1598005528-5a29f77d2a9bb899a883b13e75ca9e01 (811229), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Трубообразные полости представляют интерес из-за высокой проницаемости, относительно малых размеров кусков раздробленной породы и простоты извлечения из них тепла. Обвал происходит иэ-за неустойчивости полости и может произойти в любой момент после взрыва. Например, полость, образовав- 1ВВ Гааза 3 Пясушврсная программа нсясяьзсвання яларных взрывов 1В7 шаяся при взрыве устройства "Хардхэт", осела спустя 11 ч после взрыва, а полость, образовавшаяся при взрыве устройства ЯПайлдрайвер*', осела сразу же, хотя взрывы были проведены на расстрянии 400 м один от другого в одной и той же породе. Все взрывы в гранитной породе (включая французские) привели к оседанию и образованию трубообразных полостей. Трубообразные полости не обязательно симметричны.
Окончательная форма полости в сильной степени зависит от первоначальной картины трещин в среде, залегания слоев и зон ослабления. Обьем трубообраэной полости зависит от ее формы и часто эту полость представляют в виде цилиндра с полусферой или конуса с полусферой. Объемы таких моделей могут отличаться в два раза. Длн трубообразной полости заданных радиуса и высоты минимальный объем соответствует форме цилиндра, накрытого полусферой. Во всех последующих расчетах принимается именно эта модель.
Можно показать, что количество тепла, извлекаемое из трубообразной полости, относительно невелико (см. подразд. "Извлекаемая энергия"). Таким образом, погрешность, обусловленная принятой моделью, почти не скажется на конечном результате. Средняя пористость трубообразной полости, определяемая как отношение объема полости, образованной взрывом, к объему трубообразной полости, после оседания вычислялась на основе результатов измерений, проведенных при взрыве устройств "Пайлдрайвер", "ХардхэтЯ и "Шоул".
Полученные значения пористости составляют 18 — 295.'. Кроме этих трех взрывов, было проведено несколько опытов на плато Пахут Меса на полигоне в шт. Невада. Эти данные указывают на тенденцию к увеличению объемов трубообразных полостей с увеличением мощности зарядов, однако окончательного заключения сделать не удается из-за сложной картины залегания туфов в Пахут Меса и из-эа отсутствия знаний об относительной прочности туфов.
Подытоживая сказанное, можно отметить, что существует большая неопределенность относительно объемов трубообразных полостей из-за отсутствия информации о форме и о размерах трубообразных полсстей, образованных в результате оседания больших полостей (по,лученных при взрыве зарядов большой мощности в твердой породе). Для грубой оценки можно воспользоваться моделью цилиндра, накрытого полусферой, с отношением его высоты к радиусу полости 4,5. Расяредвлеяве авала, выдвлввшевссл врв взрыве. Большое количество энергии, выделяющейся при взрыве, накапливается в виде тепловой энергии вблизи места взрыва. Ядерные взрывы в соли (ядерные устройства 'Тном" и "Салмон") являются примером предельного случая распределения тепла после взрыва.
За исключением небольшого частичного оседания, такие полости сохраняют первоначальную форму, а расплавленная соль стекает на дно полости. В данном случае энергия взрыва сконцентрирована в тонком слое стенок полости с повышенной температурой и в слое расплавленной соли. Отбор тепла от расплавленного слоя соли или от стенок является медленным процессом, так как области повышенной температуры непроницаемы и теплопередача происходит только путем теплопроводности.
Более типичное распределение тепла, выделившегося при взрыве, было выявлено с помощью штреков, проложенных вблизи места взрыва устройства "Реньер". Когда полость после этого взрыва осела, куски породы были перемешаны с остеклованной расплавленной породой.
Вода, проникшая во время оседания в такую расплавленную породу, вскипела. Такая вода, превращаясь в пар, просачивается через трубообразную полость и передает тепло горячей породе. На фиг. 3.6 представлен профиль температуры в разведочной скважине, измеренный через 2,5 мес после взрыва устройства "Шоул". Почти вся трубообразная полость имеет повышенную температуру. Резкий температурный максимум ( 600 'С) находится ниже П1поцентра взрыва и захватывает нижнюю полусферическую часть трубообразной полости. Можно допустить, что при взрыве заряда мощностью 1 кт примерно 1000 т породы нагревается до температуры плавления или выше. Следовательно, при взрыве ядерного устройства нШоулЯ мощностью 13,1 кт, объем расплавленной породы должен составить 5000 мз.
