Kitabı oku: «Сколль. Холод и мгла», sayfa 4
– Извините, что перебиваю. Получается, что выше нейтрального слоя строить убежище не имеет смысла? – спросил кто-то из зала.
– Само собой, если конечно, вы не хотите отапливать Галактику. Далее, строительные материалы! Тысячи километров тоннелей придётся бетонировать, заливать полы, строить цеха, а значит, потребуются цемент, металлы и прочие ресурсы. И чем их меньше использовать, тем дешевле нам обойдётся строительство убежища. А именно, прокладка тоннелей или иных капительных строений в осадочных породах слишком сложна в следствии их малой прочности и высокой насыщенности грунтовыми водами. Вода и малая крепость осадочных пород – главные причины, сдерживающие массовое строительство подземных сооружений. Цена отделки тоннелей и их дальнейшего обслуживания запредельна. Для постройки объектов без тюбингов, без крепей и насосов, ежеминутно откачивающих тысячи тонн воды, нам лучше всего опуститься ниже уровня грунтовых вода, в то место, где породы гораздо прочней. В нашем случае, данным условиям идеально соответствует Русский щит.
– Простите, какой щит? —спросили из зала.
– Русский. Про литосферные плиты «плавающие» по верхней мантии что-нибудь слышали? В двух словах, литосферный щит – выступающая часть континентальных платформ, которые залегают глубже и имеют глыбово-блоковое строение. Бывает, щиты выходят на поверхность, но в основном они скрыты осадочными чехлами. Докембрийские кристаллические и метаморфические породы, формирующие щиты, лучше всего подходят для подземных сооружений.
– Из-за своей прочности?
– Не только. Факторов много – теплоёмкость кварцитов, поток геотермального тепла, химический состав, вязкость, монолитность и трещиноватость пород. К сожалению, Русский щит очень слабо исследован. Бурили кое-какие неглубокие разведочные скважины на нефть, газ, а остальное по остаточному принципу. Наш район поиска – край Воронежского поднятия Русского щита, который, в свою очередь, является составляющей частью большой Восточно-Европейской платформы. Исходя из логистики и имеющихся геологических данных, мы ограничили поиск городом Калуга и районами Калужской области, расположенными северо-западней: Дзержинским, Медынским и Износковским. За девять месяцев было пробурено сто сорок шесть скважин глубиной от двадцати до трех тысяч пятисот шестидесяти метров. Применяли электроразведку, магнитный, гамма и нейтрон-нейтронный каротаж, геофизические и геохимические исследования и прочее, прочее, прочее.
– Нашли?
– Кто хорошо ищет, тот всегда найдёт! Повезло, что в пятнадцати километрах северо-восточней Калуги нащупали место, где щит залегает на глубине тысяча-тысяча двести метров. Шаг вправо, шаг влево и уже не то. Чего далеко ходить то? Прямо под Москвой толщина осадочного слоя достигает тысячи шестисот метров, а температуры превышают оптимум на пять градусов.
Сцена сменилась – зрители как будто парили над складками, разломами и огромными красными глыбами, чередующимися со слоями осадочных пород.
– Визуализация верхней части щита, – пояснил Дмитрий. – Массивы высоковязких, плотных, мелкозернистых кварцитов подстилают архейские глыбы и купола гранитогнейсов. Обратите внимание, что кварциты, слагающие блоки, имеют слабую трещиноватость, устойчивы к кислотам и щелочам и имеют низкий показатель влагопоглощения. Прочность на сжатие у них феноменальная, от трёхсот пятидесяти до четырёх сотен сорока мега паскалей, что в двадцать раз прочней бетона марки М500. По шкале проффесора Протодьяконова коэффициент прочности восемнадцать, почти высшая степень!
Поверьте профессиональному геологу, в Европейской части более подходящих пород для нашего «Свартальвхейма» не найти, да и в мире таких мест не так много. Кварциты формируют монолитные блоки толщиной от сорока до двухсот метров, достигающие двенадцати километров в длину и пяти в ширину. Площадь массива кварцитов, подходящая для постройки подземных сооружений. Перед всеми появился плоский, тонкий пласт из наслоений.
