Акустический способ контроля качества и процесса формирования ледопородных ограждений при сооружении подземных объектов



Акустический способ контроля качества и процесса формирования ледопородных ограждений при сооружении подземных объектов
Акустический способ контроля качества и процесса формирования ледопородных ограждений при сооружении подземных объектов

 


Владельцы патента RU 2581188:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" (RU)

Изобретение относится к области геоакустики и может быть использовано для неразрушающего контроля качества и процесса формирования ледопородных ограждений. Сущность: по глубине замораживающих скважин (4, 5) размещают акустические преобразователи (6, 7) для приема импульсов акустической эмиссии, возникающих в массиве. Определяют уровень активности акустической эмиссии, характерный для контролируемой геосреды, до начала замораживания. Определяют среднюю активность акустической эмиссии в процессе замораживания геосреды за каждый из последовательных, соизмеримых по продолжительности интервалов времени. Судят о формировании качественного ледопородного ограждения по не менее чем пятикратному снижению средней активности акустической эмиссии относительно исходного уровня и ее стабилизации во времени в ходе замораживания. Судят о наличии и расположении зон (10) несмыкания ледопородного ограждения по превышению значений средней активности акустической эмиссии на некотором участке геосреды уровня, характерного для качественно замороженных участков той же геосреды. Технический результат: повышение надежности контроля качества ледопородного ограждения. 2 ил.

 

Изобретение относится к технике неразрушающего контроля качества геологической среды и находящихся в ней объектов.

Известен способ акустического контроля качества и процесса формирования ледопородных ограждений, заключающийся в локальном излучении акустической волны из замораживающих скважин, окружающих контролируемый объект, приеме прошедших через окружающую среду волн в смежных скважинах, расположенных вокруг объекта, вертикальном вниз сканировании зоны приема, определении момента амплитудного максимума принятой продольной волны и его величины, определении диаграммы направленности зоны излучения путем прямого и последующего обратного реверса сканирования зоны приема со сравнением амплитуд принятых сигналов с их максимумом, аналогичном определении диаграммы направленности зоны приема путем сканирования зоны излучения при неподвижной зоне приема, определении эпюр диаграмм направленности зон излучения и приема по глубине скважин и во времени, определении наличия и величин вторых (боковых) диаграмм направленности зон излучения и приема, обусловленных появлением поперечной волны, при указанном реверсивном по вертикали сканировании зон излучения и приема, регестрации эпюр вторых диаграмм направленности по глубине скважин и во времени, определении по эпюрам отношения углов раскрытия вторых диаграмм к первым и по их величине судят о появлении и расположении по вертикали зон смыкания ледопородных ограждений.

Недостатком данного способа является трудность его реализации из-за большого числа и сложности входящих в него операций и то, что точность результатов такого контроля зависит от корректности определения диаграммы направленности локального акустического излучателя, которая во многом определяется величиной скорости распространения акустической волны в конкретной геосреде. При этом даже на одном участке геосреды эта величина может значительно различаться из-за неоднородностей его состава и строения, что существенно снижает точность контроля по данному способу (Авторское свидетельство СССР №542136, кл. G01N 29/04, опубл. 05.01.1977, бюл. №1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является акустический способ контроля качества ледопородных ограждений при сооружении подземных объектов, заключающийся в том, что в замораживающих скважинах по их глубине размещают приемные акустические преобразователи, с помощью которых принимают акустические сигналы из контролируемой области массива, по измеренным параметрам которых судят о качестве ледопородного ограждения и процессе его формирования (Авторское свидетельство СССР №476502, кл. G01N 29/04, опубл. 05.07.1975, бюл. №25).

Недостатком известного способа является сильная зависимость точности и надежности результатов контроля от взаимной ориентации приемных преобразователей и источника акустических сигналов.

