СООРУЖЕНИЕ ДЛЯ ДЛИТЕЛЬНОГО ИЗОЛИРОВАННОГО ХРАНЕНИЯ СТРАТЕГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2003 года по МПК E04H9/12 

Изобретение относится к специальным сооружениям, расположенным в породах земной коры, предназначенным для размещения и длительного экологически безопасного хранения объектов стратегического назначения.

Известно сооружение для длительного изолированного пребывания объектов (патент РФ 2139983, кл. Е 04 Н 9/12, принят за прототип), включающее соединенные галереями помещения, оборудованные в водоупорных горных породах земной коры, в которых размещены модули для хранения объектов.

Недостатком известного сооружения является высокая непрерывная конвергенция породных массивов, ограждающих помещения, за счет явления ползучести и текучести горных пород, в сторону открытого пространства помещений, что приводит их в непригодное для эксплуатации состояние.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи скрытного, безопасного, мобильного и долговременного вывода стратегических объектов из биосферы с возможностью оперативного возвращения в нее.

Решение данной задачи опосредовано новым техническим результатом, заключающимся в создании не доступной для внешнего наблюдателя, практически недеформируемой в условиях всестороннего сжатия, но проницаемой для специальных транспортных средств композиционной утилитарной среды.

Существенные признаки заявляемого технического решения:
ограничительные - наличие соединенных галереями помещений, оборудованных в водоупорных породах земной коры, в которых размещены модули для хранения объектов стратегического назначения;
отличительные - модули снабжены гидроизолирующими оболочками, а галереи и помещения заполнены жидкостью или жидкостями, неагрессивными к ограждающим галереи и помещения горным породам; сооружение дополнительно снабжено гидронапорным или гидронапорным, гидроприжимным устройствами и шлюзовым приспособлением, каналом для удаления из галерей и помещений воздуха; гидронапорное устройство расположено в земной коре с выходом или без выхода на земную поверхность, выполнено в виде трубопроводов или трубопровода с нисходящей и восходящей ветвями, заполненными жидкостью или жидкостями, гидроприжимное устройство расположено на земной поверхности с заглублением или без заглубления в земную кору, выполнено в виде наклонно или вертикально расположенного трубопровода, заполненного жидкостью или жидкостями, при этом верхний конец нисходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства имеет связь с атмосферным воздухом или нижним концом трубопровода гидроприжимного устройства и шлюзовым приспособлением, нижний конец трубопровода нисходящей ветви гидронапорного устройства соединен с нижним концом восходящей ветви трубопровода этого устройства или с галереей, верхний конец восходящей ветви трубопровода соединен с галереей, верхний конец трубопровода гидронапорного устройства связан с атмосферой, а канал для удаления из галерей и помещений воздуха выполнен в виде трубопроводов или трубопровода, проложенного вдоль галерей, помещений и гидронапорного устройства, оборудован обратным клапаном, воздухозаборными окнами, расположенными на нижнем конце трубопровода, под кровлей галерей и помещений, и выходом в атмосферу на верхнем конце трубопровода, который после удаления воздуха и заполнения трубопровода жидкостью перекрывается задвижкой; высота нисходящей ветви трубопровода (Н₂) гидронапорного устройства составляет
H₂ = [H_г.п•(кγ_г.п-γ₃)-ΔHγ₃-H₁γ₁]/(γ₂-γ₃), м,
где Н_г.п - расчетная глубина заложения галерей и помещений сооружения в недрах земной коры, м;
к - заданный коэффициент компенсации горного давления на галереи и помещения сооружения давлением, создаваемым гидронапорным или гидронапорным и гидроприжимным устройствами, доля ед.;
γ_г.п - средневзвешенный объемный вес горных пород, залегающих над галереями и помещениями сооружения, Н/м³;
γ₃ - объемный вес жидкости или средневзвешенный объемный вес жидкостей в восходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства, Н/м³;
ΔН - отклонение положения расчетного уровня земной поверхности над галереями и помещениями сооружения относительно верхнего уровня жидкости в нисходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства, со знаком "плюс", если отклонение от верхнего уровня жидкости "вниз" и со знаком "минус", если отклонение "вверх", м;
Н₁ - высота трубопровода гидроприжимного устройства, м;
γ₁ - объемный вес жидкости или средневзвешенный объемный вес жидкостей в трубопроводе гидроприжимного устройства, Н/м³;
γ₂ - объемный вес жидкости или средневзвешенный объемный вес жидкостей в нисходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства, Н/м³;
и должна быть больше или равна сумме ΔН и Н_г.п,
а высота (Н₃) восходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства составляет
Н₃=Н₂-ΔН-Н_г.п., м;
галереи и помещения для размещения модулей с объектами стратегического назначения размещены внутри соляной толщи, заключенной в породах земной коры, а в качестве заполняющей галереи и помещения жидкости используется насыщенный соляной раствор;
гидроизолирующие оболочки, покрывающие модули, выполнены из нержавеющего материала, исключающего закристаллизацию оболочки солями, содержащимися в окружающих оболочки модулей средах; оболочка нисходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства на протяжении от земной поверхности до соляной толщи окружена гидроизолирующим воротником, боковым поверхностям которого придана ступенчатая форма; верхний конец нисходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства или верхний конец нисходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства, шлюзовое приспособление, нижний конец трубопровода гидроприжимного устройства и устье воротника изолированы от природных вод колпаковой плотиной на высоту, превышающую вероятностно ожидаемый максимальный уровень затопления земной поверхности территории размещения сооружения природными водами; нисходящая и восходящая ветви трубопровода гидронапорного устройства на участках прохождения их через соляную толщу снабжены водоупорными кольцами; помещения сооружения расположены друг от друга на расстоянии, исключающем их совместное влияние на напряженно-деформированное состояние окружающих массивов горных пород; сооружение снабжено батисферами и/или батискафами для перемещения модулей; модули для хранения стратегических объектов снабжены движителями для их автономного перемещения.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и техническим результатом заключается в том, что снабжение модулей гидроизолирующими оболочками и заполнение галерей и помещений жидкостью, неагрессивной к ограждающим галереи и помещения горным породам, позволяет создать искусственную среду для скрытного размещения стратегических объектов, хотя и пассивно, но в определенных пределах сопротивляющуюся проявлениям горного давления, увеличивая срок безопасного пребывания стратегических объектов в сооружении.

