[發(fā)明專利]適用于不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)面超前預(yù)測(cè)的信息化鉆探系統(tǒng)及方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010562811.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN111622700A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苑久超;石安池;唐鳴發(fā);洪望兵;陳磊;楚文杰;初美玲;李琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號(hào): E21B25/00
• 分類號(hào): E21B25/00;E21B17/00;E21B47/01;E21B47/13
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

本發(fā)明公開了一種對(duì)于不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)面超前預(yù)測(cè)的信息化鉆探系統(tǒng)及方法，旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中軟弱夾層鉆探技術(shù)的通過取芯鑒定才能辨識(shí)軟弱層的不足之處，以便鉆探過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)體或地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的空間分布位置。所述系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、鉆機(jī)、地質(zhì)雷達(dá)、鉆桿和鉆頭，鉆桿連接鉆機(jī)，鉆頭設(shè)置于鉆桿的末端，所述鉆桿內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，地質(zhì)雷達(dá)設(shè)置于鉆桿內(nèi)部并與鉆桿活動(dòng)連接，所述計(jì)算機(jī)電連接地質(zhì)雷達(dá)。所述方法主要步驟包括：系統(tǒng)架設(shè)開設(shè)鉆進(jìn)；需要增加鉆桿時(shí)，使電線從鉆桿底部穿過，從鉆桿頂部穿出和計(jì)算機(jī)相連；鉆頭向下鉆進(jìn)，地質(zhì)雷達(dá)工作與計(jì)算機(jī)通訊，計(jì)算機(jī)對(duì)所接受的介質(zhì)信息、幾何形態(tài)信息進(jìn)行解譯、分析，形成雷達(dá)圖像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖土工程及水利水電工程領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)面超前預(yù)測(cè)的信息化鉆探系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

在水利水電工程中，斷層破碎帶、層間錯(cuò)動(dòng)帶等軟弱結(jié)構(gòu)面對(duì)于大型地下洞室的穩(wěn)定性起著決定性的作用，因此在洞室開挖之前能否準(zhǔn)確預(yù)測(cè)以上不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)面出露位置，成為了設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵。目前對(duì)地下洞室地質(zhì)條件的探測(cè)主要是鉆孔取芯、地質(zhì)編錄，采取試樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，整個(gè)過程較為繁瑣，周期較長(zhǎng)，浪費(fèi)人力物力，增加成本。

在巖土工程勘察過程中，軟弱夾層的分布情況是勘查重點(diǎn)。軟弱夾層是一種常見的不良地質(zhì)體，常常需要對(duì)其取樣進(jìn)行物理、力學(xué)參數(shù)測(cè)試。當(dāng)鉆遇至軟弱夾層時(shí)，取樣時(shí)需額外謹(jǐn)慎，才能取得擾動(dòng)程度小的土樣，因此對(duì)軟弱層是否存在的預(yù)判顯得尤為重要，而傳統(tǒng)鉆探只能在鉆進(jìn)至該層時(shí)通過取芯鑒定才能辨識(shí)，此時(shí)，為時(shí)已晚，軟弱帶可能在鉆進(jìn)過程中流失，無(wú)法取到原狀樣，只能重新布置鉆孔，增加成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)中軟弱夾層鉆探技術(shù)的通過取芯鑒定才能辨識(shí)軟弱層的不足之處，提供了一種對(duì)于不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)面超前預(yù)測(cè)的信息化鉆探系統(tǒng)及方法，以便鉆探過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)體或地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的空間分布位置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的一種適用于不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)面超前預(yù)測(cè)的信息化鉆探系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、鉆機(jī)、地質(zhì)雷達(dá)、鉆桿和鉆頭，鉆桿連接鉆機(jī)，鉆頭設(shè)置于鉆桿的末端，所述鉆桿內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，地質(zhì)雷達(dá)設(shè)置于鉆桿內(nèi)部并與鉆桿活動(dòng)連接，所述計(jì)算機(jī)電連接地質(zhì)雷達(dá)。

作為優(yōu)選，鉆桿的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)壁設(shè)有環(huán)形的定位槽，鉆桿內(nèi)設(shè)有橫梁，所述橫梁兩端滑動(dòng)連接定位槽，地質(zhì)雷達(dá)頂部連接橫梁。

作為優(yōu)選，所述地質(zhì)雷達(dá)包括雷達(dá)發(fā)射節(jié)和雷達(dá)接收節(jié)，雷達(dá)接收節(jié)位于雷達(dá)發(fā)射節(jié)下方。

作為優(yōu)選，橫梁兩端設(shè)有嵌入定位槽內(nèi)的滾珠。

作為優(yōu)選，所述地質(zhì)雷達(dá)外部罩設(shè)有防水罩。

本發(fā)明同時(shí)提供一種適用于不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)面超前預(yù)測(cè)的信息化鉆探方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1，平整場(chǎng)地，架設(shè)鉆機(jī)，將鉆桿和鉆機(jī)連接，將鉆頭與鉆桿連接，地質(zhì)雷達(dá)通過電線與計(jì)算機(jī)連接；

步驟2，鉆進(jìn)一定進(jìn)尺時(shí)，需要增加鉆桿時(shí)，先將電線與計(jì)算機(jī)斷開，使與計(jì)算機(jī)相連端的電線從鉆桿底部穿過，從鉆桿頂部穿出和計(jì)算機(jī)相連，1)再次增加鉆桿時(shí)，重復(fù)以上步驟；

步驟3，鉆頭向下鉆進(jìn)，地質(zhì)雷達(dá)中的雷達(dá)發(fā)射節(jié)向鉆頭所經(jīng)過周圍地層發(fā)射高頻率電磁波，遇到地質(zhì)結(jié)構(gòu)面或孤立異常體時(shí)，由雷達(dá)接收節(jié)接收反射電磁波，通過電線傳遞至計(jì)算機(jī)；

步驟4，計(jì)算機(jī)對(duì)所接受的介質(zhì)信息、幾何形態(tài)信息進(jìn)行解譯、分析，形成雷達(dá)圖像，對(duì)地質(zhì)雷達(dá)形成的圖像，進(jìn)行地質(zhì)解釋，確定地質(zhì)結(jié)構(gòu)面或孤立異常體分布空間范圍。

傳統(tǒng)地下洞室地質(zhì)鉆探只能在鉆孔終孔時(shí)，取芯完成之后，進(jìn)行鉆孔巖芯地質(zhì)編錄之后，才能確定地質(zhì)條件。而本發(fā)明可以在鉆探過程中隨時(shí)預(yù)測(cè)下部地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的空間分布，加快工期，節(jié)約勞動(dòng)成本。