Отмеченный недостаток обусловлен тем, что известный способ позволяет достаточно точно оценить текущее качество ледопородного ограждения только в случае соблюдения строго определенной ориентации приемных преобразователей, расположенных в одной скважине, относительно локального источника акустической волны, помещаемого в соседнюю скважину. Эта операция не всегда может быть реализована с приемлемой точностью из-за искривлений указанных скважин и других их геометрических отличий, не позволяющих обеспечить требуемое взаимное положение излучающего и приемного преобразователей даже при полной согласованности действий всех исполнителей.

В настоящей заявке решается задача разработки акустического способа контроля качества и процесса формирования ледопородных ограждений при сооружении подземных объектов, повышающего надежность и точность результатов соответствующего контроля путем исключения влияния на них взаимной ориентации приемных преобразователей и источника акустических сигналов.

Для решения поставленной задачи в акустическом способе контроля качества и процесса формирования ледопородных ограждений при сооружении подземных объектов, заключающемся в том, что в замораживающих скважинах по их глубине размещают приемные акустические преобразователи, с помощью которых принимают акустические сигналы из контролируемой области массива, по измеренным параметрам этих сигналов судят о качестве ледопородного ограждения и процессе его формирования, в качестве принимаемых сигналов используют возникающие в массиве импульсы акустической эмиссии, определяют ее среднюю активность M ( N ˙ n ) за каждый из последовательных, соизмеримых по продолжительности интервалов времени в процессе замораживания геосреды, до начала которого определяют характерный для нее уровень активности акустической эмиссии N ˙ 0 в исходном состоянии, при этом о формировании качественного ледопородного ограждения судят, по не менее чем пятикратному снижению средней активности акустической эмиссии M ( N ˙ n ) относительно исходного уровня N ˙ 0 и ее стабилизации во времени в ходе замораживания, а о наличии и расположении зон несмыкания ледопородного ограждения судят по превышению значениями средней активности акустической эмиссии M ( N ˙ n ) на некотором участке геосреды уровня, характерного для качественно замороженных участков той же геосреды.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и точности результатов контроля качества ледопородного ограждения.

Технический результат достигается за счет того, что предложенный акустический способ контроля качества и процесса формирования ледопородных ограждений при сооружении подземных объектов позволяет снизить влияние точности размещения приемных преобразователей на погрешность контроля. Фактически эти преобразователи без вреда для достоверности результатов контроля могут быть размещены в любой точке вблизи ледопородного ограждения, т.к. источником информативного сигнала является сам массив и нет необходимости выверять местоположение преобразователей относительно локального искусственного источника излучения. Кроме того, данный способ допускает одновременную оценку состояния всего ледопородного ограждения в целом и в режиме мониторинга, тем самым позволяя обнаруживать опасные переходные процессы (оттаивание, карстообразование и др. процессы разуплотнения) на начальных стадиях.

Предложенный способ базируется на установленных авторами экспериментально закономерностях акустической эмиссии при замораживании и последующем оттаивании образцов обводненных грунтов, соответствующих по своему составу и свойствам (в т.ч. влажности) грунтам, характерным для объектов подземного строительства г. Москва. Суть этих закономерностей заключается в зависимости величины средней за определенный период времени активности акустической эмиссии образцов грунта от наличия в них не замерзшей жидкости. Чем ее больше, тем интенсивнее идут гидродинамические процессы, например перетоки, и, соответственно, тем выше уровень активности акустической эмиссии.

Способ акустического контроля качества и процесса формирования ледопородных ограждений иллюстрируется фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 приведено в качестве примера характерное экспериментально полученное временное распределение 1 активности N ˙ АЭ в функции от динамики температур 2 образца грунта, состоящего из песчано-суглинистой смеси, влажностью около 70,0%. Масса твердой фазы каждого образца составляла 3,5 кг. Из фиг. 1 следует, что при наличии ледопородного ограждения (область А) уровень N ˙ значительно ниже, чем при его формировании (область Б) или разрушении оттаиванием (область В).

