бурение алмазное, твёрдыми сплавами и дробовое.

В колонковом бурении возможно также применение гидроперфоратора, при помощи которого разрушение породы производится частыми ударами по коронке, вооружённой резцами из твёрдых сплавов, с одновременным вращением коронки. Это – комбинированный способ разрушения породы на забое.

Вращательное, в том числе и колонковое бурение обычно ведётся с промывкой забоя. При этом продукты разрушения породы (шлам) выносятся на поверхность восходящим потоком жидкости. При ударном канатном бурении очистка забоя производится специальным инструментом – желонкой – уже после того, как порода разрушена долотом.

Для проходки неглубоких скважин применяется вибробурение – углубление скважины путём уплотнения породы под действием осевых и вибрационных нагрузок.

При взрывном бурении компоненты, образующие взрывчатую смесь, в капсулах доставляются на забой, где при ударе происходит их смешение. Они могут подаваться на забой и раздельно по трубопроводам; там они смешиваются и взрываются.

Взрывное разрушение — быстропротекающий процесс разделения твёрдой среды на отдельности под действием взрыва. Разрушение горных пород взрывом обусловлено совместным действием волн напряжений и давления продуктов детонации. В результате взрывного разрушения за счёт высокой скорости приложения нагрузки и деформирования среды образуется множество трещин, в отличие от статического разрушения, для которого характерно образование единичных трещин.

В безграничной среде, где влияние свободной поверхности мало, взрывное разрушение протекает двустадийно. Первичное разрушение происходит на динамическом фронте дробления — поверхности, где достигается предельное упругое состояние среды и образуются макротрещины по двум механизмам: сколом — при достижении предельных сдвиговых напряжений (в ближней к центру взрыва зоне, где напряжения сжимающие), отрывом — при достижении прочности на отрыв (в дальней зоне, где действуют растягивающие напряжения). Преобладающая масса среды на фронте дробления разрушается отрывом, т.к. прочность на сдвиг в хрупких средах и горных породах значительно (на порядок и более) превосходит прочность на отрыв. В результате образуется зона радиальных трещин.

Вторичное разрушение протекает при последующем сдвиговом деформировании нарушенной среды. Оно преобладает около взрывной полости, где деформации имеют наибольшее значение, и является основной причиной переизмельчения среды и бесполезных тепловых потерь энергии, обусловленных внутренним трением в разрушенной среде. Трещины при вторичном взрывном разрушении ориентированы беспорядочно — это так называемая зона дробления. Влияние вторичного дробления растёт с деформацией, поэтому его наибольший вклад будет в случае сильного (например, ядерного) взрыва, когда степень деформирования существенно возрастает по сравнению с химическими взрывчатыми веществами.

Размер зоны дробления существенно зависит от интенсивности взрывного источника. Если начальное давление продуктов взрыва близко к прочности на сжатие, зона дробления может вообще отсутствовать. В этом случае преобладает разрушение отрывом, а зона радиальных трещин начинается от взрывной полости.

При взрыве вблизи свободной поверхности массива описанный механизм разрушения дополняется отколом — разрушением путём отрыва под действием растягивающих радиальных напряжений, возникающих при отражении взрывной волны от свободной поверхности.

При отколе трещины ориентированы в основном параллельно свободной поверхности. Максимальная глубина зоны откольного разрушения не превышает половины длины фазы сжимающих напряжений взрывной волны.

Качество взрывного разрушения характеризуется распределением кусков по размеру (гранулометрическим составом). При взрыве в однородной среде (без начальной трещиноватости) установлена чёткая корреляция между механизмом разрушения и гранулометрическим составом разрушенной среды. Первичное разрушение приводит к образованию в горной массе примерно равного количества кусков различного размера, при вторичном разрушении большей частью кусков имеет приблизительно одинаковый размер.

В реальных горных породах всегда существуют дефекты (неоднородности) различного масштаба — от естественной трещиноватости массива до дислокаций в зёрнах минералов, которые приводят к зарождению трещин и определяют гранулометрический состав разрушенной взрывом горной породы преимущественное влияние тех или иных неоднородностей зависит от величины действующих напряжений и проявляется дифференцированно в зависимости от расстояния до центра взрыва и интенсивности взрывного источника. Около взрывной полости, где действуют максимальные напряжения, разрушению могут подвергаться даже самые прочные минералы, входящие в горные породы наибольшее влияние на формирование гранулометрического состава, оказывают трещиноватость (макро- и микро-) и слоистость. Например, при слабом взрыве в породе с чётко выраженной блочной структурой гранулометрический состав определяется в основном начальной системой трещин. На взрывное разрушение, т.е. на создание новых поверхностей в массиве, расходуется около 1% от всей энергии взрыва.