Если бы этот объем был распределен в сферическом сегменте в нижней части нижней полусферы полости, то толщина расплава достигла бы 8,76 м. Однако толщина эоны с очень высокой температурой в действительности равна 21 м. Расхождение в ° 12 м слишком велико, чтобы можно было считать, что тецлопередача осуществляется только одной тепло- проворностью. Кроме того, температура в этой зоне существенно ниже точки плавления породы. Следовательно, расплавленная порода должна быть распределена в большем объеме и смешана с кусками породы. Далее, эта область должна быть достаточно проницаемой, чтобы пар мог более равномерно распределить тепло в полости. 166 Гпввв Э 1ООО 27О ГЭ2О ЭОО ЭОО ф ч 12ОО 12ОО 12 О яш 2ят лОО 4ОО Оау ввв 7ОО Тваещюапвуа, 'О Ф и г.
3.6. Профиль твмпврвтуры в разведочной скважине, измвпвииый че- рвя 2,6 месяца поспв взрыва яяврного устройства "Шоуп" 11!. 1 — луствя полостьд 2 — трубоопрвэнвя полость; 3 — рвсплввлвннвя породв; 4 — гилоцвнтр взрыва; Π— рвэввдочнвя снввнннв. Путем извлечения карпов из трубообразной полости, образованной при взрыве устройства лХардхзт", выяснилось, что б~ольшая часть расплавленной породы собирается на дне нижней полусферы полости в Слое толщиной 70,25 г ( ~70'„' кернов представляют собой расплавленную породу).
При помощи единственной скважины, пробуренной в трубообразную полость при взрыве устройства нПайлдрайвер", было установлено, что расплавленная порода проникла в полость и находится на расстоянии 0,23 г, ниже точки взрыва. Исследования большого числа кернов во йранпузских опытах показали, что расплавленный материал присутствует повсюду в осевшей полости: от 15 до 007ь кернов представляют собой расплавленные породы. Более концентрированное распределение расплава, обнаруженное в полости, образованной при взрыве устройства "Хардхзт", возможно связано с большим временем, прошедшим до момента обвала Плоушврснвя программа использования ядерных взрывов 169 Ф и г. 3.7. Профиль температуры в рвзввдочной скввжиив, измеряема чврвз 11 месяцев посля взрыва ядерного устройства "Хврдхзт" 111.
1 — рвэввдочнвя снвшяннв; 2 — луствя полость; 3 — рвсплввпвннвя порода; 4 — гнпоцвнтр вэрывв; Π— трубообрвзнвя полость. породы (11 ч для устройства нХардхзт" и несколько секунд для устройства "Пайлдрайвер"). Пронипаемость смеси расплава кусков породы трудно оценить.
Из профиля температуры трубообразной полости, образпвавшейся при взрыве устройства иШоул", видно, что тепло передается конвекцией вверх,из нижней полусферы. По-видимому, вода, содержащаяся в породе, превращается в пар и проходит через всю полость. Такой же профиль температуры для полости, образовавшейся при взрыве устройства иХардхзт", который был получен спустя 11 мес после взрыва (фиг. 3.7), показывает, что температура увеличивается на протяжении всей полости, а максимум температуры находится ниже области расплавленной на 70;,' породы, где расплавленная порода, 170 Глава 3 200 200 210 220 200 100 100 0,72 1,6 3,6 3,13 6,26 4,9з э,аб 9,12 16,23 Ыо $ гоо 1,97 3,66 6.62 14,06 26,10 7,16 17,96 36,9 32,00 64,00 12,60 Таблице 3.3 Объемы трещиноватой породы, образованные с помощью ядерных устройств различной мощности [11 Трубообрвзиая волость Объвм трещиноватой породы на расстоянии между г и 2г Суммарный объем трещиноватой породы на радиусе дс 2г с Объем трещиноватой породы на расстоянии между 2г, и зг Суммарный объем трещиноватой породы на радиусе до 3 г Обьвм трещиноватой породы на расстоянии между Зг и 4г Суммарный объем трещиноватой породы на радиуса до 4 г а возможно внедрилась н трещины.