– Кварцит на девяносто две части состоит из зёрен кварца. На этот раз у всех над столами появилось 3D изображение керна кварцита красного, бардового и розового цвета.
– А почему он такой красный? – звонким голосом спросила Дмитрия симпатичная девушка с голубыми глазами.
Геолог заинтересовался, увеличил иконку девушки и перед ним раскрылись подробности: Ирина Стеклова, 32 года, куратор проекта БИОС.
– Это примеси, – стал разъяснять Дмитрий. – Обратите внимание на цветные вкрапления – сфен, циркон, рутил, – Дмитрий «вытягивал» кристаллы, увеличивая их в размере. – Больше всего гематита. Вот эти красненькие, похожие на стразы, – родохрозит и пурпурит, минералы марганца. В целом, ничего из ряда вон выходящего, а относительно высокое содержание железа объясняется тем, что по соседству залегают железистые кварциты Курской магнитной аномалии.
– И эти красные включения придают кварцу такой изумительный цвет?
– Вы необычайно догадливы, Ирина! Посмотрите, керн номер сорок. Насыщенный угольно-чёрный цвет, в составе колумбит и магнезит. Миллиарды лет назад песок, состоящий из микроскопических обломков кварца, под воздействием больших температур и давления кристаллизовался, захватывая находившиеся рядом минералы. А знаете ли вы, что наш кварцит по многим параметрам превосходит Шокшинский?
– Где-то я слышала это название.
– Царский камень, – пробасил мужчина с бородой, также осматривающий свою копию цифрового керна. – Говорят император лично выдавал разрешение на вывоз. Им ещё мавзолей Ленина отделывали и мемориал у могилы Неизвестного Солдата.
Участники стали переговариваться между собой.
– Чуть было не забыл! – прервал шум Дмитрий. – Прошу попробовать минералку!
Всем подсветили «реальные» пронумерованные термостаканы.
– А я-то гадала, что это за банки стоят. Виртуальная конференция, совмещённая с реальной дегустацией… Куда катится этот мир!?
– Разведку, по рекомендации нашей СБ, – Дмитрий кивнул в сторону Семёна Петровича, – мы вели как бы на минеральную воду. Территория московского артезианского бассейна как-никак. Так что, у нас полный порядок, разведаны сульфатно-хлоридные, сульфатно-натриевые и сульфатно-магниево-натриевые воды. Под номером пять особенно хороша. Рекомендую! Не хуже Доната Магния. Мои буровики этой минералкой все пустые канистры залили.
– Действительно хороша! – восхитился пожилой мужчина, попробовав воду. – Семнадцатым Ессентукам до такой, как до Луны пешком.
– Вот и я о том, – ответил ему Дмитрий. – Хоть завтра на разлив. Мы и морскую воду в юрском горизонте вскрыли.
– А вот это гораздо интересней! – пробасил дядя с лопатообразной бородой.
Показываю Дмитрию на часы, тот понимающе кивает:
– Расскажи лучше, какие возможны максимальные сечения тоннелей и залов.
Дмитрий, отпив воду ответил:
– По месту надо смотреть. В самих блоках до восьмидесяти метров, на границах, конечно, меньше. Не мой профиль, вам на это лучше ответит геофизик.
– И про химический состав не забудь!
– Как можно?! – Дмитрий вывел перед участниками виртуальный экран с диаграммой химического состава кварцитов. – Из усредненной тонны кварцита можно извлечь порядка тридцати килограмм железа, две целых восемь десятых килограмм марганца, пять алюминия, два титана. На удивление много вольфрама, почти килограмм на тонну! Остальные элементы отражены в граммах на тонну – молибден, свинец и цинк по два, редкоземельных металлов – восемнадцать. Отмечу относительно высокое содержание ниобия, золота и палладия.
