Оценка уплотняемости и несущей способности техногенных массивов тонкодисперсных отложений

Внедрение: 2016 г.

В диссертационной работе [1] описано применение модуля E20‑10 в лабораторном стенде для исследования влияния консолидации тонкодисперсных отложений на корреляционные характеристики шумового акустического сигнала.

Цель диссертационной работы – совершенствование методов оценки уплотняемости и несущей способности техногенных массивов тонкодисперсных отложений для повышения вместимости отвальных горнотехнических сооружений и экономии земельных ресурсов.

Принцип работы стенда основан на акустическом корреляционном методе межскважинного прозвучивания (АКММП).

Рисунок 1. Схема лабораторного стенда: 1 – контейнер; 2 – намывные суглинки; 3 – металлический лист; 4 – упорный винт; 5 – динамометр; 6 – УЗ излучатель; 7 – УЗ приемник.

В металлический контейнер 1 с вертикальными стенками помещались намывные суглинки 2. На поверхности смеси размещался стальной лист 3 со сквозными отверстиями для выхода воды, плотно прилегающий к стенкам контейнера по всему периметру. В нижней части контейнера в противоположных стенках были соосно вмонтированы пьезоэлектрические преобразователи 6 и 7 с резонансной частотой f_рез = 60 кГц, при этом база прозвучивания составила l = 300 мм. Для нагружения подготовленной смеси пород предназначался упорный винт 4 с ручным приводом и электронным динамометром, ДЭП‑1Д‑100С‑1, верхним пределом измерения 100 кН. Излучающий ультразвуковой преобразователь подключался к выходу шумового генератора ГШ‑1. Волновая форма и спектр излучаемого сигнала представлены на рисунке 2.

Рисунок 2. Волновая форма сигнала на выходе генератора шума (а) и его спектр (б).

Выход приемного преобразователя 7 подключался ко входу АЦП E20‑10 с максимальной частотой дискретизации 10 МГц. АЦП, в свою очередь, подключался к персональному компьютеру с установленным ПО для потоковой корреляционной обработки сигналов. Алгоритм обработки регистрируемого УЗ сигнала представлен на рисунке 3.

Идея эксперимента заключалась в установлении зависимости корреляционных параметров УЗ шумового сигнала, проходящего через исследуемый участок массива, от уровня механического нагружения, имитирующего продолжение процессов отвалообразования. На каждом шаге нагружения, начиная с σ = 0, измерялась дисперсия принимаемого сигнала B(0) и его интервал корреляции τ_ик. Таким образом, реализовывался автокорреляционный метод контроля. Результаты измерений представлены на рисунке 4.

Рисунок 3. Алгоритм обработки принимаемого шумового сигнала.

Рисунок 4. Зависимости величин B(0) и τ_ик от прилагаемой нагрузки σ.

Как видно из рисунка 4, оба информативных параметра корреляционного контроля возрастают с увеличением нагрузки до уровня (0.7÷0.8) σ_max. Далее с увеличением σ параметры τ_ик и В(0) существенно не изменяются. Такое поведение информативных параметров можно объяснить завершением консолидации суглинков, прекращением процесса их уплотнения и выходом максимального количества свободной воды.

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования свидетельствуют о том, что применение АКММП позволит получать важную информацию о ходе и завершении процесса консолидации намывных грунтов. В отличие от получаемых традиционными скважинными измерениями данных о динамике порового давления намывных грунтов, а также изменений их прочностных деформационных свойств указанная информация носит интегральный и непрерывный характер. Важно также отметить, что соответствующий метод может быть достаточно просто реализован в натурных условиях. Для этого на начальном этапе формирования гидроотвала в его ложе жестко закрепляются две вертикальные трубы на расстоянии L друг от друга (определенном исходя из максимально возможной базы прозвучивания). Высота труб должна превышать максимальную потенциальную высоту отвала. Причем глубина, на которую помещаются излучающий и приемный преобразователи, изменяются по мере изменения высоты отвала. В одну из этих скважин и помещается низкочастотный скважинный акустический преобразователь шумовых упругих волн, а в другую – приемный преобразователь. Дальнейшие измерительные операции будут аналогичны описанным выше.

Отвал фосфогипса, недалеко от г. Воскресенска. ОАО «Воскресенские минеральные удобрения» (фото из диссертации [1]).

Источник:
Семёнова Е.А. Совершенствование методов оценки уплотняемости и несущей способности отвальных массивов тонкодисперсных отложений: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Москва. – 2016. – 103 с.

Разработчик: Семёнова Е.А. (ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»)