Управление разрушающим действием взрыва состоит в возможном регулировании среднего размера куска и набора фракций. Для этого применяют различные виды взрывания в т.ч. короткозамедленное взрывание, буферное взрывание и др.

Если при взрыве заряда ВВ в массиве породы действие его ничем не проявится на открытой поверхности и локализируется внутри массива, то оно называется внутренним действием (камуфлетом), а заряд – камуфлетным зарядом.

При взрыве камуфлетного заряда в породном массиве на стенки зарядной полости действует динамический удар. В горной породе возникают волновые явления, интенсивные у заряда и ослабляющиеся по мере удаления от него. В породном массиве образуются зоны: сжатия (вытеснения и уплотнения), трещинообразования (разрывов, сотрясения и растрескивания) и сотрясения. Первая зона весьма мала и не имеет четкой границы с зоной трещинообразования, поэтому целесообразно рассматривать зоны вытеснения и разрывов совместно как одну общую зону – зону разрушения (рис. 2). При определенном соотношении между зарядом и расстоянием его до открытой поверхности образуется еще зона отколов.

Рис.2. Схема внутреннего действия взрыва заряда в горной породе:

1, 2, 3 и 4 – зоны вытеснения (котел) трещинообразования; сотрясения; откола; r1 и r2 – радиусы зон вытеснения и разрушения

Процесс разрушения породы, согласно теории Г.И. Покровского, идет следующим образом: в момент взрыва удар газов взрыва разрушает и вытесняет некоторый слой породы, прилегающий к заряду, образуя полость - зону вытеснения или котел. Раздавленная и вытесненная порода вдавливается в стенки котла, которые вследствие этого представляют собой слой раздавленной и уплотненной породы. Возникшая в момент взрыва ударная волна перемещается радиально в массиве породы за пределы котла, вызывая смещение частиц породы в радиальном направлении. В результате радиального перемещения частиц и слоев породы в ней возникают действующие в тангенциальном направлении усилия растяжения и сдвига. Они вызывают образование сети радиальных и кольцевых (прерывистых сферических) трещин.

Таким образом, в пределах зоны разрушения в начале (от центра) располагается слой бесструктурной, раздавленной и уплотненной породы с частыми и широкими трещинами разрывов и сложений. Он постепенно переходит в породу, сохранившую свою структуру в отдельных частях, но также пронизанную сетью радиальных и сферических трещин. По мере удаления от центра трещиноватость уменьшается. Четкой наружной границы зона разрушения не имеет.

С удалением от очага взрыва ударная волна затухает и переходит в волну напряжений, распространяющуюся со звуковой скоростью, которая на некотором расстоянии ослабевает. Эта зона (зона сотрясений) не имеет четко выраженных внутренних и наружных границ.

В зависимости от глубины заложения заряда признаки взрыва могут быть не обнаружены на земной поверхности или проявляются в виде слабой сейсмической волны. Если заряд заложен не глубоко от земной поверхности, то до нее может дойти волна напряжений сжатия. Когда эта волна достигает открытой поверхности, верхние слои породы, не встречающие достаточного сопротивления впереди, начинают отрываться (сопротивление породы разрыву в 10…50 раз меньше сопротивления сжатию). У открытой поверхности зарождается волна растяжения, которая идет к центру взрыва. Волна сжатия как бы отражается от открытой поверхности породы в форме волны растяжения. По мере удаления от поверхности энергия волны растяжения затухает, но у поверхности отражения волна может создать несколько сферических откольных трещин, в результате происходит откол и даже отбрасывание породы. Следовательно, зона отколов может возникать при соответствующих соотношениях между зарядом и глубиной его заложения.

Радиус зоны вытеснения (см. рис. 2) зависит от прочности и упругих свойств горной породы, от размера и формы заряда, от общей работоспособности и бризантности ВВ и от плотности заряжания.