Повторюсь, с моей точки зрения, мы не нашли ничего экстраординарного. Полезные ископаемые, залегающие на такой глубине, для промышленной разработки интереса не представляют. Вне подземного пространства «Свартальвхейма» интересны на юге редкоземельные граниты, подстилающие шит на горизонте три километра сто метров. На юго-востоке, на горизонте две тысячи восемьсот метров найдены богатые оксидом алюминия аллунитовые и силлиманитовые сланцы, до семидесяти процентов.
Поднимемся немного выше, – сцена сменилась. – Осадочный чехол над щитом сложен карбонатно-терригенными породами: известняки, доломиты, мергеля с прослойками глин и гипса, – при этом Дмитрий «вытягивал» пористые, словно губки, слои и отталкивал их в сторону атриума. Дотронувшись до такого слоя-среза, можно было узнать геологические характеристики.
–Про гипс подробней, пожалуйста!
– Как скажите, босс! Залежи в Подмосковном гипсовом бассейне связаны с двумя толщами отложений. Первая, вот эта, – он подсветил её красным, – приурочена к ярусу верхнего девона и залегает на глубине от тридцати до семидесяти метров и при максимальной мощности десять метров. В этом горизонте разрабатываются все промышленные месторождения гипса, в том числе и самое крупное – Новомосковское. Вторая, более мощная, до ста метров, толща, сульфатно-карбонатная. Она включает в себя богатые и более чистые пласты ангидрита и гипса.
– Почему их не разрабатывают? Здесь же намного больше гипса? – спросила Ирина, прокручивая виртуальный пласт.
Дмитрий улыбнулся и ответил Ирине:
– Глубина залегания более четырёхсот метров. Такое месторождение – чемодан без ручки. Проходка шахты слишком дорого обойдётся. Гипс не никель, ценой не вышел!
На горизонте пятьсот сорок метров оконтурены массивы гипсового камня площадью шестьдесят семь квадратных километров, мощностью до семидесяти метров. Содержание гипса в них доходит до девяноста пяти процентов. Сравнивать его с другими месторождениями на планете даже некорректно, – появилась трёхмерная диаграмма, показывающая в виде кубов, запасы крупнейших гипсовых месторождений мира. – Разведанные мировые запасов гипса – 9,2 миллиарда тонн, из которых в России 3.2 миллиарда тонн.
– Впечатляет!
– А то! Но главный параметр для нас не запасы, – продолжил Дмитрий, – а прочность гипсового камня, и она очень хорошая. В массиве можно пробивать тоннели сечением двенадцать на двенадцать метров, не опасаясь обрушения сводов. Над толщей залегают глины, изолирующие толщу от грунтовых и артезианских вод, выше верхнедевонские доломиты, доломитизированные и мраморовидные известняки и мергеля, пригодные для производства цемента без предварительного обогащения.
Коротко пробежимся по ресурсам, залегающими в самом верхнем слое. На глубине до ста сорока метров, параллельно течению Угры найдены цеолиты, трепела, тугоплавкие и легкоплавкие глины и пески, содержащие барий, литий, цирконий и стронций. В приповерхностных горизонтах – меловые и диатомовые опоки, а также пласты бурого угля толщиной до семи метров, относящиеся к Подмосковному угольному бассейну.
Посмотрите, что мы нашли на нижних горизонтах, – на столах участников появились оцифрованные камни и новые цилиндры-керны с иконками-надписями: чёрный сланец, ракушечник, бордовый и голубой мрамор, мраморовидный известняк, чёрный и чёрно-красный гранит.
– Какая красота! – Ирина увеличила камень цвета кофе с молоком.
