用于尾矿坝的超声导波增渗方法及系统

本发明涉及尾矿坝增渗，特别涉及一种用于尾矿坝的超声导波增渗方法及系统。

背景技术：

1、尾矿是矿石在选矿过程中磨细后排放的废弃物，尾矿坝作为储存尾矿而堆筑的坝体，必定伴随矿山的生产。随着尾矿的堆存，尾矿坝的坝体形状发生变化，高度和体积也在不断增加，同时坝体内的渗流条件和应力的分布也会发生改变。且随着尾矿坝不断堆填局部渗流条件会因为应力增加而变差，安全系数会随着浸润线的升高而降低，产生流土、管涌等危险现象。

2、然而我国人口相对密集，有相当多的大尾矿坝下游存在常住人口和生产活动，因此尾矿坝的安全影响巨大，一旦溃坝，极有可能危及群众的生命财产安全。降低尾矿的浸润线有利于尾矿坝安全系数的增加。为了改善尾矿的渗透性，提高尾矿坝安全系数，减少尾矿安全事故，亟需一种尾矿坝的增渗处理方法。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提出一种用于尾矿坝的超声导波增渗方法及系统，以在尾矿坝内利用超声导波产生的空化效应，使得尾矿在超声空化与机械振动作用下使得空隙扩大，从而提高尾矿坝渗透性。

2、本发明一方面提出一种用于尾矿坝的超声导波增渗方法，所述方法包括：

3、收集尾矿坝施工区域的工程地质信息，确定尾矿坝的浸润线位置及高度，根据尾矿坝的浸润线位置及高度确定埋设波导杆的增渗区域；

4、根据工程地质信息确定埋设区域内波导杆的数目、埋入位置、间距、角度与深度，以构建波导杆阵列；

5、计算单个波导负责的增渗空间大小，并根据当地的空化阈值及尾矿坝中声波衰减求出换能器工作功率；

6、根据所述换能器工作功率选取适配的超声换能器，以将所述适配的超声换能器安装至波导杆上，以构建与尾矿坝施工区域配套的超声信号功率调节基站；

7、建立与所述超声信号功率调节基站关联的自动调节系统，以根据尾矿坝施工区域中的浸润线高度控制超声换能器的启停。

8、在本发明较佳实施例中，所述计算单个波导负责的增渗空间大小，并根据当地的空化阈值及尾矿坝中声波衰减求出换能器工作功率的步骤包括：

9、根据以下公式计算得到空化阈值：

10、

11、其中，pb表示空化阈值，p0环境大气压力，pc表示尾矿废水的抗拉强度、pv表示尾矿废水饱和蒸汽压，r0表示气泡半径，σ表示尾矿废水表面张力系数；

12、根据以下公式计算得到边界空化功率：

13、

14、其中，w表示空化功率，im表示空化声强、pb表示空化阈值，ρ表示尾矿废水的密度，c声在尾矿废水中的速度，s表示空化区域面积；

15、根据以下公式计算得到换能器工作功率：

16、

17、其中，w0表示换能器工作功率、i0表示波导杆声强、m表示衰减系数、x表示增渗区域与波导杆的距离。

18、在本发明较佳实施例中，所述根据所述换能器工作功率选取适配的超声换能器，以将所述适配的超声换能器安装至波导杆上，以构建与尾矿坝施工区域配套的超声信号功率调节基站的步骤包括：

19、根据波导杆的埋入深度计算得到波导杆的长度，并根据波导杆的长度选取适配的波导杆；

20、采集埋设区域上的软土装入自制变水头渗透仪，加入与适配的波导杆等比例缩小的波导杆，将土样击实，控制试样密度模拟现场环境；

21、利用不同频率的超声进行试验模拟，以根据模拟结果筛选出增渗效果最佳的频率作为换能器工作频率。

22、在本发明较佳实施例中，所述根据所述换能器工作功率选取适配的超声换能器，以将所述适配的超声换能器安装至波导杆上，以构建与尾矿坝施工区域配套的超声信号功率调节基站的步骤还包括：

