Ультразвуковой способ контроля
Ультразвуковой способ контроля применяется для установления сплошности и толщины ледопородного ограждения по всему периметру. Ультразвуковой способ контроля основан на законах распространения упругих колебаний в пористых породах. Скорость распространения ультразвука в обводненных горных породах в основном зависит от вида, пористости и обводненности горных пород. При замораживании, жидкость заполняющая поры, превращается в лед.
При одноступенчатой схеме процесс замораживания осуществляют сразу на всю глубину водоносных неустойчивых пород. Для этого скважины бурят сразу на полную глубину, а замораживающие колонки оборудуют только питающей 2 и отводящей 1 трубами. При этом в зависимости от направления движения хладоносителя в колонке различают прямую и обратную циркуляцию.
Направление циркуляции хладоносителя в колонке зависит от расположения обводненных пластов пород по глубине.Наиболее распространена прямая циркуляция хладоносителя, при которой хладоноситель по питающей трубе подается до дна замораживающей колонки и возвращается по межтрубному пространству к отводящему патрубку. Прямая циркуляция хладоносителя рекомендуется в том случае, когда на значительно глубоких горизонтах встречаются более сложные условия. Обычно пласты пород, залегающие на небольшой глубине, имеют более высокое горное давление, естественную температуру, а иногда и более высокие скорости движения подземных вод. При обратной циркуляции хладоносителя он подается в межтрубное пространство, опускается до дна колонки и по питающей трубе возвращается к ее устью. Обратная циркуляция хладоносителя рекомендуется при необходимости превращения щидкости в лед, порода становится более плотной и скорость ультразвука в ней значительно возрастает. Изменение скорости ультразвука в зависимости от агрегатного состояния горных пород позволяет оценить процесс формирования ледопородного ограждения во времени и пространстве. Для ультразвукового контроля за процессом замораживания горных пород разработаны специальные приборы УКЛЦ-1, МАП-1.
Принцип работы приборов состоит в том, что снаряд-излучатель и снаряд-приемник синхронно опускают в скважины и регистрируют время пробега ультразвуковых импульсов между ними с помощью измерительной аппаратуры на пульте оператора. По результатам измерений строят диаграммы глубина - время для каждого контролируемого горизонта. Периодическое измерение времени пробега ультразвука на одних и тех же горизонтах позволяет выявить изменение скорости ультразвука, а следовательно, и степень промороженности пород. Ультразвуковой способ контроля позволяет оценивать и напряженное состояние ледопородного ограждения. С этой целью, помимо скорости распространения продольной ультразвуковой волны, необходимо измерять изменения таких акустических параметров, как скорость затухания волны, скорость распространения поперечных волн и др. При строительстве ответственных инженерных сооружений процесс замораживания горных пород контролируют с применением средств вычислительной техники (гидроинтеграторов, электроинтеграторов, ЭЦВМ).
Для этого в начале находят закономерности изменения температур в термонаблюдательных скважинах как па глубине, так и во времени, на основании чего определяются теп-лофизические свойства замораживаемых пород (коэффициент теплопроводности, температуропроводности и др.) применительно к каждому водоносному горизонту. В последующем, зная местоположение замораживающих колонок на каждом водоносном горизонте, теплофизические свойства пород и реальный режим замораживания, моделируют процесс образования ледопородного ограждения на вычислительных машинах. Это позволяет для любого промежутка времени и по всей глубине замораживания дать прогноз развития ледопородного ограждения, а в случае необходимости внести соответствующие коррективы в режим работы замораживающей станции.
|