[發明專利]一種基于核磁傳感器的核廢料掩埋場水體監測系統及方法

有效

• 申請號: 202110710114.5
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113359200B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 翟成;李宇杰;孫勇;徐吉釗;余旭;叢鈺洲;鄭仰峰;唐偉;朱薪宇;王宇;黃婷
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01V3/32
• 分類號: G01V3/32;G01V3/38
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

1.一種基于核磁傳感器的核廢料掩埋場水體監測系統，其特征在于：它包括設置在核廢料掩埋場內用以檢測區域水泄露的核磁共振測量系統，設置在遠離核廢料掩埋場的地下巷道（6）中的井下控制中心（4），以及地面綜合管控中心（1），其中核磁共振測量系統通過井下控制中心（4）將監測數據實時發送至地面綜合管控中心（1）；地面綜合管控中心（1）、井下控制中心（4）以及核磁共振測量系統之間通過光纖（2）相互連接并進行數據傳輸與通信；

其中核磁共振測量系統包括多個微型核磁共振傳感器探頭（9）、探頭控制線（8）和探頭控制器（7），其中微型核磁共振傳感器探頭（9）布置在裝有核廢料（13）的核廢料罐（12）周圍的鉆孔（14）中，微型核磁共振傳感器探頭（9）通過探頭控制線（8）與設置在地下巷道（6）中的探頭控制器（7）連接，探頭控制器（7）通過控制探頭控制線（8）的伸出長度控制核磁共振傳感器（9）在鉆孔（14）內的上下移動，以實現不同深度的信號測試并記錄測試深度；

監測方法，包括以下步驟：

a.?在已經埋好核廢料的沉積隧洞（11）中靠近圍巖（5）的緩沖材料（10）中沿圓周方向施工多個鉆孔（14）至沉積隧洞（11）底部；

b.?在每個所述鉆孔（14）中安裝一個所述微型核磁共振傳感器探頭（9），并通過探頭控制線（8）將多個微型核磁共振傳感器探頭（9）與探頭控制器（7）相互連接，隨后封孔并通過光纖（2）建立探頭控制器（7）與井下控制中心（4）之間的信號連接；

c.?在其他核廢料掩埋隧洞重復a~b步驟，待所有核廢料掩埋隧洞都已布置好微型核磁共振傳感器探頭（9）后，可進行信號探測；

d.?在地面綜合管控中心（1）發布控制信號，信號通過光纖（2）經工程豎井（3）傳輸至所述井下控制中心（4），進一步傳輸至所述探頭控制器（7），通過探頭控制線（8）控制多個微型核磁共振傳感器探頭（9）在所述鉆孔（14）內的上下移動并同步實施信號采集；

地面綜合管控中心（1）將收集到的每個核磁共振傳感器探頭（9）所測得的作為回波串的核磁共振信號進行反演、擬合、濾波處理，結合探頭控制器（7）記錄的深度數據，輸出核廢料掩埋場不同位置處的束縛水孔隙度、有效孔隙度、孔徑分布、自由水含量信息，最終利用上述信息得到核廢料掩埋地質體周圍水含量的三維動態分布圖；當某一位置處的水含量相對變化超過設定的閾值時，說明該位置處的膨潤土已被水突破，需立即預警并采取應對措施；

所述微型核磁共振傳感器探頭（9）包括射頻系統（9-1）、信號接收系統（9-2）、功放系統（9-3）；其中射頻系統（9-1）用于向周圍發出射頻脈沖，信號接收系統（9-2）用于接收外接反饋的核磁共振信號，功放系統（9-3）用于將接受到的核磁共振信號放大后輸出；

所述探頭控制器（7）包括數據存儲系統（7-1）和提升系統（7-2）；其中提升系統（7-2）包括電動絞盤和設置在電動絞盤并與微型核磁共振傳感器探頭（9）連接的探頭控制線（8）；

所述核廢料罐（12）設置在圍巖（5）中的沉積隧洞（11）內，核廢料罐（12）與沉積隧洞（11）之間充填有緩沖材料（10），用以設置微型核磁共振傳感器探頭（9）的鉆孔（14）數量為8~12個，在緩沖材料（10）中靠近圍巖（5）部分圍繞核廢料罐（12）圓周方向均勻分布；所述用以設置微型核磁共振傳感器探頭（9）的鉆孔（14）直徑為60~70mm；

微型核磁共振傳感器探頭（9）利用射頻系統（9-1）提供靜磁場B₀并發射射頻脈沖產生射頻磁場B₁，使微型核磁共振傳感器探頭（9）周圍的孔隙水被極化并產生核磁共振信號，所述信號接收系統（9-2）接收核磁共振信號并將其轉換為數字信號，所述功放系統（9-3）將信號放大并通過探頭控制線（8）傳輸至探頭控制器（7）；所述探頭控制器（7）中的數據存儲系統（7-1）保存所述微型核磁共振傳感器探頭（9）所采集的數據，所述提升系統（7-2）通過電動絞盤轉動，控制微型核磁共振傳感器探頭（9）在鉆孔（14）中上下移動并記錄微型核磁共振傳感器探頭（9）所處的深度信息；微型核磁共振傳感器探頭（9）的采集數據以及對應的深度信息通過光纖（2）傳輸至井下控制中心（4），進一步經工程豎井（3）傳輸至地面綜合管控中心（1）進行數據分析，達到實時監測的目的。

2.根據權利要求1所述的基于核磁傳感器的核廢料掩埋場水體監測系統，其特征在于：所述微型核磁共振傳感器探頭（9）為柱狀結構，直徑40~50mm，總長度100~150mm；微型核磁共振傳感器探頭（9）的外殼由能耐200℃高溫的高強度無磁鋼制成。