– Аналог Кваньского мрамора. Местное название мраморовидных известняков, легко подающихся полировке, – пояснил Дмитрий. – Его, как и знаменитый Шамординский, раньше добывали в каменоломнях близ Калуги, оттуда везли прямиком в Москву. Мрамор использовали в отделке станций метро и Киевского вокзала, частенько он попадал и в дома партийных чиновников. Наверху мрамор выработали ещё до войны. Ну, там сколько его было, так, крохи. Мы нашли на два порядка больше – восемьдесят миллионов тонн. Но и это не всё. На северо-востоке обнаружены месторождения плотного, белоснежного мраморовидного известняка, а ближе к поверхности пласты олигонитового и глауконитового песчаника. Как видите, с декоративными камнями у нас полный ажур.
– Кхм… Дмитрий, не уходи в сторону, – я снова показал ему на часы.
– Я воль! На севере «Свартальвхейма», на горизонте девятьсот метров – пласт каменной соли. Кое-что и на поверхности нашли, вернее уточнили имеющиеся запасы.
На виртуальном экране отразились объёмные карты местности со значками, обозначающими месторождения торфа, глин, стекольных песков и сапропеля, иллюстрированные боковыми столбиками, отражающими запасы.
– Если дотронуться до значка, можно узнать более подробные характеристики, – пояснил Дмитрий. – VR-презентация и не такое позволяет. В принципе, у меня всё. Жажду узнать, каким образом мы будем разрушать сверхпрочные кварциты? – это Дмитрий обратился ко мне. – И сколько лет потребуется, чтобы пробить вертикальные шахты в …
– Обязательно узнаешь! – я отключил его аватар и продолжил. – Дмитрий подробно описал нам геологическую картину в районе строительства. Думаю, всем будет интересно узнать, как мы планируем использовать эти богатства.
Всплыла схема, похожая на муравейник в разрезе, массивы породы, в которых отражались переплетения залов, тоннелей, кабель-каналов и вертикальных шахт, связывающих их.
– «Свартальвхейм» сформируют два яруса, связанных между собой и поверхностью вертикальными шахтами и переходами. Первый, холодный, с температурой десять градусов будет располагаться в толщах гипса на горизонте пятьсот метров. Второй, со средней температурой двадцать один градус на горизонте тысяча двести. Одинарные, сдвоенные и строенные коммуникационные тоннели нескольких диаметров сформируют сетки ярусов и будут соединять фрактальные структуры, оканчивающиеся залами нескольких типоразмеров и сечений: жилые зоны, производства, склады и фитотроны (климатическая камера для выращивания растений в закрытом объёме в регулируемых условиях).
– Какова общая протяжённость тоннелей? – спросил Тимур.
– Транспортных и технологических – порядка шести тысяч километров. Коммуникационных, для труб и циркуляции жидкостей, газов в разы больше, – ответил я под общие удивлённые возгласы. – Более точные цифры станут известны, когда проект будет полностью просчитан. Но кое-что уже можно озвучить. Планируемый к выработке объём полезного пространства, включающий коммуникации, склады, фитотроны, жилые и производственные зоны на нижнем ярусе – семьсот пятьдесят миллионов кубометров, на верхнем – четыреста пятьдесят, прочие помещения и выработки – восемьдесят миллионов кубометров.
– Погоди-ка, – перебил меня Дмитрий. – Я не ослышался? Вы хотите разрушить и поднять на поверхность два миллиарда тонн кварцитов?! Понимаешь, что говоришь?
– Прекрасно.
Дима в отчаянии схватился за голову:
– А-а-а. Бред! Как! Ну как, чёрт побери, за несколько лет разрушить и извлечь объём пород в сто двадцать раз превосходящий объём московского метрополитена! Мы скважины малого диаметра в час по чайной ложке пробивали. На сантиметры счёт шёл! Одних убитых алмазных долот целый грузовик набрался.
С переднего ряда поднялся ухоженного вида старичок с аккуратной, клиновидной бородкой.
– Пожалуй, молодой человек, я смогу удовлетворить ваше любопытство, – сказал он.
– Позвольте представить, – перехватил я слово, – доктор физико-математических наук Константинов Антон Игоревич! Работает, точнее работал, в НИИ токов высокой частоты. Антон Игоревич, прошу вас, начинайте.