Снабжение сооружения гидронапорным или гидронапорным, гидроприжимным устройствами и шлюзовым приспособлением, каналом для удаления из галерей и помещений воздуха создает условия для активного регулирования величины противодействия горному давлению, позволяет исключить образование воздушных мешков в объеме сооружения, снижающих за счет высокой деформационной способности воздуха динамическую составляющую эффекта заводнения галерей и помещений сооружения. Конструктивное исполнение упомянутых устройств и их взаимное расположение обеспечивает надежную практическую реализацию предложенного принципа управления горным давлением во взаимосвязи с возможностью осуществления транспортных операций с сохраняемыми объектами, снабжение трубопровода для удаления воздуха обратным клапаном и задвижкой, исключает влияние веса столба жидкости в этом трубопроводе на напряженное состояние жидкости в галереях и помещениях.

Предложенная математическая зависимость между параметрами силовых характеристик гидронапорного и гидроприжимного устройств позволяет выбирать варианты конструктивного исполнения сооружения во взаимосвязи с конкретными горно-геологическими условиями и технико-экономическими возможностями заказчика и подрядчика строительства сооружения.

Окружение оболочки нисходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства на протяжении от земной поверхности до соляной толщи гидроизолирующим воротником с приданием боковым поверхностям его ступенчатой формы, снабжение нисходящей и восходящей ветвей трубопровода гидронапорного устройства на участках прохождения их через соляную толщу, водоупорными кольцами, а также изоляция гидронапорного и гидроприжимного устройств шлюзового приспособления и воротника от контакта с природными водами за счет применения колпаковой плотины направлено на обеспечение герметичности гидросистемы сооружения и исключение влияния на ее параметры и сохранность химически активных поверхностных и подземных природных вод.

