1352
Робота об’єкта глибоко під поверхнею Землі вимагає постійного контролю двох життєво важливих елементів — повітря й води. Працівники підземних тунелів і шахт залежать від надійної вентиляції, щоб виживати й безпечно працювати, а ґрунтові й дощові води, що просочуються вниз, треба збирати й відкачувати назад на поверхню. Саме з цим зіткнулися інженери Підземної дослідницької лабораторії Сенфорда (SURF) у Південній Дакоті — величезного наукового об’єкта в колишній шахті.
Відколи гірничий інженер Джейсон Конно приєднався до SURF у 2019 році, він відповідає за систему вентиляції. Під час сильних злив він і колеги почали помічати щось незвичне: підземні повітряні потоки іноді слабшали або навіть змінювали напрямок на протилежний. «Ми помітили, що наш вентилятор біля 5-ї шахти починав «казитися». Деякі ділянки під час великих дощів показували знижений або й зворотний потік повітря», — розповів Конно.
За звичайних умов свіже повітря заходить у лабораторію через дві основні шахти й виходить через дві інші, одна з яких — 5-та шахта. Але під час сильного дощу надлишок води спрямовують саме вниз по 5-й шахті у глибокий підземний басейн, звідки її потім відкачують. «Спершу ми не розуміли, що відбувається з повітряним потоком під час великих дощів, — згадує Конно. — Ми всі бачили ці зміни по всій підземній частині й дивувалися: чому це стається?»
Відповідь дали дані. Проривом стало встановлення датчиків повітряного потоку Maestro на рівні 2000 у межах автоматизованої системи керування вентиляцією — вони дали інженерам значно чіткішу картину руху повітря. Раніший натяк був іще під час випробування системи зрошення шахти: датчики на рівні 4850, які збудували й встановили вчитель природничих наук Стів Ґабріел зі своїми учнями, зафіксували несподіване зростання руху повітря.
Команда запідозрила, що на потік впливає саме падіння води. Їхня гіпотеза була такою: спадний стовп води діє подібно до шприца, проштовхуючи повітря крізь шахту. Ідея була інтригуючою, але потребувала наукового підтвердження. Конно переглянув наукову літературу й знайшов повідомлення про схоже явище у великих міських каналізаційних системах — разом із рівняннями гідродинаміки, що пояснювали, як рухома вода може впливати на рух повітря в замкненому просторі.
Разом із колегами з Гірничої школи Південної Дакоти Конно адаптував ці рівняння до умов SURF — і результати майже ідеально збіглися з тим, що спостерігали під землею. «Коли ми підставили наші числа й параметри в модель, усе зійшлося бездоганно, — каже інженер. — Важко повірити, що вага крапель води здатна рухати стільки повітря».
Висновки виходять далеко за межі злив і мають значення для підземних об’єктів у всьому світі. «Якщо колись станеться пожежа, гірничі інженери іноді просто відкривають клапан нагорі й скидають воду в шахту. Знання, що це змінює повітряний потік, — критично важлива інформація для всіх», — наголошує Конно. Оскільки SURF працює як дослідницький об’єкт, інженери мали рідкісну нагоду детально дослідити явище, яке в діючій шахті вивчати зазвичай ніколи. Роботу опублікували в журналі Mining, Metallurgy & Exploration.