Глава 4. Крот.
– Профессор Константинов, – представился выступающий. – Возможность быстро проходить крепкие горные породы с минимальными издержками является ключевым условием реализации нашего проекта. В этом, я полностью поддерживаю Андрея Владимировича. Учитывая планы, затраты на разработку и производство буровых головок нам отведено четыре года чтобы разрушить и утилизировать два миллиарда сто миллионов тонн кварцита, миллиард тонн гипсового камня и сто восемьдесят миллионов тонн прочих пород. В сравнении с мировой добычей минеральных ресурсов, которая составляет двенадцать миллиардов тонн в год цифра небольшая. Однако, учитывая, что по большей части придётся разрушать сверхпрочные породы, задача многократно усложняется. Проект подобного масштаба не имеет аналогов в истории человеческой цивилизации. Даже Готардский базовый тоннель настолько уступает «Свартальвхейму», что сравнивать их смешно. Объём перемещенных при проходке этого сооружения скальных пород составляет всего двадцать четыре миллиона тонн.
– Угу, всего! Не забудьте добавить, что на его проходку ушло двадцать лет при бюджете в двенадцать миллиардов долларов! – не удержался от укола Дмитрий.
– Совершенно верно, молодой человек. И всё эти издержки оттого, что для проходки подземных тоннелей использовали традиционные проходческие щиты.
– Наши кварциты не возьмут даже специальные скальные шиты. Только буровзрывные работы спасут.
– Полностью поддерживаю. Современные щиты не способны проходить настолько прочные породы. Они дороги, сложны в производстве и обслуживании, следствием чего является высокая цена сооружения тоннеля. К примеру, средняя цена километра тоннеля в Московском метро составляет сто миллионов долларов. Каждый кубометр полезного пространства обходится бюджету города в сорок три тысячи долларов.
В зале заметно оживились, а Дмитрий снова выкрикнул:
– Попросите мэра выделить мне пару кубометров на пропитание! Обещаю, буду копать их детской лопаткой в смокинге.
Профессор поднял руку и дождавшись тишины продолжил:
– На себестоимость влияет цена и обслуживание щитов и прочего оборудования, высокая стоимость тюбинговой отделки, а также сложные гидрогеологические условия. В том же Готардском тоннеле, за счёт проходки в скальном грунте цена полезного кубометра составила девятьсот долларов.
– Если по этой схеме считать нам потребуется всего-то один триллион триста двадцать четыре миллиарда долларов. Только одно «но», в нашем случае сумму можно смело умножать на четыре. Сравнивать трещиноватые скалы в Альпах и сверхпрочные кварциты некорректно!
– Ошибаетесь, молодой человек! – ответил профессор. – И на несколько порядков ошибаетесь. Девяносто семь процентов расходов при проходке – обслуживание сложных технологических конструкций проходческих щитов, гидравлическая система, масла, подшипники и иные конструкционные узлы. Высокая стоимость щита, зарплата тысячам квалифицированных рабочих и инженеров, расход сотен тонн технологических жидкостей так же вносят свою лепту. При использовании моего оборудования дело обстоит ровно наоборот. Девяносто пять процентов расходов чистая энергия. И если вы так шустро считаете в уме, то вот вам простая задачка: цена газа пять рублей за кубометр. Для генерации электроэнергии, требуемой для разрушения кубометра кварцита, расходуется три с половиной кубометра, для гипса – один. Какова себестоимость проходки «Свартальвхейма» в американских тугриках?
Дима быстро забегал пальцем по кнопочкам виртуального калькулятора.
– Не может быть! Триста девяноста два миллиона… Фантастика!
– Вообще-то газ мы свой планируем добывать, а себестоимость топливных метановых элементов нам ещё толком неизвестна, – добавил я свои соображения. – Профессор, прошу, продолжайте!