Расположение помещений сооружения на расстоянии, исключающем их совместное влияние на напряженно-деформированное состояние окружающих массивов горных пород, обеспечивает долговечность сооружения, особенно в случае, когда заданный коэффициент компенсации (к) горного давления на галереи и помещения сооружения давлением, создаваемым гидронапорным или гидронапорным и гидроприжимным устройствами, меньше единицы.

Снабжение сооружения батисферами и/или батискафами, снабжение модулей для хранения стратегических объектов движителями для их автономного перемещения позволяет скрытно и мобильно совершать передислокацию модулей внутри сооружения, обеспечивая оперативное решение стоящих перед государством стратегических задач...

На чертеже показан общий вид сооружения для длительного изолированного хранения стратегических объектов, образованного в соляной толще, заключенной в породах земной коры.

Сооружение для длительного изолированного хранения стратегических объектов, оборудованное в соляной толще 1, заключенной в породах 2 земной коры, включает соединенные галереями 3 помещения 4, расположенные друг от друга на расстоянии, исключающем их взаимное влияние на напряженно-деформировнное состояние окружающих массивов горных пород соляной толщи 1. В помещениях 4 размещены модули 5 для хранения объектов стратегического назначения. Модули 5 снабжены гидроизолирующими оболочками 6, а галереи 3 и помещения 4 заполнены насыщенным соляным раствором 7. Оболочки 6 выполнены из нержавеющего материала, исключающего закристаллизацию оболочек 6 солями, содержащимися в соляном насыщенном растворе и ограждающих помещения 4 массивах соляных горных пород.

Сооружение снабжено гидронапорным устройством, расположенным в соляной толще 1 и вмещающих породах 2 земной коры с выходом на земную поверхность, выполненным в виде трубопровода с нисходящей 8 и восходящей 9 ветвями. Нисходящая ветвь трубопровода заполнена жидкостью 10, а восходящая ветвь 9 трубопровода гидронапорного устройства заполнена жидкостью 7 - насыщенным соляным раствором.

Для определения границы между жидкостью 10 и 7 в гидронапорном устройстве установлен датчик-анализатор жидкостей 11. Сооружение снабжено гидроприжимным устройством, расположенным на земной поверхности без заглубления в земную кору, выполненным в виде вертикально расположенного трубопровода 12, заполненного жидкостью 13. Сооружение снабжено шлюзовым приспособлением 14. Верхний конец нисходящей ветви 8 трубопровода гидронапорного устройства имеет связь с нижним концом трубопровода 12 гидроприжимного устройства и шлюзовым приспособлением 14, нижний конец нисходящей ветви 8 гидронапорного устройства соединен с нижним концом восходящей ветви 9 трубопровода этого устройства, верхний конец восходящей ветви 9 трубопровода соединен с галереей 3. Верхний конец трубопровода 12 гидроприжимного устройства связан с атмосферой.

Сооружение снабжено каналом для удаления из галерей 3 и помещений 4 воздуха.

Канал для удаления воздуха выполнен в виде трубопровода 15, проложенного вдоль галерей 3, помещений 4 и гидронапорного устройства, оборудован обратным клапаном 16, воздухозаборными окнами 17, расположенными на нижнем конце трубопровода 15, под кровлей галерей 3 и помещений 4, и выходом 18 в атмосферу на верхнем конце трубопровода 15, который после удаления воздуха и заполнения трубопровода 15 жидкостью 7 перекрывается задвижкой 19.

