[發明專利]工程巖體結構形態評估方法

在審

• 申請號: 202210227212.8
• 申請日: 2022-03-08
• 公開（公告）號: CN114856551A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 楊釗;姬付全;邱敏;陳培帥;趙旭;朱俊濤;詹才釗;李德杰;馬超;石章入;李嘉成;劉杰;賀祖浩;饒為勝;袁青;江鴻;楊林;梁曉騰;曹昂;于錦;張子平
• 申請（專利權）人: 中交第二航務工程局有限公司;中交武漢港灣工程設計研究院有限公司
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/002
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 胡茵夢

本發明公開了一種工程巖體結構形態評估方法，對工程巖體進行沖擊成孔，實時記錄并存儲鉆孔過程中的隨鉆參數；成孔后，采用高清相機沿鉆孔深度進行全孔成像；對隨鉆參數進行過濾；采用主成分分析方法對隨鉆參數進行降維處理，確定兩個主成分及計算參數；根據孔內成像照片，將孔內巖體狀態分為若干類型；根據計算參數，分別繪制每種類型巖體的主成分密度圖，確定第一主成分；繪制每種類型巖體的第一主成分的概率密度曲線，劃分各種類型巖體的第一主成分區間；根據隨鉆參數，計算第一主成分數值，確定巖體狀態類型。本發明幫助技術人員利用隨鉆測量參數，快速、準確評估工程巖體結構形態，為隧道支護、開挖和礦山規劃、設計提供決策依據。

技術領域

本發明涉及隧道、礦體開挖領域。更具體地說，本發明涉及一種工程巖體結構形態評估方法。

背景技術

隧道開挖和支護、礦山規劃和設計通常基于巖體性質，包括巖體的強度特性和結構特性。為了降低成本，傳統取芯鉆孔間距大，通常對巖體劃分進行插值處理，導致對巖體的表征過于粗放，忽略了對小規模巖體結構特性的認識。這將顯著影響作業結果，并可能增加生產成本，降低挖掘和開采效率；如果忽略了條件較差的巖體，最終會降低安全性。此外，可以在取芯孔和生產爆破孔中進行地球物理測井，以提供各種各樣的現場地質信息，如裂隙、孔洞、破碎帶等。然而，特定的地球物理測井(如FMI測井)成本很高，在水平孔中存在卡、堵等意外情況，不能在大多數現場或常規生產實踐中使用。

大量研究表明，巖石特征對鉆孔響應有重要影響，通過測量鉆探參數以監測鉆機性能的技術能夠以高分辨率評估巖體變化的特性。隨鉆測量(MWD)是一種以特定長度間隔記錄鉆孔數據的技術，能夠提供有關鉆孔作業參數的信息。這項技術能夠在生產過程中以最小干擾提供高分辨率數據，使MWD成為巖體表征的補充工具。

然而，盡管這項技術具有先天優勢，而且隧道和礦山項目超前鉆孔和爆破鉆孔會產生大量鉆進數據，然后數據的處理和解釋的困難使其在日常施工中作為決策工具的應用變得復雜。因此，急需開發一種新方法能夠將這些大量的隨鉆測量參數利用起來，去偽存真，篩選出能夠真實反映巖體特性變化的信息，并利用這些信息快速、低成本地評估巖體結構形態，為隧道支護、開挖和礦山規劃、設計提供決策依據。

發明內容

本發明的目的是提供一種工程巖體結構形態評估方法，幫助技術人員利用隨鉆測量參數，快速、準確評估工程巖體結構形態，為隧道支護、開挖和礦山規劃、設計提供決策依據。

本發明解決此技術問題所采用的技術方案是：一種工程巖體結構形態評估方法，包括以下步驟：

步驟一：對工程巖體進行沖擊成孔，實時記錄并存儲鉆孔過程中的隨鉆參數；成孔后，采用高清相機沿鉆孔深度進行全孔成像；

步驟二：對隨鉆參數進行過濾；采用主成分分析方法對隨鉆參數進行降維處理，確定兩個主成分及計算參數；

步驟三：根據孔內成像照片，將孔內巖體狀態分為若干類型；根據計算參數，分別繪制每種類型巖體的主成分密度圖，確定第一主成分；

步驟四：繪制每種類型巖體的第一主成分的概率密度曲線，劃分各種類型巖體的第一主成分區間；

步驟五：根據隨鉆參數，計算第一主成分數值，確定巖體狀態類型。

優選的是，所述步驟一中，沖擊成孔的同時采用水壓沖洗，防止粉塵污染，同時起到冷卻鉆頭的作用；采集的鉆孔參數不少于5個，至少包括鉆進深度、鉆進速率、鉆壓、扭矩和轉速，每鉆進2cm采集一次隨鉆參數，如果有水壓參數，也可以納入其中。

優選的是，所述步驟一中，鉆孔成像之前，要對鉆孔進行清洗，便于鉆孔孔內結構形態的識別；高清相機通過鉆桿推送至孔內，并通過有長度標記的電纜記錄拍攝孔壁對應的孔深。

優選的是，高清相機與鉆桿直徑均小于孔徑2cm及以上，防止鉆桿與相機在鉆孔內卡??；為了與鉆進深度相匹配，電纜最小刻度為1cm。