– Бурение горных пород – один из самых затратных и трудоёмких процессов при разведке и разработке месторождений. На сегодняшний день известно более сорока способов бурения, но главным, по-прежнему остаётся механическое. За двести лет развития оно приблизилось к пределу своих возможностей. Разрушение происходит при высоком давлении инструмента на породу и сопровождается высокими потерями энергии. С увеличением крепости пород возрастает и скорость износа рабочих элементов буровых инструментов, поднимаются энергозатраты и время. При увеличении крепости пород и диаметра скважины себестоимость механического бурения увеличивается в геометрический прогрессии, а трудности передачи в забой достаточного количества энергии, связанные с большими расходами на вращение буровой колонны кратно снижают коэффициент полезного действия. Дмитрий, я всё правильно говорю?
– Азбучные истины глаголите, профессор! Если бы не ухищрения и мой добрый характер, – Дмитрий многозначительно посмотрел на меня, – цена каждой скважины глубиной в полтора километра улетала бы далеко за миллион долларов. Повезло, нашёл место, где наши Левши недорого «напыляют» алмазные буровые долота.
Профессор кивнул, сменил сцену и перед всеми отразилась таблица энерго-затрат:
Ударное – 190 – 260;
Вращательное – 160-200;
Гидроимпульсное – 15;
Электротермическое – 1 400;
Лазерное от 1500 до 3000;
Огневое и плазменное – 1500;
Электрогидравлическое – 120;
Электроимпульсное – 25-50.
– Перед вами отражены энергозатраты в киловатт*часах на разрушение кубометра породы средней прочности при бурении разными способами, – продолжал профессор. – Обратите внимание, на последнюю строчку. Именно электроимпульсным бурением я занимаюсь последние тридцать лет. Впрочем, давайте не будем тянуть кота за хвост.
По центру сцены возникла шестигранная призма с толстыми стенками. Ближе к концу она переходила в конус и далее в профиль квадратного сечения. Дмитрий начал вращать виртуальную копию объекта и рассматривать его со разных ракурсов.
– Фитинги для шлангов… Разъёмы для кабелей и технологические отверстия под винты. Чёрт побери, профессор, я не дурак, не подумайте. Московский геологоразведочный институт закончил с красным дипломом. Что это за хреновина?
– Это, молодой человек, и есть моё ноу-хау. Головка комбинированного бурения «ГКБ-7», точнее коронка от неё.
– Буровая коронка… Шестиугольная?!
– Именно. Посмотрите внимательней.
– Какие-то отверстия.
– Это не отверстия, а каналы для введения электродов и циркуляции жидкого диэлектрика, – пояснил профессор и, дотронувшись до модели, разделил её на две части. – Камера дезинтеграции, – профессор развернул один из сегментов с конической частью к зрителям. – Процесс разрушения выглядит следующим образом, прошу внимания, – на экране сменялись схемы, и профессор пояснял. – Комбинированное, ультразвуковое, гидроимпульсное, СВЧ и электроимпульсное воздействие в диэлектрической жидкости пробивает каналы в породе образуя шестигранный керн, который, в свою очередь, попадает в камеру дезинтеграции, где подвергается разрывающему воздействию импульсов тока и разрушающим гидроударам силой сто сорок тысяч атмосфер. Порода разрушается на частицы размером от двух миллиметров до десяти микрон, а образовавшаяся пульпа проходит через фильтры, выкачивается насосами и транспортируется либо на оборотную центрифугу, либо по системе трубопроводов поступает к обогатительному оборудованию.
– Прошу подробностей, профессор! – Дима сделал глаза, как у кота из Шрека. – Обещаю, буду молчать как рыба. Какая производительность у вашей головки?
– Не менее сорока метров в час в кварцитах и сто восемьдесят в гипсовом камне.
Дмитрий вылупил глаза, но на этот раз промолчал.
– Действительно, – поддержал я Дмитрия, – расскажите нам устройство и принцип работы. Думаю, многим будет полезно ознакомиться с ключевой технологией проекта.