Высота нисходящей ветви 8 трубопровода (Н₂) гидронапорного устройства составляет
H₂ = [H_г.п•(кγ_г.п-γ₃)-ΔHγ₃-H₁γ₁]/(γ₂-γ₃), м
где Н_г.п - расчетная глубина заложения галерей 3 и помещений 4 сооружения в недрах земной коры, м;
к - заданный коэффициент компенсации горного давления на галереи 3 и помещения 4 сооружения давлением, создаваемым гидронапорным и гидроприжимным устройствами, доля ед.;
γ_г.п - средневзвешенный объемный вес горных пород, залегающих над галереями 3 и помещениями 4 сооружения, Н/м³;
γ₃ - объемный вес жидкости 7 в восходящей ветви 9 трубопровода гидронапорного устройства, Н/м³;
ΔН - отклонение положения расчетного уровня земной поверхности над галереями 3 и помещениями 4 сооружения относительно верхнего уровня жидкости 10 в нисходящей ветви 8 трубопровода гидронапорного устройства, со знаком "плюс", т.к. отклонение от верхнего уровня жидкости "вниз", м;
H₁ - высота трубопровода 12 гидроприжимного устройства, м;
γ₁ - объемный вес жидкости 13 в трубопроводе 12 гидроприжимного устройства, Н/м³;
γ₂ - объемный вес жидкости 10 в нисходящей ветви 8 трубопровода гидронапорного устройства, Н/м³; а высота (Н₃) восходящей ветви 9 трубопровода гидронапорного устройства составляет
Н₃=Н₂-ΔН-Н_г.п., м.

Оболочка 20 нисходящей ветви 8 трубопровода гидронапорного устройства на протяжении от земной поверхности до соляной толщи 1 окружена гидроизолирующим воротником 21, боковым поверхностям которого придана ступенчатая форма.

Верхний конец нисходящей ветви 8 трубопровода гидронапорного устройства, шлюзовое приспособление 14, нижний конец трубопровода 12 и устье воротника 21 изолированы от природных вод колпаковой плотиной 22 на высоту, превышающую, вероятно, ожидаемый максимальный уровень заполнения земной поверхности территории размещения сооружения природными водами. Нисходящая 8 и восходящая 9 ветви трубопровода гидронапорного устройства на участках прохождения их через соляную толщу 1 снабжены водоупорными кольцами 23.

Сооружение снабжено батискафами 24 для перемещения модулей 5 от шлюзового приспособления 14 до помещений 4 и обратно.

Сооружение расположено за пределами динамических зон мульд сдвижений горных пород и разломов кристаллического фундамента земной коры.

Сооружение для длительного изолированного хранения стратегических объектов, оборудованное в соляной толще 1, заключенной в породах земной коры 2, функционирует следующим образом.

Объекты стратегического назначения размещаются в модулях 5. Модули 5, содержащие объекты стратегического назначения, пропускаются через шлюзовое приспособление 14 и с помощью батискафов 24 транспортируются по нисходящей 8 и восходящей 9 ветвям гидронапорного устройства, галереям 3 до помещений 4, в которых они устанавливаются на хранение. Батискафы 24 возвращаются в район шлюзового приспособления 14. Для практического использования объекты стратегического назначения доставляются в модулях 5 из помещений 4 с помощью батискафов 24 в обратном порядке до шлюзового приспособления 14, далее пропускаются через шлюзовое приспособление 14 и передаются потребителю.

Современные батискафы способны работать в жидкой среде при давлении окружающей среды до 1000•10⁵ Н/м², что соответствует горному давлению в земной коре на глубине порядка 4 км.

Пример конкретного выполнения сооружения для длительного изолированного хранения объектов.

Галереи (поз. 3) и помещения (поз. 4) оборудованы в соляной толще на расчетной глубине (Н_г.п.) 300 м.

