Embed Size (px)
DESCRIPTION
Jarosław Ślizowski, Kazimierz Urbańczyk Długotrwała stateczność komór w kopalniach soli kamiennej Wstępne wyniki symulacji geomechanicznych wielkiej komory solnej. Poszukujemy pod ziemią miejsca na zbiornik ciekłego argonu do detekcji neutrin. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Jarosław Ślizowski, Kazimierz Urbańczyk
Długotrwała stateczność komór
w kopalniach soli kamiennej
Wstępne wyniki symulacjigeomechanicznych
wielkiej komory solnej
Poszukujemy pod ziemią miejsca na zbiornik ciekłego argonu do detekcji neutrin.
Czy możliwe jest ulokowanie takiego wyrobiska w kopalni solina głębokości rzędu 900-1000 m ppt.?
Przewidywana objętość zbiornika - 70 000 m3
żywotność – 30 lat
Komory w KPMG Mogilno
Komory w wysadzie Góra
Sól kamiennastanowi ośrodek reologiczny
sprężysto – plastyczno - lepki
Decydującą rolę mają odkształcenia pełzaniaKtóre rozwijają się w czasie nawet przy niezmienionym poziomie naprężeń.
Schematyczny przebieg próby pełzania dla różnych obciążeń
3 faza - pe³zanie koñcow e szybkoœæ narasta j¹ ca
zniszczenie próby
2 faza - pe³zan ie stacjonarne szybkoœæ sta³a
1 faza - pe³zanie p ierw otne szybkoœæ m ale j¹ ca
t - czas
-
odks
zta³
ceni
e
< 20% Rc
> 40% Rc
Szybkość pełzaniai wytrzymałość długotrwała
są określone równaniami typu:
F({} , {} , t , T , ) = 0
{} - naprężenia (tworzące tensor drugiego rzędu){} - odkształcenia (tworzące tensor drugiego rzędu) t - czasT - temperatura - parametry strukturalne i wilgotność
Wstępna analiza stateczności takiego wyrobiska w złożu soliwykonana została w r. 2004w IGSMiE PAN
Rozpatrzono :2 kształty wyrobiska2 warianty współczynników w prawie pełzania
daje to 4 modele
Obliczenia wykonano dla 7 głębokości spągu komoryod 400 do 1000 m ppt.
Razem 28 wariantów obliczeniowych
Odkształcenia pełzania (1)
ef - naprężenie efektywne (Hubera)
sij - dewiator naprężeń
- szybkość odkształceń pełzania efektywnych
dt - przedział czasowy
dts
d cref
ef
jicrji
.23
cref
.ε
Odkształcenia pełzania (2)
Q - wolna energia aktywacji,R - 8,3144 Jmol-1K-1 – stała gazowa,T - temperatura w skali bezwzględnej [°K],A, n - stałe empiryczne
nef
TRQ
cref A
e
Prawo Nortona (pełzanie stacjonarne)
Odkształcenia pełzania (3)
Q/R = 5500 KT = 0.03 H + 285 K
Model 1, 3 A = 0.2417 n = 3.5
Model 2, 4 A = 7.642 ∙10-3 n = 5.0
nef
TRQ
cref A
ePrzyjęte wartości:
51 m
27 m
12 m
37 m
37 m
22 m
Model 1 i 2
Model 3 i 4
Rozpatrywanekształtykomory
położenie spągu:
• 400 m ppt.• 500 m ppt.• 600 m ppt.• 700 m ppt.• 800 m ppt.• 900 m ppt.• 1000 m ppt.
Maksymalne wartości początkowych ef i ef w stropie komory
H [m ppt]Naprężenie efektywne [Mpa] Odkształcenie efektywne [‰]
Model 1 i 2 Model 3 i 4 Model 1 i 2 Model 3 i 4
400 12.14 14.45 1.880 2.522500 15.01 17.90 2.530 3.358600 18.77 21.21 3.216 4.249700 20.68 24.37 3.957 5.218800 24.17 27.28 4.766 6.317900 26.04 30.15 5.617 7.489
1000 28.57 32.94 6.553 8.754
0 20 40 60 80 100 120 140 1600
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
ef
‰
modele1 i 2
modele3 i 4
1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.
