[发明专利]工程岩体结构形态评估方法

说明书

本发明公开了一种工程岩体结构形态评估方法，对工程岩体进行冲击成孔，实时记录并存储钻孔过程中的随钻参数；成孔后，采用高清相机沿钻孔深度进行全孔成像；对随钻参数进行过滤；采用主成分分析方法对随钻参数进行降维处理，确定两个主成分及计算参数；根据孔内成像照片，将孔内岩体状态分为若干类型；根据计算参数，分别绘制每种类型岩体的主成分密度图，确定第一主成分；绘制每种类型岩体的第一主成分的概率密度曲线，划分各种类型岩体的第一主成分区间；根据随钻参数，计算第一主成分数值，确定岩体状态类型。本发明帮助技术人员利用随钻测量参数，快速、准确评估工程岩体结构形态，为隧道支护、开挖和矿山规划、设计提供决策依据。

技术领域

本发明涉及隧道、矿体开挖领域。更具体地说，本发明涉及一种工程岩体结构形态评估方法。

背景技术

隧道开挖和支护、矿山规划和设计通常基于岩体性质，包括岩体的强度特性和结构特性。为了降低成本，传统取芯钻孔间距大，通常对岩体划分进行插值处理，导致对岩体的表征过于粗放，忽略了对小规模岩体结构特性的认识。这将显著影响作业结果，并可能增加生产成本，降低挖掘和开采效率；如果忽略了条件较差的岩体，最终会降低安全性。此外，可以在取芯孔和生产爆破孔中进行地球物理测井，以提供各种各样的现场地质信息，如裂隙、孔洞、破碎带等。然而，特定的地球物理测井(如FMI测井)成本很高，在水平孔中存在卡、堵等意外情况，不能在大多数现场或常规生产实践中使用。

大量研究表明，岩石特征对钻孔响应有重要影响，通过测量钻探参数以监测钻机性能的技术能够以高分辨率评估岩体变化的特性。随钻测量(MWD)是一种以特定长度间隔记录钻孔数据的技术，能够提供有关钻孔作业参数的信息。这项技术能够在生产过程中以最小干扰提供高分辨率数据，使MWD成为岩体表征的补充工具。

然而，尽管这项技术具有先天优势，而且隧道和矿山项目超前钻孔和爆破钻孔会产生大量钻进数据，然后数据的处理和解释的困难使其在日常施工中作为决策工具的应用变得复杂。因此，急需开发一种新方法能够将这些大量的随钻测量参数利用起来，去伪存真，筛选出能够真实反映岩体特性变化的信息，并利用这些信息快速、低成本地评估岩体结构形态，为隧道支护、开挖和矿山规划、设计提供决策依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种工程岩体结构形态评估方法，帮助技术人员利用随钻测量参数，快速、准确评估工程岩体结构形态，为隧道支护、开挖和矿山规划、设计提供决策依据。

本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：一种工程岩体结构形态评估方法，包括以下步骤：

步骤一：对工程岩体进行冲击成孔，实时记录并存储钻孔过程中的随钻参数；成孔后，采用高清相机沿钻孔深度进行全孔成像；

步骤二：对随钻参数进行过滤；采用主成分分析方法对随钻参数进行降维处理，确定两个主成分及计算参数；

步骤三：根据孔内成像照片，将孔内岩体状态分为若干类型；根据计算参数，分别绘制每种类型岩体的主成分密度图，确定第一主成分；

步骤四：绘制每种类型岩体的第一主成分的概率密度曲线，划分各种类型岩体的第一主成分区间；

步骤五：根据随钻参数，计算第一主成分数值，确定岩体状态类型。

优选的是，所述步骤一中，冲击成孔的同时采用水压冲洗，防止粉尘污染，同时起到冷却钻头的作用；采集的钻孔参数不少于5个，至少包括钻进深度、钻进速率、钻压、扭矩和转速，每钻进2cm采集一次随钻参数，如果有水压参数，也可以纳入其中。

优选的是，所述步骤一中，钻孔成像之前，要对钻孔进行清洗，便于钻孔孔内结构形态的识别；高清相机通过钻杆推送至孔内，并通过有长度标记的电缆记录拍摄孔壁对应的孔深。

优选的是，高清相机与钻杆直径均小于孔径2cm及以上，防止钻杆与相机在钻孔内卡住；为了与钻进深度相匹配，电缆最小刻度为1cm。