[發(fā)明專(zhuān)利]基于等效巖體強(qiáng)度的地下工程圍巖數(shù)字鉆探分區(qū)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810291024.5
• 申請(qǐng)日: 2018-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108663269B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王琦;江貝;楊軍;秦乾;張皓杰;曾昭楠
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 山東大學(xué);中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京);山東天勤工程科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/08
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/08;G01N19/00
• 代理公司: 37221 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 李琳

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于等效巖體強(qiáng)度的地下工程圍巖數(shù)字鉆探分區(qū)方法，本發(fā)明通過(guò)開(kāi)展室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)合能量分析法、擬合函數(shù)法、權(quán)重分析法，建立隨鉆參數(shù)與巖體單軸抗壓強(qiáng)度關(guān)系式，提出基于數(shù)字鉆探測(cè)試技術(shù)預(yù)測(cè)等效巖體強(qiáng)度的方法，對(duì)巷道頂板圍巖進(jìn)行分區(qū)，具有方便靈活，鉆孔預(yù)測(cè)成本低，提高支護(hù)工作效率的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地下工程中安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于等效巖體強(qiáng)度的地下工程圍巖數(shù)字鉆探分區(qū)方法。

背景技術(shù)

巖石的單軸抗壓強(qiáng)度是表征巖體性質(zhì)的最重要參數(shù)，其準(zhǔn)確測(cè)試是進(jìn)行支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化和地下工程圍巖分區(qū)的前提，對(duì)研究地下工程的穩(wěn)定性具有重要價(jià)值。常規(guī)測(cè)試巖體單軸抗壓強(qiáng)度的方法主要有單軸壓縮實(shí)驗(yàn)法和點(diǎn)荷載試驗(yàn)，但這些方法存在以下諸多問(wèn)題：

1.單軸壓縮試驗(yàn)測(cè)試方法需從工程現(xiàn)場(chǎng)提取高質(zhì)量的巖芯，并運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定，周期時(shí)間長(zhǎng)，不能及時(shí)反映巖體單軸抗壓強(qiáng)度。

2.常規(guī)測(cè)試單軸壓縮試驗(yàn)花費(fèi)較大，成本較高，不便于進(jìn)行大量樣本試驗(yàn)。

3.常規(guī)測(cè)試單軸壓縮試驗(yàn)在運(yùn)輸過(guò)程中，難以避免對(duì)巖樣造成擾動(dòng)，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確，同時(shí)對(duì)裂隙、破碎、軟弱、節(jié)理圍巖的單軸抗壓強(qiáng)度和彈性模量難以進(jìn)行有效測(cè)試。

4.點(diǎn)荷載試驗(yàn)雖然可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，但需要測(cè)量壓頭接觸點(diǎn)平面的最小橫截面積，既困難又不準(zhǔn)確。

5.點(diǎn)荷載試驗(yàn)的修正方法很難消除現(xiàn)場(chǎng)試件厚度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

數(shù)字鉆探測(cè)試技術(shù)是一種對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程中的鉆進(jìn)速率、鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速、鉆進(jìn)扭矩、鉆進(jìn)壓力四種隨鉆參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和部分參數(shù)定量控制的技術(shù)。大量的現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)數(shù)字鉆探研究表明，隨鉆參數(shù)與巖體單軸抗壓強(qiáng)度具有密切的相關(guān)性，且數(shù)字鉆探測(cè)試技術(shù)為現(xiàn)場(chǎng)圍巖單軸抗壓強(qiáng)度的實(shí)時(shí)獲取提供了新的思路，但目前尚未建立可靠的隨鉆參數(shù)與巖體單軸抗壓強(qiáng)度關(guān)系式，無(wú)法運(yùn)用數(shù)字鉆探測(cè)試技術(shù)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)等效巖體強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種基于等效巖體強(qiáng)度的地下工程圍巖數(shù)字鉆探分區(qū)方法，本發(fā)明通過(guò)開(kāi)展室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)合能量分析法、擬合函數(shù)法、權(quán)重分析法，建立隨鉆參數(shù)與巖體單軸抗壓強(qiáng)度關(guān)系式，提出基于數(shù)字鉆探測(cè)試技術(shù)預(yù)測(cè)等效巖體強(qiáng)度的方法，進(jìn)而能夠?qū)ο锏理敯鍑鷰r進(jìn)行分區(qū)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于等效巖體強(qiáng)度的地下工程圍巖數(shù)字鉆探分區(qū)方法，包括以下步驟：

進(jìn)行室內(nèi)鉆進(jìn)試驗(yàn)，獲取鉆頭鉆進(jìn)過(guò)程中的鉆進(jìn)壓力、鉆進(jìn)扭矩、鉆進(jìn)速率和鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速；

利用能量分析法分析鉆頭切削巖石過(guò)程，根據(jù)能量守恒原理表達(dá)鉆進(jìn)過(guò)程的切削破碎能；

獲取巖體隨鉆參數(shù)和單軸抗壓強(qiáng)度，通過(guò)擬合函數(shù)法，將實(shí)測(cè)單軸抗壓強(qiáng)度與巖石切削破碎能量進(jìn)行擬合分析，建立函數(shù)關(guān)系，以獲得隨鉆參數(shù)與巖體單軸抗壓強(qiáng)度之間關(guān)系；

進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并采集鉆進(jìn)扭矩、鉆進(jìn)壓力、鉆進(jìn)速率和鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速，計(jì)算得出巖體的切削破碎能，根據(jù)所建立的隨鉆參數(shù)與巖體單軸抗壓強(qiáng)度的函數(shù)關(guān)系，預(yù)測(cè)等效巖體強(qiáng)度；

基于預(yù)測(cè)結(jié)果得到單個(gè)鉆孔內(nèi)的等效巖體強(qiáng)度，根據(jù)其隨鉆孔深度的變化繪制得到該鉆孔內(nèi)等效巖體強(qiáng)度圖表；

在設(shè)定區(qū)段施打一系列鉆孔，將每個(gè)鉆孔對(duì)應(yīng)的圖表按照位置順序排列，利用平滑的曲線連接相等的等效巖體強(qiáng)度點(diǎn)，得到頂板圍巖等效巖體強(qiáng)度分布圖；

根據(jù)不同位置的等效巖體強(qiáng)度將頂板圍巖劃分為具有不同穩(wěn)定程度的多個(gè)區(qū)域，實(shí)時(shí)定量地反映不同深度巖體的等效巖體強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)分區(qū)。

進(jìn)一步的，通過(guò)配合鉆頭以及安裝在鉆機(jī)上的鉆壓傳感器、扭矩傳感器、位移傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得鉆進(jìn)過(guò)程中的鉆進(jìn)壓力、鉆進(jìn)扭矩、鉆進(jìn)速率和鉆進(jìn)轉(zhuǎn)速。