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原文传递一种冻结壁扩展速度超声波检测方法

专利名称：	一种冻结壁扩展速度超声波检测方法
摘要：	本发明公开冻结壁扩展速度超声波检测方法，包括改装冻结器结构；在超声波检测之前应当对声测孔进行验收；冻结壁扩展速度超声波检测，得到冻结壁扩展速度，然后与温度检测孔推测冻结壁扩展速度进行对比，用于监测冻结壁扩展过程。本发明可实现在冻结前早期预报，当超声波波速异常、通行时间与其它同水平检测结果不一致情况，需要及时分析地质原因，排查空洞、地下水流速等原因，达到早期预报的目的；在冻结阶段，当出现超声波推测冻结壁扩展速度突变的情况时，需及时判断冻结壁出现异常状况，利用超声波法或冻结器内纵向测温法对声测区域附近的冻结孔一一排查，对于一直不交圈冻结孔及时采取注浆、强化冻结等措施，达到过程监测及效果评价的目的。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	煤炭科学研究总院
发明人：	张基伟;李宁;高伟;周可发;孙右好;孔令辉;张绪忠;王磊;叶玉西;李方政;崔灏;郑新赟;韩玉福;张松;孙佳;许舒荣;郭垒
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201811517532.7
公开号：	CN109781843A
代理机构：	北京冠榆知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	朱亚琦;魏振柯
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	100013 北京市朝阳区和平里青年沟东路5号
主权项：	1.一种冻结壁扩展速度超声波检测方法，其特征在于，包括如下步骤： (1)改装冻结器结构； (2)在超声波检测之前应当对冻结孔B和声测孔A进行验收； (3)冻结壁扩展速度超声波检测，得到冻结壁扩展速度，然后与温度检测孔推测冻结壁扩展速度进行对比，用于监测冻结壁扩展过程。 2.根据权利要求1所述的冻结壁扩展速度超声波检测方法，其特征在于，改装后的冻结器包括：供液管(9)上部侧壁设有进水管(2)，供液管(9)的顶部设有超声波监测口(1)，进水管(2)通过进水胶管与进水干管(7)连接，进水胶管与进水干管(7)之间安装有进水闸阀(5)，进水干管(7)、进水胶管、进水管(2)、超声波监测口(1)与供液管(9)之间流体导通；在超声波监测口(1)的顶端安装有封口帽(3)；回流管(14)通过回水胶管(11)与回水干管(8)连接，在回水胶管与回水干管(8)之间安装有回水闸阀(6)，回流管(14)、回水胶管(11)和回水干管(8)之间流体导通；在回水胶管(11)上安装有测温管(12)，在进水干管(7)和回水干管(8)上均设有放空阀(13)；在回流管(14)的侧壁上设有测流管(10)；所述供液管(9)和所述回流管(14)位于冻结孔B内，所述供液管(9)即为冻结管B；在声测孔A中下放有声测管A。 3.根据权利要求2所述的冻结壁扩展速度超声波检测方法，其特征在于，检查声测孔A中的声测管A和冻结孔B中的冻结管B内是否有异物堵塞，同时检查声测管A和冻结管B管身是否有裂纹、弯曲或压扁情况；声测孔A中的声测管A与冻结孔B中的冻结管B之间应保持平行，不平行度应小于等于1‰；声测孔A中的声测管A和冻结孔B中的冻结管B安装完毕后将上口封闭，以免落入异物，致使孔道堵塞；声测孔A中的声测管A和冻结孔B中的冻结管B管道均高于地表300mm～500mm，保证声测孔A中的声测管A和冻结孔B中的冻结管B露出地表的高度相同。 4.根据权利要求3所述的冻结壁扩展速度超声波检测方法，其特征在于，包括： (3-1)冻结前阶段测量； (3-2)冻结过程阶段测量。 5.