[發(fā)明專利]一種多參量超前物力災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910767973.0
• 申請日: 2019-08-20
• 公開（公告）號: CN110513099B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂祥鋒;周宏源;張碩;楊曉輝;王濤;黃景琦;劉力源;周毅
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué);北京市市政工程研究院
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B49/00;E21B47/002
• 代理公司: 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

1.一種多參量超前物力災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，包括地質(zhì)信息普查裝置（1）、360度隨鉆測量裝置（2）和設(shè)置在地面上的多源信息接收統(tǒng)計(jì)解譯存儲(chǔ)裝置（6），所述地質(zhì)信息普查裝置（1）、所述360度隨鉆測量裝置（2）與所述多源信息接收統(tǒng)計(jì)解譯存儲(chǔ)裝置（6）通訊連接；

所述地層信息普查裝置（1）依據(jù)獲取預(yù)定范圍區(qū)域內(nèi)的地層隱伏病患情況，圈定鉆測區(qū)域；

所述360度隨鉆測量裝置（2）在所述鉆測區(qū)域以任意預(yù)設(shè)角度鉆進(jìn)，實(shí)時(shí)獲取鉆進(jìn)前方巖土體細(xì)觀物性圖像、地層巖土體工程參數(shù)以及鉆進(jìn)深度關(guān)系曲線，并實(shí)時(shí)獲取地層巖土體力性參數(shù)和地層巖土體物性參數(shù)；

其中，基于所述地層巖土體工程參數(shù)，同步反演得到所述地層巖土體力性參數(shù)，并將所述360度隨鉆測量裝置（2）直接獲取的地層巖土體力性參數(shù)和反演得到的地層巖土體力性參數(shù)傳輸至所述多源信息接收統(tǒng)計(jì)解譯存儲(chǔ)裝置（6）內(nèi)保存起來；

所述地層巖土體力性參數(shù)包括無側(cè)限抗壓強(qiáng)度損失度、粘聚力和內(nèi)摩擦角，所述地層巖土體物性參數(shù)包括孔隙度、飽和度、滲透率、巖土體中流體體積及擴(kuò)散系數(shù)；

所述多源信息接收統(tǒng)計(jì)解譯存儲(chǔ)裝置（6）對所述地層巖土體力性參數(shù)和所述地層巖土體物性參數(shù)進(jìn)行處理和分析，所述地質(zhì)信息普查裝置（1）確定鉆測區(qū)域，所述360度隨鉆測量裝置（2）隨鉆鉆孔軌跡調(diào)控裝置鉆入巖土層并完成360度鉆測，所述多源信息接收統(tǒng)計(jì)解譯存儲(chǔ)裝置（6）接收統(tǒng)計(jì)解譯存儲(chǔ)裝置，并通過數(shù)據(jù)傳輸模塊接收到來自數(shù)字液壓鉆進(jìn)裝置、隨鉆伽馬射線錄井裝置、隨鉆核磁共振錄井裝置傳輸?shù)男畔⒉⒔庾g生成地層硬度圖譜、地層伽馬圖譜、地層核磁共振能譜，之后再精準(zhǔn)重構(gòu)三維地層模型，自動(dòng)計(jì)算地層各層位巖土體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度損失度及粘聚力損失度，以完成隨鉆實(shí)時(shí)預(yù)測超前物力災(zāi)害；

其中，計(jì)算各層巖土體芯樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度損失度和粘聚力損失度的具體實(shí)現(xiàn)步驟為：

計(jì)算各層巖土體芯樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度損失度的計(jì)算公式為：

,

式中: 為當(dāng)前巖土體的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度損失度的實(shí)測值，為同一巖土體在相同條件下的標(biāo)準(zhǔn)無側(cè)限抗壓強(qiáng)度損失度值；

計(jì)算各層巖土體芯樣的粘聚力損失度的計(jì)算公式為：

，

式中：為當(dāng)前巖土體的粘聚力的實(shí)測值，為同一巖土體在相同條件下的標(biāo)準(zhǔn)粘聚力數(shù)據(jù)；

對所述地層巖土體力性參數(shù)和所述地層巖土體物性參數(shù)進(jìn)行處理和分析，隨鉆預(yù)測超前物力災(zāi)害的具體實(shí)現(xiàn)步驟為：

對于考慮巖土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的工程，選取無側(cè)限抗壓強(qiáng)度損失度作為評價(jià)指標(biāo)評判超前物力災(zāi)害等級，超前物力災(zāi)害等級劃分如下：

；

對于重點(diǎn)考慮巖土體抗剪強(qiáng)度的工程，選取粘聚力損失度作為評價(jià)指標(biāo)評判超前物力災(zāi)害等級，超前物力災(zāi)害等級劃分如下：

(L_C∈(0 .0～0 .15)，安全；L_C∈(0 .15～0 .35)，較安全；L_C∈(0 .35～1 .0)，危險(xiǎn))；

即重點(diǎn)考慮巖土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度或巖土體抗剪強(qiáng)度的工程時(shí)，可以根據(jù)計(jì)算出的巖土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度損失度或巖土體粘聚力損失度來判斷所述巖土體處于的超前物力災(zāi)害等級區(qū)域。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多參量超前物力災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，所述地質(zhì)信息普查裝置（1）包括地面式探地雷達(dá)裝置、鉆孔雷達(dá)裝置和雷達(dá)圖譜解譯存儲(chǔ)裝置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多參量超前物力災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，所述360度隨鉆測量裝置（2）包括地面裝置（3）和地下裝置（4）；所述地面裝置（3）包括數(shù)字液壓鉆進(jìn)裝置（5）；

所述地下裝置（4）還包括有與數(shù)字液壓鉆進(jìn)裝置（5）連接且實(shí)時(shí)360度調(diào)整鉆頭鉆進(jìn)方向的隨鉆鉆孔軌跡調(diào)控裝置（10），所述隨鉆鉆孔軌跡調(diào)控裝置（10）一端與液壓鉆機(jī)鉆頭連接，另一端與液壓鉆機(jī)鉆桿鏈接，用于實(shí)時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)方向，實(shí)現(xiàn)定向鉆進(jìn)，回鉆軌跡復(fù)測，定量獲取鉆孔軌跡物性參數(shù)。