– Если публика требует, – профессор помял папку в руках. – Единственное, попрошу не перебивать. Мне бы хотелось уложиться в отведённое время, не люблю, знаете ли, людей задерживать. Начнём, пожалуй, с теории. Электроимпульсное бурение исследуется в Томском НИИ высоких напряжений более пятидесяти лет. Построены десятки ЭИ-бурильных установок, накоплен колоссальный опыт. Как я говорил, разрушение породы происходит за счёт воздействия мощного электрического разряда, точней, пробоя высокого импульсного напряжения, соответствующего по амплитуде электрической прочности породы. Процесс идёт в приповерхностной зоне забоя скважины, заполненной жидким диэлектриком. В зависимости от задачи используется либо техническая вода, либо жидкость на основе жидкого стекла.
Эффективность импульсного бурения не зависит от крепости пород и глубины скважины и определяется только параметрами электрического пробоя, взрывной характер которого вызывает напряжения, вызывающие хрупкое разрушение скального грунта без потерь энергии на пластическую деформацию, так как прочность горных пород на разрыв на порядок ниже, чем на сжатие.
– То есть, чем прочней порода, тем эффективней разрушение? Видите, профессор, я тоже кое-что понимаю! – добавил Дмитрий.
– Совершенно верно. Если взять кварцит, то по прочности на сжатие он отличается от песчаника в семь раз, а по электрической менее чем в два раза. А теперь посмотрите вот сюда, – смена видеопотока, все увидели похожие на молнии кистевые разряды от электродов. – Обратите внимание на сеть радиальных трещин, убывающих по мере удаления от канала пробоя. Два этих явления идут друг за другом. В результате электрического пробоя в поверхностном слое породы образуется канал разряда, а после начинается разрушение твёрдого тела под действием механических напряжений, возникающих в результате расширения канала.
За годы исследований мы избавились от «детских болезней», в частности, найден материал с высокой вязкостью разрушения для изоляции высоковольтных электродов – радиационно-облучённый сверхвысокомолекулярный полиэтилен, рассчитан оптимальный размер разрядного промежутка между электродами, а также уровень рабочего напряжения для разных видов материалов.
Импульсные конденсаторы, трансформаторы и выключатели заменены на свои сверхпроводниковые аналоги. При охлаждении конденсаторов до температуры жидкого азота в замкнутом магнитопроводе возможно поддерживать очень большие токи без приложения дополнительного напряжения. Новые схемы высокочастотного преобразования напряжения в сто с лишним раз подняли энергетические характеристики сверхпроводниковых индукторов на основе иттрий-бариевой керамики. Доработан контакт Джозефсона и сверхпроводящие трансформаторы без сердечника, позволяющие сократить величину потерь… – профессор оглядел зал, увидел кислые лица. – Пожалуй, теории с вас хватит. Достаточно знать того, что силовая электроника модулей размещена в капсуле из нержавейки, охлаждается жидким азотом, а силовыми ключами управляет нейросеть через операционную систему. Параметры импульсов в зависимости от породы генерируются с помощью технологий машинного обучения.
– Профессор, а не проще ли сделать буровую головку большего диаметра?
– Нет! Мы в институте изготавливали буры диаметром по полтора метра, как сплошные, так и кольцевые. При испытаниях всплыл такой факт, что с увеличением диаметра бура, частота импульсов падает пропорционально, а чем она выше, тем больше объём разрушений и соответственно скорость бурения. Сформировать из типовых элементов разрушающий орган нужного диаметра и формы энергетически эффективней и дешевле. Собственно, – профессор закашлялся, – технологией объединения модульных буровых головок в кластер я занимался все эти годы, – он словно фокусник разделил шестигранную коронку вдоль. – Так как инструмент при работе не вращается, мы можем формировать коронку из сегментов любой формы. Плоские или угловые пластины для внутренних секций, закруглённые или зубчатого профиля для периферии щита. Но мы отвлеклись.
