[發明專利]基于鉆孔能量的圍巖松動圈測試方法

有效

• 申請號: 201510049584.6
• 申請日: 2015-02-01
• 公開（公告）號: CN104792965A
• 公開（公告）日: 2015-07-22
• 發明（設計）人: 蔣宇靜;吳學震;王剛;石永奎;李博
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及礦山、交通、水利等地下工程探測領域，尤其涉及一種全新的圍巖松動圈測試方法。

背景技術

地下工程開挖后，在隧道、硐室周圍巖體中會產生一個大致呈環狀的破碎區，稱為松動圈。松動圈的大小直接影響地下工程的支護難度，松動圈的范圍越大，支護越困難。尤其是在隧道工程中，實時進行松動圈測試對于隧道的動態支護設計具有重要意義。

松動圈實測方法很多，大體可分為兩大類：一類是觀察比較法，另一類是物理探測法。

（1）直接觀察比較法常用的包括：鉆孔潛望鏡法、鉆孔電視法、鉆孔取芯法等。

鉆孔潛望鏡法：通過帶光源的光學棱鏡系統直接觀測或照相記錄孔壁延時狀態來判別松動圈范圍。巖石潛望鏡帶有電光源和傾斜反射鏡，可深入鉆孔觀察，同時巖石潛望鏡帶有照相機，可以把圍巖裂縫照下來加以分析比較判別松動圈范圍。

鉆孔電視法：通過特制的孔內攝像機傳給地面電視，然后觀察記錄孔壁巖石狀態來判別破碎區范圍。它是將測得的探頭所處的深度值轉化為數字量后再進行編碼，并與攝像機拍攝的視頻圖像信號同步進入動態字符疊加器中，再由字符疊加器將深度數值與視頻圖像信號進行疊加后，以視頻信號方式輸出到錄機中進行同步記錄或在顯示器上，進行實時監視。

鉆孔取芯法：將鉆孔巖心由淺至深順序排列，經比較確定。該方法雖簡單、方便、直觀、實用，但對于軟弱或破碎巖體，鉆孔取芯率相對較低時，很難較完整、準確地獲得鉆孔內的地質資料，給松動圈判別帶來一定難度。

（2）物理方法常用的包括形變電阻率法、聲測法和地質雷達實測法等。

形變電阻率法：是利用各種巖石的到電阻率不同、而同類巖石的電阻率隨節理、裂隙、孔隙情況不同而不同的原理判別松動圈的范圍。該方法優點是布點測量方便、測試范圍大、觀測簡單、快速經濟、不破壞巖體原有狀態，并可以一次布設若干組電極分段觀測，還可以長期定時觀測。缺點是對儀器精度要求較高，需要良好的電極布置的技術要求高。

聲測法：是利用各類巖石中聲波速度不同，且同種巖石隨破裂程度增加聲速降低原理來判定松動圈范圍。聲波的波速隨介質裂隙發育、密度降低、聲阻抗增大而降低，隨應力增大、密度增大而增加。因此，測得的聲波波速高則說明圍巖完整性好，波速低說明圍巖存在裂縫，圍巖有破壞發生。測出距離圍巖表面不同深度的巖體波速值，作出深度和波速曲線，然后再根據有關地質資料可推斷出被測試硐室的圍巖松動圈厚度。該方法的優點是測試技術成熟可靠，原理簡單，儀器便宜可以重復使用。存在的主要問題是，在測試中，經常要提供風和水管，工作量較大。

地質雷達實測法：是利用雷達產生高頻短脈沖電磁波和能量向巖體介質內發射，利用巖體介質中節理、裂隙斷裂等界面上的反射波不同來探測裂縫的位置，判別松動圈范圍。地質雷達法測試的優點是不需鉆孔，精度、效率和分辨率高，靈活方便，剖面直觀，測試快速，現場即可得到裂縫位置圖，得出松動圈范圍；其缺點是儀器昂貴。

在現場施工過程中，上述方法大都需要提前鉆孔然后進行測試，測試費用昂貴，且費時費力，當圍巖較破碎的時候，鉆孔難以成形，從而導致測試失敗。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于鉆孔能量的圍巖松動圈測試方法，操作簡單并能夠準確地測試圍巖松動圈的范圍。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于鉆孔能量的圍巖松動圈測試方法，其特征在于包括如下步驟：

a、地下工程開挖完成后，通過數字化鉆機向圍巖中打鉆，在鉆機鉆進的過程中，實時記錄鉆進距離與時間的關系，以及鉆機功率與時間的關系；

b、根據鉆進距離與時間的關系，計算在距離壁面任意位置處，單位時間內的鉆進量，并根據孔徑參數計算得到單位時間內鉆進巖石的體積；根據鉆機功率與時間的關系，計算在相應位置處，單位時間內鉆機消耗的能量；進而由單位時間內鉆機消耗的能量除以單位時間內鉆進巖石的體積，得到在任意位置處鉆進單位體積巖石所需要的能量；

c、根據鉆進單位體積巖石所需要的能量的變化趨勢確定出圍巖松動圈的范圍，確定依據是：在破碎圍巖中鉆進單位體積巖石所需要的能量較少，在完整圍巖中鉆進單位體積巖石所需要的能量較多；

d、根據c步驟得到的圍巖松動圈的范圍，在確定鉆孔深度超過松動圈范圍一定距離后停止鉆孔。

所述的數字化鉆機，其特征在于安裝在鑿巖臺車上，在鉆進的過程中，可以實時記錄鉆進距離與時間的關系，以及鉆機功率與時間的關系，并輸入計算機進行數據分析。