ef
MPa
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
modele1 i 2
modele3 i 4
1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000t [d ]
0 . 1
1
1 0
1 0 0
M odel 1 /1000M odel 2 /1000M odel 3 /1000M odel 4 /1000M odel 1 /400M odel 2 /400M odel 3 /400M odel 4 /400
[‰ /d
]' ef
Zmiana w czasie maksymalnych szybkości odkształceń efektywnych
w stropie komory
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000t [d ]
0
5
10
15
20
25
30
35
40 e
f [M
Pa]
M odel 1/1000M odel 2/1000M odel 3/1000M odel 4/1000M odel 1/400M odel 2/400M odel 3/400M odel 4/400
Zmiana w czasie maksymalnych naprężeń efektywnych
w stropie komory
Maksymalne wartości po 15 latach’ef w stropie komory
H [m ppt]Szybkość odkształceń efektywnych [‰]/rok
Model 1 Model 2 Model 3 Model 4400 0,31 0,15 0,44 0,22500 0,70 0,33 0,96 0,48600 1,30 0,65 1,99 1,00700 2,45 1,25 3,91 2,05800 4,48 2,35 7,34 4,23900 7,95 4,41 13,13 8,60
1000 13,61 8,37 22,37 16,89
Maksymalne wartości po 15 latachef w stropie komory
H [m ppt]Naprężenie efektywne [Mpa]
Model 1 Model 2 Model 3 Model 4
400 6,73 6,61 7,42 7,09
500 7,92 7,39 8,80 7,95
600 9,12 8,18 10,27 8,88
700 10,39 8,98 11,85 9,89
800 11,75 9,83 13,51 11,04
900 13,19 10,79 15,17 12,30
1000 14,65 11,86 16,83 13,61
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 1600
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
model1
model2
’ef [‰]/rok
1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.
1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.
model3
model4
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.
1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.
’ef [‰]/rok
model1
model2
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.
1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.
ef
MPa
model3
model4
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.
1000 m ppt. 700 m ppt. 400 m ppt.
ef
MPa
400 500 600 700 800 900 1000H [m ]
02468
10121416182022
1
3
2
4
[‰ /d
]' ef
Wpływ głębokościna maksymalną szybkość odkształceń efektywnych
w stropie komory
400 500 600 700 800 900 1000H [m ]
6
8
10
12
14
16
ef
[MP
a]
13
2
4
Wpływ głębokościna maksymalne naprężenie efektywne
w stropie komory
0
20
40
60
80
100
120
140
0 2 4 6 8 10 123 [MPa]
efm
ax [MPa
]sole kolorowe drobnoziarniste sole białe średnio i gruboziarnistesole ilaste
Wytrzymałość krótkotrwała w testach konwencjonalnego 3-osiowego ściskania
w zależności od ciśnienia bocznego
0
50
100
150
200
250
0 2 4 6 8 10 12
3 [MPa]
efm
ax [‰
]
sole kolorowe drobnoziarnistesole białe średnio i gruboziarnistesole ilaste
Odkształcenie niszczące w testach konwencjonalnego 3-osiowego ściskania
w zależności od ciśnienia bocznego
Kryteria wytrzymałościowe•naprężeniowe 3 > 0
odkształceniowe
(4)
cb Ra 31
cmcef RR 132
cef R
41121 2
312
31
cefmm R
4191321 22
‰3031 ba
Wpływ głębokości na stateczność komory (1)
400 500 600 700 800 900 1000G ³êbokoœæ [m ppt.]
0 . 1
0 . 2
0 . 3
0 . 4
0 . 5
0 . 6
0 . 7
0 . 8w
sp. w
ytrz
yma³
oœci
dor
aŸne
j
Kryt. 1 .K ryt. 2 .K ryt. 3 .
M o d e l 1 .
400 500 600 700 800 900 1000G ³êbokoœæ [m ppt.]
0 .1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
wsp
. wyt
rzym
a³oœ
ci d
oraŸ
nej
Kryt. 1 .K ryt. 2 .K ryt. 3 .
M o d e l 2 .
400 500 600 700 800 900 1000G ³êbokoœæ [m ppt.]