Наибцльшая зафиксированная температура составляет 85 С, что указывает на значительную конвекцию тепла. Таким образом, по-видимому, расплавленная порода распределена по всей нижней полусфере полости, перемешана с обломками породы и эта область является проницаемой (хотя и менее чем трубообразная полость). Около 907ь энергии взрыва концентрируется в этой области и затрачивается на нагревание породы. Эта энергия может быть использонана благодаря распределению нагретого материала и проницаемости рассмотренной области. Извлекоемал эиерэил.
В табл. 3.5 предстацлены соответствующие объемы трещиноватой породы, которые могут быть образованы с помощью ядерных взрывов рбзличной мощности, произведенных на глубине 3 км при соблюдении ограничений, установленных в предыдущих разделах. На фиг. 3.8 приведены оценки электрической энергии, которую можно пцлучить из этих объемов. Предполагается, что Плоушерснвя программа использования ядерных взрывов 171 2ат Фдт вто Воо ээээ Маьтаэааи 04тиза юз ф и г.
3,6. Оценки количества электроэнергии, которую можно пспучЮт нэ объемов трещиноватой породы, образованных одиночными взрывами А 1 — все тепло, извлекаемое из грубообрвэной полости н иэ грещнноввтоя эоны нв расстоянии 4г; 2 — то же нв расстоянии 3 г; 3 — то же нз расстоянии 2г; 4 — только трубообрзэнвя полость 1904 тепла, лолучвгного лри взрыве). начальнаи температура породы 350 'С, конечная температура 150 "С, к.п.д, преобразования энергии 21",, и константа извлечения энергии 45 кВт ° ч/мэ.
Из этих графиков видно, что извлекаемой только из одной трубообразной полости энергии недостаточно для обеспечения электростанщ1и, мощностью 200 МВт. Таким образом, процесс извле- 172 Глава 3 Плскшврсиая лрограмма ислсльвования ядврнмх вврмвов 173 чения тецла представляет интерес, лишь в том случае, если тепло мо- ' жет быть извлечено из объема трещиноватой породы, окружающего трубообразную полость (увеличение мощности заряда свыше 1000 кт недопустимо по причине сейсмического характера). По'-видимому, будет нерентабельно извлекать тепло из области трещиноватой породы, образованной одним взрывом, Однако при проведении двух или более взрывов с образованием перекрывающихся трещиноватых зон вода или пар свободно могут поступать из одной трещиноватой области в другую.
Таким путем можно извлекать тепло, содержащееся в трещиноватых породах. Следовательно, для извлечения тецла в количестве, достаточном для производства электроэнергии, необходимо осуществить серию взрывов определенным образом расположенных зарядов. Зта схема имеет то преимушество, что снижает затраты (в пересчете на один ядерный заряд) на трубопроводы большого диаметра, требуемые для эффективного выведения пара на поверхность. Заряды в этом случае можно было бы помещать в меньших и, следовательно, менее дорогостоящих скважинах ( по нескольку зарядов в скважину), а трубопровод для вывода пара на поверхность потребуется только один.
Свсжежы варавва. Как указано выше, трещиноватая область, образованная одиночным зарядом, по характеристикам тецлоотдачи и по зкономическим характеристикам является неподходящей для разработки. С другой сторонь(, системы зарядов имеют то преимущество, что стоимость трубопровода распределяется на большую энергетическую базу. Кроме того, объем, через который проходит пар или вода, в случае взрыва системы зарядов больше, чем при взрыве одиночного заряда. Наконец, общий объем образующейся трещиноватой породы при взрыве системы зарядов может оказаться больше, чем при взрыве нескольких одиночных .зарядов. Увеличение объема трещиноватой породы, получающейся при взрыве системы зарядов бризантного ВВ, хорошо известно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