Фиг. 2 иллюстрирует процедуру контроля и показывает качественный вид зависимости 8 и 9 M ( N ˙ n ) от глубины h, получаемой на гирляндах акустических преобразователей 6 и 7, при контроле с их помощью замораживаемого участка геосреды 5, содержащего зону 10 несмыкания ледопородного ограждения.

Репрезентативность характера приведенных на фиг. 1 и 2 зависимостей подтверждена на представительной выборке образцов грунтов различной влажности и состава, каждый из которых охлаждался до минус 34°C, выдерживался на этой температуре в течение не менее 90 минут и затем естественным образом оттаивался вплоть до разрушения ледопородной матрицы. Параллельно с температурным воздействием велась регистрация возникающих при этом сигналов акустической эмиссии. С целью подтверждения текущего состояния ледопородной матрицы кроме используемого для акустических измерений основного образца, в морозильную камеру помещалось еще три аналогичных образца. Один из них вынимался из морозильной камеры на каждой из последовательных температурных областей (охлаждение - область Б, полная заморозка - область А и оттаивание - область В, см. фиг. 1) эксперимента и распиливался для прямого контроля текущего состояния ледопородной матрицы. Так как все образцы были выполнены и испытаны по одной технологии, в одних и тех же условиях и в одно и то же время, предполагается, что эти результаты разрушающего контроля пригодны для описания состояния ледопородного ограждения в основном образце. Для каждой из указанных последовательных температурных областей производился расчет средней активности акустической эмиссии M ( N ˙ n ) , показавший, что при формировании единой ледопородной матрицы, представляющей собой модель ледопородного ограждения, значение M ( N ˙ n ) снижается не менее чем в 5 раз по сравнению со значением уровня активности акустической эмиссии N ˙ 0 до начала замораживания образца. Конкретная величина снижения зависит от содержания влаги в образце.

Акустический способ контроля качества и процесса формирования ледопородных ограждений при сооружении подземных объектов реализуют следующим образом (см. фиг. 2).

После устройства на участке геосреды 3 замораживающих скважинах 4 и 5, но до начала создания ледопородного ограждения, в этих скважинах по их глубине размещают гирлянды акустических преобразователей 6 и 7, с шагом между этими преобразователями порядка 0,8-1,0 м. Каждым из этих преобразователей регистрируют генерируемую идущими в геосреде гидродинамическими процессами акустическую эмиссию, за период не менее 30 мин. до начала замораживания определяют уровень активности акустической эмиссии N ˙ 0 геосреды в исходном состоянии. После этого, не прекращая регистрации акустической эмиссии, включают морозильное оборудование. Через последовательные и сопоставимые по продолжительности периоды времени рассчитывают среднюю за соответствующий период активность акустической эмиссии M ( N ˙ n ) , где n - порядковый номер периода. Строят зависимости M ( N ˙ n ) от глубины h, качественный вид которых на фиг. 2 иллюстрируется зависимостями 8 и 9. По не менее чем пятикратному снижению значений M ( N ˙ n ) относительно N ˙ 0 и их стабилизации на этом уровне в течение, не менее чем 180 мин., судят о создании качественного ледопородного ограждения на участке геосреды, где были зарегистрированы соответствующие значения N ˙ . В свою очередь, наличие и местоположение зоны 10 несмыкания ледопородного ограждения определяют по превышению значениями средней активности акустической эмиссии на некотором участке геосреды уровня, характерного для качественно замороженных участков той же геосреды (см. фиг. 2). На основе этого дают оценку процесса формирования и качества ледопородного ограждения. Зная координаты датчиков, показания которых удовлетворяют указанным условиям, строят карту наличия и расположения зон смыкания ледопородного ограждения.

Таким образом, предложенный акустический способ контроля качества и процесса формирования ледопородных ограждений при сооружении подземных объектов за счет исключения влияния точности размещения приемных преобразователей относительно положения источника информативного акустического сигнала на результаты контроля, обеспечивает повышение точности и надежности результатов последнего.