0 . 1
0 . 2
0 . 3
0 . 4
0 . 5
0 . 6
0 . 7
0 . 8
wsp
. wyt
rzym
a³oœ
ci d
oraŸ
nej
K ryt. 1 .K ryt. 2 .K ryt. 3 .
M o d e l 3 .
400 500 600 700 800 900 1000G ³êbokoœæ [m ppt.]
0 . 1
0 . 2
0 . 3
0 . 4
0 . 5
0 . 6
0 . 7
0 . 8
wsp
. wyt
rzym
a³oœ
ci d
oraŸ
nej
Kryt. 1.K ryt. 2.K ryt. 3.
M o d el 4 .
400 500 600 700 800 900 1000H [m ]
0 . 1
1
1 0
0.2
0.3
0.4
0.50.60.70.80.9
2
3
4
56789
1/
1 m
ax(
3)
m ax 1
1 w 530 e l.m ax 1 3 m wg³¹ b
M o d e l 1 .
400 500 600 700 800 900 1000H [m ]
0.01
0.1
1
10
0.02
0.03
0.040.050.060.070.080.09
0.2
0.3
0.40.50.60.70.80.9
2
3
456789
1/
1 m
ax(
3)
m ax 1
1 w 530 e l.m ax 1 3 m w g³¹ b
M o d e l 2 .
400 500 600 700 800 900 1000H [m ]
0 . 1
1
1 0
1 0 0
0.2
0.3
0.40.50.60.70.80.9
2
3
456789
20
30
405060708090
1/
1 m
ax(
3)
m ax 1
1 w 530 e l.m ax 1 3 m w g³¹ b
M o d e l 3 .
400 500 600 700 800 900 1000H [m ]
0 . 1
1
1 0
1 0 0
0.2
0.3
0.40.50.60.70.80.9
2
3
456789
20
30
405060708090
1/
1 m
ax(
3)
m ax 1
1 w 530 e l.m ax 1 3 m w g³¹ b
M o d e l 4 .
Wpływ głębokości na stateczność komory (2)
Maksymalne głębokości bezpieczne wg kryteriów
Kryt W.kryt.Głębokość
Model 1 Model 2 Model 3 Model 4
10.3 491.3 555.4 418.3 465.8
0.4 777.5 931.1 652.7 751.1
2 0.3 836.1 >1000 706.4 875.6
3 0.4 498.0 564.5 428.3 485.0
4a 1 549.7 616.9 510.0 574.6
4b 1 731.0 838.9 665.2 761.4
Końcowe konkluzje
• Możliwe wykonanie rozpatrywanej komorydo głębokości ok. 700 m ppt. (zawsze),
• Na głębokości ok. 1000 m ppt. tylko w raziekorzystnych własności górotworu solnego i przy zastosowaniu zabezpieczeń,
• W razie zainteresowania wykonaniem komory, potrzebne są badania geomechaniczne (w tym reologicznych) prób z miejsca lokalizacji komory i wszechstronna analiza dotychczasowych badań i pomiarów in situ.
• Badania wytrzymałościowe i testy pełzaniaw warunkach 3-osiowego wydłużania prób (CTE),
• Próbne modelowania zachowania się istniejących już wyrobisk,
• Opracowanie prawa pełzania dla skał w sąsiedztwie komory i kryterium wytężeniowego,
Konieczne badania
Szanse sukcesu ?
Spore, biorąc pod uwagę:
•W obliczeniach kryteria stateczności były bardzo ostre•Pod solą i ponad solą zalegają warstwy sztywne, pominięto ich obecność w obliczeniach•Niezależne obliczenia jakie wykonał prof. Pytel (model soli uproszczony, ale uwzględniono warstwy sztywne) dał dość optymistyczne wyniki
![Masy neutrin – metody nieoscylacyjneneutrino.fuw.edu.pl/public/wyklad-Vrok-neutrina/wyklad11... · 2019. 5. 13. · ``Theory of the Neutrino Mass,’’ arXiv:0808.0812 [hep-ph]](https://img.dokumen.tips/doc/110x75/60cfc97dbf062c62ab328cb0/masy-neutrin-a-metody-ni-2019-5-13-theory-of-the-neutrino-massaa-arxiv08080812.jpg)