Итак, повторюсь, принцип автоматического, программируемого, распределения разрядов по большой площади забоя при использовании многоэлектродных конструкций головок позволяет обеспечить непрерывность процесса разрушения пород без каких-либо специальных мер, вроде вращения и сложных каскадов импульсов. У каждой буровой головки свой, независимый, источник импульсов, а значит, с ростом диаметра, повышается плотность энергии на единицу площади забоя. Говоря простыми словами, чем больше головок и чем больше диаметр щита, тем эффективней происходит разрушение. Немыслимое, с точки зрения механических способов проходки, явление.
Электроимпульсное бурение отличается малым износом бурового инструмента и допускает его изготовление из недорогих сталей. В отличие от механических способов, к коронке не требуется прилагать значительных усилий. Достаточно обеспечивать стабильный контакт инструмента с массивом породы. На первом этапе для проходки тоннелей мы планируем использовать раму с головками, установленную на колёсный или гусеничный ход. При необходимости наборную головку можно прикрепить к манипулятору робота или стреле экскаватора, весит она немного.
После этих слов глаза у Дмитрия расширились и стали похожи на блюдца, а профессор, довольный производимым эффектом, как ни в чём не бывало продолжил:
– Эффект электроимпульсного пробоя используется и в разработанных мной установках резания камней. При этом глубина щели ровна шестидесяти сантиметрам, а производительность – восемь квадратных метров в час. Энергозатраты на квадратный метр составляют от двух до восьми Квт*часов. По сравнению со взрывными работами щелевая резка и последующий скол массива кварцитов ЭГ-ударом повысят выход годного камня с трёх процентов до восьмидесяти. Резак можно использовать как для дноуглубительных работ, так для резки льдов. Сфера его применения отлично подходит для наших задач.
Вторая важная составляющая головки – электрогидроимпульсный дезинтегратор. Он разрушает каменные породы в два раза эффективней, чем механические дробилки и намного быстрей. Дезинтеграция (разрушение) проходит, по границам минеральных зёрен, достигается высокая степень раскрытия сростков, зёрен и кристаллов минералов без их разрушения, ошламования и размазывания. Идёт работа над выделением узких фракций минералов по классам крупности с дальнейшей обработкой частиц в ЭГ-дезинтеграторе, что позволит нам радикально сократить число обогатительного оборудования.
– Профессор, а все эти ваши чудеса уже работают? Руками потрогать можно!
– С нашей стороны всё готово. Ожидаем сверхпроводящие ленты из Японии. Три-четыре месяца, и первую партию головок можно отправлять на испытания. Модули СВЧ, ультразвукового и гидроимпульсного бурения готовы полностью.
– Если всё, о чём вы нам рассказали, работает, современное буровое оборудование можно выкидывать на помойку. И если можно, в двух словах о других ваших модулях. Хочу понять, как всё работает в связке?
–В двух словах, наверное, не выйдет, – профессор немного задумался. – Что сказать, эти модули критически важны. С их помощью мы увеличили производительность ЭИ-бурения на порядок. В СВЧ (сверхвысокочастном) модуле передача электромагнитного импульса в породу происходит в режиме резонанса. До девяносто пяти процентов энергии импульса передаётся в породу, в результате чего она ослабляется и разрушается по каналам теплового пробоя. Мы пока подбираем наиболее эффективные комбинации импульсов промывочной жидкости, мощности и частоты импульсов тока, СВЧ и ультразвука. Посмотрите, – Антон Игоревич вывел на экраны новые модели странной формы. – Перед вами генератор СВЧ в сборе, а вот этот медный цилиндр – проходной объёмный резонатор. От него, через гибкий волновод, энергия попадает в буровую коронку. Так мы и мощность сохраняем, и потери энергии сводим к нулю. Для конкретной породы, по фазе коэффициента отражения, механик-оператор производит настройку резонатора без демонтажа головки, путём изменения длины за счёт изменения количества регулировочных колец.