Акустический способ контроля качества и процесса формирования ледопородных ограждений при сооружении подземных объектов, заключающийся в том, что в замораживающих скважинах по их глубине размещают приемные акустические преобразователи, с помощью которых принимают акустические сигналы из контролируемой области массива, по измеренным параметрам которых судят о качестве ледопородного ограждения и процессе его формирования, отличающийся тем, что в качестве принимаемых сигналов используют возникающие в массиве импульсы акустической эмиссии, определяют ее среднюю активность за каждый из последовательных, соизмеримых по продолжительности интервалов времени в процессе замораживания геосреды, до начала которого определяют характерный для нее уровень активности акустической эмиссии в исходном состоянии, при этом о формировании качественного ледопородного ограждения судят по не менее чем пятикратному снижению средней активности акустической эмиссии относительно исходного уровня и ее стабилизации во времени в ходе замораживания, а о наличии и расположении зон несмыкания ледопородного ограждения судят по превышению значений средней активности акустической эмиссии на некотором участке геосреды уровня, характерного для качественно замороженных участков той же геосреды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано в процессе добычи углеводородов. В изобретении раскрывается способ анализа подземной породы.
Изобретение относится к области освоения месторождений углеводородов и может быть использовано для подготовки потенциального осваиваемого месторождения к разведочному и эксплуатационному бурению.

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для выявления приближающегося землетрясения. Сущность: в пределах локального участка литосферы сейсмоактивной зоны проводят мониторинговые наблюдения за низкочастотными микросейсмическими колебаниями, регистрируемыми сейсмическими станциями.

Использование: для определения компонентного состава пород хемогенных отложений. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют геофизические исследования акустическим, гамма-плотностным, нейтронным и гамма-спектральным методами по стволу скважины в разрезе хемогенных отложений с шагом дискретизации по глубине 0.1 м и на каждой точке глубины путем алгоритмического решения системы уравнений при четырех измеренных геофизических параметрах и известных физических свойствах скелетной части пород определяют количественное содержание преобладающих 5-ти компонент породы, включающей галит, ангидрит, сильвинит, кальцит и глины.

Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для обеспечения контроля зарождающихся процессов разрушения в массиве горных пород, ведущих к катастрофическим проявлениям, а также для исследования подобных процессов.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для поисков и разведки месторождений нефти и газа. Заявленный способ вибрационной сейсморазведки основан на возбуждении и регистрации сейсмических колебаний в широкой полосе частот, расширенной в область низких частот, и на формировании колебаний с фиксированной амплитудой реактивной массы виброисточника, передающей возбуждаемые колебания в горные породы через опорную плиту виброисточника.