При выполнении специальных видов буровзрывных работ донную часть шпуров и скважин расширяют для повышения вместимости. Котлы образуют взрыванием небольших зарядов ВВ, помещенных на дно шпура или скважины (процесс называют простреливанием шпуров).

Эффект котлообразования применяют и при проходке глубоких колодцев и небольших стволов в мягких породах. Например, ствол глубиной 54 м и диаметром 5, 2 м на Юрковском буроугольном карьере (Россия) был пройден путем вытеснения и уплотнения грунтов при внутреннем действии взрыва заряда в пробуренной скважине. Опыты проведения таким способом шурфов на глубину до 60 м были и в Кузбассе. При этом срок проведения шурфа сокращался на 20...40%, а стоимость проходки и крепления выработки – на10...30%. Методом уплотнения мягких грунтов взрывом создают и полости больших размеров для хранения нефти.

Опытная проходка стволов в песчаниках и глинистых сланцах методом вытеснения показала отрицательный результат.

Эффект разрушения горных пород при внутреннем действии заряда ВВ используют в случаях торпедирования нефтяных скважин для усиления отдачи нефти: шпуров и скважин в угольных шахтах для усиления дегазации пластов и предупреждения внезапных выбросов и т. п.

Одно из перспективных направлений создания подземных газонефтехранилищ – использование камуфлетных ядерных взрывов. Примером могут служить экспериментальные взрывы «Рейнер», «Хардхет», «Гном», «Соломон» и другие, проведенные в США. Однако применение промышленных ядерных взрывов в широких масштабах сдерживается на современном уровне развития техники двумя отрицательными факторами: радиоактивным заражением среды и значительным сейсмическим эффектом.

Как пример подобного взрыва в СССР рассмотрим экспериментальный атомный взрыв, эквивалентный мощности 333 т тринитротолуола, который был произведен 16 сентября 1979 г. в 12 ч. почти на километровой глубине угольной шахты «Юнком» ПО «Ордженикидзеуголь». Эксперимент проводился вблизи г.Южнокоммунаровск.

Инициатором акции выступил Московский институт горного дел им. А. Скочинского после землетрясения на Сахалине, при котором угольные пласты местных шахт полностью разгазировались – исчез рудничный газ – метан.

На глубине 826 м прошли специальную горную выработку, в конце которой соорудили нишу. В нее поместили 3-метровой длины цилиндр диаметром 80 см, внутри которого находился ядерный заряд. После взрыва заряда образовался 10-метровый шар из оплавленной и остекленевшей породы. В середине он был пуст, а толщина стенок достигала 1 м.

На основании термоядерных подземных взрывов в США установлено, что при таком взрыве действие заряда на породу можно расчленить на четыре фазы:

I – ядерная реакция, длится микросекунды, за это время в объеме диаметром до 6 м температура достигает 1 млн.º С и давление – более 0, 1 млн. МПа;

II – гидродинамическое воздействие, длится миллисекунды, за это время происходит испарение и плавление пород и образование зоны вытеснения (ударные волны производят дробление пород в ближайшей зоне, а сейсмические колебания – в дальней);

III – статическое действие, длится минуты, в это время обрушается кровля котла и образуется конус обрушения над ним;

IV – последствие, длится месяцы и годы в этот период происходит медленное выравнивание температуры пород и распад радиоактивных продуктов.

К моменту обрушения полости радиоактивные продукты взрыва, оставшиеся в газообразном состоянии, распространяются во всём объеме полости обрушения, и большая их часть сорбируется обломками. Они и представляют наибольшую потенциальную опасность. Наведенная активность значительно менее опасна. Кроме того, нейтроны ядерного взрыва поглощаются породой в пределах 1, 8 м от центра взрыва. Таким образом, вся облученная порода расплавляется, испаряется и фактически целиком попадает в общий расплав породы на дне полости. Всего в расплаве оказывается свыше 90% радиоактивных продуктов. В случае наличия достаточного количества алюминия и кремнезема радиоактивный распад способен выщелачиваться под воздействием грунтовых вод в течение столетий, сохраняя 99, 5% радиоактивных частиц.

Расчетами проф. Г.И. Покровского установлено, что через 6…12 мес. после взрыва уровень радиоактивности снижается настолько, что работа экскаваторов в районе взрыва будет безопасной.