Средневзвешенный объемный вес горных пород (γ_г.п), залегающих над помещениями (поз. 4), равен 22•10³н/м³
Отклонение положения расчетного уровня земной поверхности над галереями (поз. 3) и помещениями (поз. 4) сооружения относительно верхнего уровня жидкости (поз. 10) в нисходящей ветви (поз. 8) трубопровода гидронапорного устройства равно + 5 м. Объемный вес жидкости (поз. 7) в восходящей ветви (поз. 9) трубопровода гидронапорного устройства (γ₃) равен 12,3•10³ Н/м³, объемный вес жидкости (поз. 10) в нисходящей ветви (поз. 8) трубопровода гидронапорного устройства (γ₂) равен 13,5•10³ Н/м³. Высота трубопровода (поз. 12) гидроприжимного устройства (H₁) равна 20 м, а объемный вес жидкости (поз.13) в трубопроводе (поз. 12) гидроприжимного устройства (γ₁) равен 136•10³ Н/м³. Тогда высота нисходящей ветви (поз. 8) трубопровода (H₂) гидронапорного устройства при к=1 составит
H₂= [300•(12,2 -12,3)•10³-5•12,3•10³-18•13,6•10³] /(13,5-12,3)•10³= 333,7 м,
а высота (Н₃) восходящей ветви (поз. 9) трубопровода гидронапорного устройства
Н₃=333,7-5-300=28,7 м.

Предложенная конструкция сооружения для длительного изолированного хранения стратегических объектов позволяет впервые при сравнительно небольших капитальных затратах решить государственную задачу по скрытному, безопасному, мобильному и долгосрочному выводу стратегических объектов из биосферы с возможностью оперативного возвращения в нее.

Изобретение может быть использовано в строительстве при создании сооружений для размещения и длительного экологически безопасного хранения ядерных, химических, бактериологических и информационных объектов стратегического назначения, обеспечивающих политический и экономический суверенитет государства. Изобретение решает задачу скрытного, безопасного, мобильного и долгосрочного вывода стратегических объектов из биосферы с возможностью оперативного возврата в нее путем использования в конструкции сооружения сочетания геомеханических и жидкостных несущих элементов, выполняющих одновременно роль транспортных артерий. Модули 5 снабжены гидроизолирующими оболочками 6, а галереи 3 и помещения 4 заполнены жидкостью 7, не агрессивной к ограждающим галереи 3 и помещения 4 горным породам 1. Сооружение дополнительно снабжено гидронапорным, гидроприжимным устройствами и шлюзовым приспособлением 14, каналом для удаления из галерей 3 и помещений 4 воздуха. Гидронапорное устройство расположено в земной коре с выходом на земную поверхность, выполнено в виде трубопровода с нисходящей 8 и восходящей 9 ветвями, заполненными жидкостями 10 и 7. Гидроприжимное устройство расположено на земной поверхности без заглубления в земную кору, выполнено в виде вертикально расположенного трубопровода 12, заполненного жидкостью 13, при этом верхний конец нисходящей ветви 8 трубопровода гидронапорного устройства имеет связь с нижним концом трубопровода 12 гидроприжимного устройства и шлюзовым приспособлением 14, нижний конец нисходящей ветви 8 трубопровода гидронапорного устройства соединен с нижним концом восходящей ветви 9 этого трубопровода, верхний конец восходящей ветви 9 трубопровода соединен с галереей 3, верхний конец трубопровода 12 гидроприжимного устройства связан с атмосферой. 11 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Сооружение для длительного изолированного хранения стратегических объектов, включающее соединенные галереями помещения, оборудованные в водоупорных породах земной коры, в которых размещены модули для хранения объектов стратегического назначения, отличающееся тем, что модули снабжены гидроизолирующими оболочками, а галереи и помещения заполнены жидкостью или жидкостями, неагрессивными к ограждающим галереи и помещения горным породам. 2. Сооружение по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено гидронапорным или гидронапорным, гидроприжимным устройствами и шлюзовым приспособлением, каналом для удаления из галерей и помещений воздуха. 3. Сооружение по п. 2, отличающееся тем, что гидронапорное устройство расположено в земной коре с выходом или без выхода на земную поверхность, выполнено в виде трубопроводов или трубопровода с нисходящей или с нисходящей и восходящей ветвями, заполненными жидкостью или жидкостями, гидроприжимное устройство расположено на земной поверхности с заглублением или без заглубления в земную кору, выполнено в виде наклонно или вертикально расположенного трубопровода, заполненного жидкостью или жидкостями, при этом верхний конец нисходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства имеет связь с атмосферным воздухом или нижним концом трубопровода гидроприжимного устройства и шлюзовым приспособлением, нижний конец трубопровода нисходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства соединен с нижним концом восходящей ветви трубопровода этого устройства или с галереей, верхний конец трубопровода гидроприжимного устройства связан с атмосферой, а канал для удаления из галерей и помещений воздуха выполнен в виде трубопроводов или трубопровода, проложенного вдоль галерей, помещений и гидронапорного устройства, оборудован обратным клапаном, воздухозаборными окнами, расположенными на нижнем конце трубопровода, под кровлей галерей и помещений и выходом в атмосферу на верхнем конце трубопровода, который после удаления воздуха и заполнения трубопровода жидкостью перекрывается задвижкой. 4. Сооружение по п.3, отличающееся тем, что высота нисходящей ветви трубопровода (Н₂) гидронапорного устройства составляет