Изобретение относится к области охранных систем и может быть использовано для охраны объектов различного назначения. Заявлен способ обнаружения движущихся наземных объектов по сейсмическому сигналу, согласно которому каждую секунду во входном сейсмическом сигнале после предварительного усиления за время скользящего временного окна находятся средневзвешенная частота спектра в низкочастотной полосе пропускания, соответствующей эффективной полосе частот полезного сигнала, и высокочастотная составляющая, формируемая путем подсчета числа положительных и отрицательных экстремумов входного сейсмического сигнала за определенный промежуток времени.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Получены данные о вращательном и поступательном движении, принятые по меньшей мере одним датчиком движения.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения глубины проникания объекта в грунт. Способ включает сбрасывание объекта с носителя и регистрацию параметров его проникания, по крайней мере, двумя сейсмическими датчиками, расположенными на расстоянии друг от друга в зоне вероятного падения объекта.
Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ. Способ вибрационной сейсморазведки основан на возбуждении и регистрации вибрационных сейсмических колебаний и включает в себя коррекцию возбуждаемых сигналов путем изменения относительной интенсивности компонент спектра для волн, представляющих разведочный интерес.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для оценки опасности возникновения высокоэнергетических толчков. Согласно предложенному способу производятся измерения колебаний (EpomI) на поверхности трехмерными датчиками колебаний (4) и измерения параметров толчков (EpomII) под землей шахтной сейсмической системой локализации толчков (12), а также измерения перемещений (Upom) на поверхности трехмерными датчиками перемещений точек поверхности (9) с периодической корректировкой тахеометрическим измерительным комплектом (B). Множества полученных данных подвергаются обработке аналитической схемой (2а) и составляется прогноз опасности возникновения высокоэнергетических толчков в пространственно-временном континууме путем эстимации критических явлений, учитывающей совмещение наблюдений в виде квазидетерминистического и по пространству-времени обширного процесса деформации горного массива, а также парасейсмических явлений в виде кратковременных колебаний частиц горного массива в аспекте времени и частоты. Система состоит из центра обработки измерительных данных (1), где установлен преобразующий сервер (2), к которому подключен модем беспроводной связи (5), аналитическая схема (2а), а также шахтная сейсмическая сеть локализации толчков (12), которая проводной связью соединена с сейсмометрическими датчиками (11). В свою очередь на наблюдаемом участке горного массива (15) установлены измерительные комплекты (А), тогда как на участке, не подвергающемся деформации под влиянием шахтной разработки, установлен тахеометрический измерительный комплект (В), к которому подключен приемник спутниковой навигационной системы тахеометра (3), а также модем беспроводной связи (5). Технический результат - повышение точности и достоверности прогнозных данных. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, преимущественно к скважинным геофизическим приборам. Скважинный источник плазменно-импульсного воздействия содержит корпус, в котором расположен блок управления, накопитель энергии и плазменный излучатель, устройство подачи металлического проводника, смонтированное на отдельном основании и содержащее средство протягивания металлического проводника, средство передачи движения и бобину с навитым на нее металлическим проводником. При этом устройство подачи металлического проводника расположено в герметичном кожухе и выполнено с возможностью жесткого соединения с плазменным излучателем, а средство протягивания металлического проводника выполнено в виде подвижного и неподвижного модулей с П-образными пазами, в которых расположены сквозные прорези для размещения в них направляющих пластин, а на концах выступов расположены проушины для закрепления в них осей, на которых расположены заостренные кулачки с пружинами кручения, обеспечивающие возможность качания кулачков на оси. При этом направляющие пластины выполнены с возможностью перемещения по вертикали и фиксации в заданном положении в сквозной прорези подвижного и неподвижного модулей, а на торцах направляющих пластин выполнены желобки для направления металлического проводника. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы скважинного источника плазменно-импульсного воздействия. 18 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для измерения предвестников землетрясений. Сущность: система содержит множество первичных датчиков-фотометров (1) контроля оптической плотности атмосферы, функционирующих в режиме отслеживания превышения сигнала установленного порогового уровня. Датчики-фотометры (1) разнесены по пространству сейсмоопасных регионов и являются абонентами глобальной телекоммуникационной сети (2) с центральным диспетчерским пунктом (3). Центральный диспетчерский пункт (3) осуществляет передачу в центр (4) управления орбитальной группировки космических носителей (5) адреса и координат сработавшего датчика-фотометра (1). Для доразведки обнаруженной зоны применяют бортовые средства, установленные на двухосной платформе (11) космического носителя (5), состоящие из соосно закрепленных цифровой видеокамеры (8) и мультиспектрометра (9), щель которого совмещена с центром видеокамеры (8), а также камеры (10) регистрации ультрафиолетового свечения атмосферы над зоной готовящегося землетрясения, буферного запоминающего устройства (12) записи сигналов упомянутых средств и высокоскоростной радиолинии (13) передачи зарегистрированных сигналов в наземный комплекс (15) управления и обработки данных. Технический результат: повышение достоверности обнаружения зон подготавливаемого землетрясения. 7 ил.
Наверх