23、根据所述换能器工作频率和所述换能器工作功率选取适配的超声换能器；

24、将波导杆在地表露出第一预设长度，并在波导杆端部安装超声换能器，所述超声换能器连接一信号发生器。

25、在本发明较佳实施例中，所述建立与所述超声信号功率调节基站关联的自动调节系统，以根据尾矿坝施工区域中的浸润线高度控制超声换能器的启停的步骤包括：

26、获取尾矿坝高度，并根据所述尾矿坝高度从预设关联表中调取出对应的预设浸润线高度范围，并监测所述浸润线高度是否在所述预设浸润线高度范围内；

27、若所述浸润线高度小于所述预设浸润线高度范围的下限值时，则控制所述超声换能器开启；

28、若所述浸润线高度大于所述预设浸润线高度范围的上限值时，则控制所述超声换能器关闭。

29、本发明另一方面提出一种用于尾矿坝的超声导波增渗系统，所述系统包括：

30、增渗区域确定模块，用于收集尾矿坝施工区域的工程地质信息，确定尾矿坝的浸润线位置及高度，根据尾矿坝的浸润线位置及高度确定埋设波导杆的增渗区域；

31、阵列构建模块，用于根据工程地质信息确定埋设区域内波导杆的数目、埋入位置、间距、角度与深度，以构建波导杆阵列；

32、功率获取模块，用于计算单个波导负责的增渗空间大小，并根据当地的空化阈值及尾矿坝中声波衰减求出换能器工作功率；

33、基站构建模块，用于根据所述换能器工作功率选取适配的超声换能器，以将所述适配的超声换能器安装至波导杆上，以构建与尾矿坝施工区域配套的超声信号功率调节基站；

34、换能器控制模块，用于建立与所述超声信号功率调节基站关联的自动调节系统，以根据尾矿坝施工区域中的浸润线高度控制超声换能器的启停。

35、在本发明较佳实施例中，所述功率获取模块还包括：

36、空化阈值计算单元，用于根据以下公式计算得到空化阈值：

37、

38、其中，pb表示空化阈值，p0环境大气压力，pc表示尾矿废水的抗拉强度、pv表示尾矿废水饱和蒸汽压，r0表示气泡半径，σ表示尾矿废水表面张力系数；

39、边界空化功率计算单元，用于根据以下公式计算得到边界空化功率：

40、

41、其中，w表示空化功率，im表示空化声强、pb表示空化阈值，ρ表示尾矿废水的密度，c声在尾矿废水中的速度，s表示空化区域面积；

42、功率计算单元，用于根据以下公式计算得到换能器工作功率：

43、

44、其中，w0表示换能器工作功率、i0表示波导杆声强、m表示衰减系数、x表示增渗区域与波导杆的距离。

45、在本发明较佳实施例中，所述基站构建模块还包括：

46、波导杆选取单元，用于根据波导杆的埋入深度计算得到波导杆的长度，并根据波导杆的长度选取适配的波导杆；

47、试验台搭建单元，用于采集埋设区域上的软土装入自制变水头渗透仪，加入与适配的波导杆等比例缩小的波导杆，将土样击实，控制试样密度模拟现场环境；

48、频率筛选单元，用于利用不同频率的超声进行试验模拟，以根据模拟结果筛选出增渗效果最佳的频率作为换能器工作频率。

49、在本发明较佳实施例中，所述基站构建模块还包括：

50、换能器选取单元，用于根据所述换能器工作频率和所述换能器工作功率选取适配的超声换能器；

51、换能器安装单元，用于将波导杆在地表露出第一预设长度，并在波导杆端部安装超声换能器，所述超声换能器连接一信号发生器。

52、在本发明较佳实施例中，所述换能器控制模块还包括：

53、浸润线高度监测单元，用于获取尾矿坝高度，并根据所述尾矿坝高度从预设关联表中调取出对应的预设浸润线高度范围，并监测所述浸润线高度是否在所述预设浸润线高度范围内；

54、超声换能器开启执行单元，用于若所述浸润线高度小于所述预设浸润线高度范围的下限值时，则控制所述超声换能器开启；

55、超声换能器关闭执行单元，用于若所述浸润线高度大于所述预设浸润线高度范围的上限值时，则控制所述超声换能器关闭。

56、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

57、1.本发明为了利用超声导波增强尾矿坝的渗透性，通过改变功率控制超声作用范围，进而实现自动化运行；与现有排渗技术如:管井排渗、贴坡排渗、辐射井排渗等相比，超声导波增渗技术工程量小，操作方便，维护简单，不仅可以单独使用还能与现有排渗技术联合使用增加排渗效率；

58、2.本发明不仅利用了超声在介质传播过程中的机械振动，还考虑了超声在水中的空化效应产生的能量的使用，极大地增大了增渗效率。

59、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。