[发明专利]基于岩石组分与组构的TBM搭载式岩石抗压强度快速预测系统及方法

权利要求书

1.基于岩石组分与组构的TBM搭载式岩石抗压强度快速预测系统，搭载于敞开式TBM的左撑靴侧面，其特征在于，包括防护装置、液压装置、伺服电机、探测装置、控制系统和数据综合分析平台，其中：

所述防护装置包括基座、侧壁和顶棚，基座上竖直设置一个侧壁，侧壁顶端设置有顶棚；所述液压装置安装在防护装置的侧壁上，包括液压臂、液压泵和液压阀，用于控制探测装置在水平方向上的移动；

所述伺服电机安装在液压臂的端部，用来控制预测系统中探测装置的转动，从而可以对同一块目标围岩进行不同部位的探测，从而保证采集数据的科学性和有效性；

所述探测装置，包括多种探测仪器，用来采集目标围岩中的多种影响岩石抗压强度的地质参数，为岩石的抗压强度预测提供基础数据；

所述探测装置由十字架、非金属超声检测仪、元素分析仪和岩石图像采集器组成；所述十字架拥有四个等长的翼部，且在其翼端分别安装有非金属超声检测仪的两个换能器、岩石图像采集器和元素分析仪；所述非金属超声探测仪用来获取声波在岩石中传播的声波波速V_p，包括主机系统、横梁、换能器、弹簧和垫圈式压力传感器，其中主机系统固定安装在十字架的中部，主机系统两侧各有一个横梁，横梁两头对称安装有垫圈式压力传感器、弹簧和换能器；其中垫圈压力传感器、换能器加弹簧的长度之和比元素分析仪、图像采集器各自的长度长；

所述元素分析仪为便携式能量色散X射线衍射分析仪，主要由电源装置、激发源、探测器、前置放大器、主放大器、多道脉冲幅度分析器和微机系统组成；其中激发源采用低功率X射线管，其向目标围岩发射X射线，探测器采用正比探测器，正比探测器探测目标围岩的组分和结构；所述的探测器探测的信号经过前置放大器、主放大器放大后，发送给多道脉冲幅度分析器和光谱分析系统进行分析；

所述控制系统用来控制所述的液压装置、伺服电机以及各探测装置的工作；

所述数据综合分析平台与探测装置中的各探测仪器之间通过线缆相连接，接收以上各仪器采集到的 地质参数，并对各参数进行处理与分析，最终给出岩石抗压强度预测结果；

所述数据综合分析平台为计算机，安装在TBM主控室内，平台内安装有粒度分析系统、矿物成分分析系统和岩石抗压强度预测系统；

所述数据综合分析平台中的粒度分析系统对图像采集器多次采集到的 图像进行粒度分析，并给出粒度分析的平均值。

2.如权利要求1所述的基于岩石组分与组构的TBM搭载式岩石抗压强度快速预测系统，其特征是：所述图像采集器为数码放大镜，具有拍照、摄像和辅助测量功能，用来采集目标围岩的图像，并将其传输到数据综合分析平台中。

3.如权利要求1所述的基于岩石组分与组构的TBM搭载式岩石抗压强度快速预测系统，其特征是：所述粒度分析系统应用深度学习技术对采集到的岩石图像中的岩石粒度进行测量与标定，并采用福克-沃德公式计算出粒度参数，其中，M_z为平均粒径。

4.如权利要求1所述的基于岩石组分与组构的TBM搭载式岩石抗压强度快速预测系统，其特征是：所述矿物成分分析系统利用CIPW标准矿物计算方法将元素分析系统获取到的岩石元素种类及含量转化为岩石矿物种类及含量。

5.如权利要求1所述的基于岩石组分与组构的TBM搭载式岩石抗压强度快速预测系统，其特征是：所述岩石抗压强度预测系统接收来自粒度分析系统、矿物成分分析系统和非金属超声检测仪所输入的信息并对目标围岩进行抗压强度预测工作。

6.基于权利要求1-5中任一项所述探测系统的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

在TBM掘进过程中，TBM的撑靴会紧贴隧道围岩从而承受TBM刀盘系统工作时传来的反作用、反扭矩；此时启动液压泵，并通过液压控制阀控制液压臂，使非金属超声检测仪的换能器与目标围岩相接触，图像采集器和元素分析仪的探头接近目标围岩；

非金属超声检测仪、图像采集器和元素分析仪同时开始工作，分别采集目标围岩的纵波波速、岩石图像和元素信息，并传输至数据综合分析平台中；

启动伺服电机并顺时针旋转90°后停止工作，非金属超声检测仪、图像采集器和元素分析仪再次开始工作，并将各自采集的目标围岩信息再次传输至数据综合分析平台中；

将“启动伺服电机并顺时针转动90°后停止工作，非金属超声检测仪、图像采集器和元素分析仪再次开始工作并将各自采集到的目标围岩信息传输至数据综合分析平台”这步工作重复操作两次；

数据综合分析平台中的粒度分析系统对图像采集器多次采集到的图像进行粒度分析，并给出粒度分析的平均值，同时矿物成分分析系统将元素分析仪多次采集到的元素信息取平均值并转化为矿物种类及含量，随后将以上分析结果传输至岩石抗压强度预测系统；

岩石抗压强度预测系统接收来自粒度分析系统、矿物成分分析系统和非金属超声检测仪所输入的信息并对目标围岩进行抗压强度预测工作。