根据权利要求4所述的冻结壁扩展速度超声波检测方法，其特征在于，在步骤(3-1)中： (3-1-1)准确测量声测孔A和声测孔B的圆心距S、声测孔A中的声测管A和冻结孔B中的冻结管B的内径d和外径D，测量精度为±1mm，且声测孔A和声测孔B的圆心距S小于2.5m； (3-1-2)打开进水闸阀(5)，从进水管(2)向冻结孔B内注入盐水，开机试循环，当测温管(12)测得冻结管B内盐水温度为-25～-28℃后，关闭进水闸阀(5)和回水闸阀(6)，停止盐水循环，打开封头帽(3)，将超声波探头(4)的接收换能器从超声波监测口(1)下放至冻结孔B的供液管(9)中；在声测孔A中的声测管A放入盐水，将超声波探头(4)的发射换能器下放至声测孔A中的声测管A，同步提升声测孔A内的超声波探头(4)的发射换能器和冻结孔B内的超声波探头(4)的接收换能器，使超声波探头(4)的发射换能器和超声波探头(4)的接收换能器在同一水平位置上； (3-1-3)标定超声波检测仪从声测孔A的超声波探头(4)的发射换能器至冻结孔B的超声波探头(4)的接收换能器系统产生的系统延迟时间t0后，记录每次测点的未冻结时超声波波速vb，及超声波由声测孔A至冻结孔B的通行时间τb； (3-1-4)当未冻结时超声波波速vb和超声波由声测孔A至冻结孔B的通行时间τb与不同深度同一土层的检测结果不一致时，需要及时分析地质原因，排查空洞、地下水流速原因，达到早期预报的目的； (3-1-5)检测完毕后，及时拧紧冻结孔B的冻结器上的封头帽(3)，并检查封头帽(3)垫圈封水情况，防止盐水泄露。 6.根据权利要求5所述的冻结壁扩展速度超声波检测方法，其特征在于，在步骤(3-1-3)中，系统延迟时间t0的计算方法如(Ⅰ)所示： t0＝t1+tb+ty (Ⅰ) 其中t1为仪器本身声延时间，在-25～-28℃盐水中十字交叉，按采样键，测得声时值作为声延时间；tb为穿过冻结管壁的时间，tb＝(D-d)/v1，其中D为冻结管外径；d为冻结管内径；v1为钢质冻结管波速；ty为穿过耦合-25～-28℃盐水的时间，ty＝(d-Dh)/v2，其中Dh为超声波探头的外径；v2为-25～-28℃盐水声速波速。 7.根据权利要求6所述的冻结壁扩展速度超声波检测方法，其特征在于，在步骤(3-2)中： (3-2-1)当冻结时间为td1时，将超声波探头(4)的发射换能器置于声测孔A中的声测管A内，将超声波探头(4)的接收换能器置于冻结孔B中的冻结管B内，使超声波探头(4)的发射换能器和超声波探头(4)的接收换能器的位置与冻结前的步骤(3-1-2)的超声波探头(4)在同一水平上，不平行度小于等于1‰；记录td1时的超声波波速为vd1；超声波由声测孔A至冻结孔B的通行时间为τd1，检测推测冻结壁扩展位置为Sd1； (3-2-2)当冻结时间为td2时，将超声波探头(4)的发射换能器置于声测孔A中的声测管A内，将超声波探头(4)的接收换能器置于冻结孔B中的冻结管B内，使超声波探头(4)的发射换能器和超声波探头(4)的接收换能器的位置与冻结前的步骤(3-1-2)的超声波探头(4)在同一水平上，不平行度小于等于1‰；记录td2时的超声波波速为vd2；超声波由声测孔A至冻结孔B的通行时间为τd2，检测推测冻结壁扩展位置Sd2； (3-2-3)得到两次检测时间内的冻结壁扩展速度v公式如(Ⅱ)：由于和提取Sd1和Sd2项则有：和得到公式如(Ⅱ)：两次检测时间间隔为△t＝td2-td1；△S在两次检测时间冻结壁向未冻土侧发展的距离，△S＝Sd2-Sd1；声测孔A和冻结孔B的圆心距S；vb为未冻结时超声波波速；vd1为td1时的超声波波速；vd2为td2时的超声波波速；τd1为td1时超声波由声测孔A至冻结孔B的通行时间；τd2为td2时超声波由声测孔A至冻结孔B的通行时间； (3-2-4)将由(Ⅱ)计算得到的冻结壁扩展速度v与测温孔测温法推测冻结壁扩展速度进行对比，当出现误差突变超过7～10％时，视为冻结壁出现异常状况，利用超声波法或冻结器内纵向测温法对声测区域附近的冻结孔一一排查，对于一直不交圈冻结孔及时采取注浆和强化冻结措施，达到过程监测及效果评价的目的。 8.根据权利要求4所述的冻结壁扩展速度超声波检测方法，其特征在于，在步骤(3-1)中，冻结前阶段的检测频次为两次；在步骤(3-2)中，冻结过程阶的检测频次为1次/3天。 9.根据权利要求8所述的冻结壁扩展速度超声波检测方法，其特征在于，冻结过程阶段的频次，当水文孔、测温孔数据常规监测手段得到数据存在误差突变时，检测频次可增加。 10.根据权利要求5所述的冻结壁扩展速度超声波检测方法，其特征在于，在步骤(3-1-2)中，超声波探头(4)下放至供液管(9)时，上、下相邻两测点的间距为250～600mm。
所属类别：	发明专利