где Н_г.п - расчетная глубина заложения галерей и помещений сооружения в недрах земной коры, м;
к - заданный коэффициент компенсации горного давления на галереи и помещения сооружения давлением, создаваемым гидронапорным или гидронапорным и гидроприжимным устройствами, доля ед.;
γ_г.п - средневзвешенный объемный вес горных пород, залегающих над галереями и помещениями сооружения, Н/м³;
γ₃ - объемный вес жидкости или средневзвешенный объемный вес жидкостей в восходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства, Н/м³;
ΔН - отклонение положения расчетного уровня земной поверхности над галереями и помещениями сооружения относительно верхнего уровня жидкости в нисходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства, со знаком "плюс", если отклонение от верхнего уровня жидкости "вниз" и со знаком "минус", если отклонение "вверх", м;
H₁ - высота трубопровода гидроприжимного устройства, м;
γ₁ - объемный вес жидкости или средневзвешенный объемный вес жидкостей в трубопроводе гидроприжимного устройства, Н/м³;
γ₂ - объемный вес жидкости или средневзвешенный объемный вес жидкостей в нисходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства, Н/м³,
и должна быть больше или равна сумме ΔН и Нг.п., а высота (Н) восходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства составляет
Н₃ =H₂-ΔН - Нг.п, м. 5. Сооружение по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что галереи и помещения для размещения модулей с объектами стратегического назначения размещены внутри соляной толщи, заключенной в породах земной коры, а в качестве заполняющей галереи и помещения жидкости используется насыщенный соляной раствор. 6. Сооружение по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что гидроизолирующие оболочки, покрывающие модули, выполнены из нержавеющего материала, исключающего закристаллизацию оболочки солями, содержащимися в окружающих оболочки модулей средах. 7. Сооружение по любому пп.3-6, отличающееся тем, что оболочка нисходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства на протяжении от земной поверхности до соляной толщи окружена гидроизолирующим воротником, боковым поверхностям которого придана ступенчатая форма. 8. Сооружение по любому из пп.3-7, отличающееся тем, что верхний конец нисходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства или верхний конец нисходящей ветви трубопровода гидронапорного устройства, шлюзовое приспособление, нижний конец трубопровода гидронапорного устройства и устье воротника изолированы от природных вод колпаковой плотиной на высоту, превышающую вероятностно ожидаемый максимальный уровень затопления земной поверхности территории размещения сооружения природными водами. 9. Сооружение по любому из пп.3-8, отличающееся тем, что нисходящая и восходящая ветви трубопровода гидронапорного устройства на участках прохождения их через соляную толщу снабжены водоупорными кольцами. 10. Сооружение по любому из пп.1-9, отличающееся тем, что помещения сооружения расположены друг от друга на расстоянии, исключающем их совместное влияние на напряженно-деформированное состояние окружающих массивов горных пород. 11. Сооружение по любому из пп.1-10, отличающееся тем, что сооружение снабжено батисферами и/или батискафами для перемещения модулей. 12. Сооружение по любому из пп.1-11, отличающееся тем, что модули для хранения стратегических объектов снабжены движителями для их автономного перемещения.