CN103148833B - 岩层产状参数获取和计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种岩层产状参数获取和计算方法，其中，包括：获取得到巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角；获取巷帮揭露岩层的初始位置；根据所述初始位置、巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角，通过画法计算得到岩层走向、倾向和倾斜角。采用上述岩层产状参数获取和计算方法，可以根据实际生产中很容易测量确定的巷道一帮岩层伪倾角、迎头剖面岩层伪倾角和巷帮揭露岩层的初始位置，通过画法计算得到岩层的产状，从而避免了在复杂环境中使用地质罗盘，使井巷工程、隧道工程中地质资料收集整理更加安全、高效，节约了测量所需的人力成本和时间成本，具有积极的实际推广意义。

Description

岩层产状参数获取和计算方法

技术领域

本发明涉及井巷工程、隧道工程施工中地质资料的收集整理及分析应用领域，尤其涉及一种岩层产状参数获取和计算的方法。

背景技术

在井巷工程、隧道工程等施工过程中，巷道在岩石中施工，而岩石大部分都是一层一层的，是层状分布，断层是造成岩层断开的一个面，使岩层层面不再连续，岩层或断层产状参数，实质就是指岩层层面或断层层面的空间展布方向，对岩层或断层空间展布方向的分析，可以对巷道前方是否存在施工安全威胁作出预测预报。断层(或岩层)的产状参数，主要包括断层(或岩层)的走向、倾向以及倾角。其中，岩层走向是指岩层层面与水平面交线的延伸方向。岩层倾向是岩层层面上垂直于走向线的倾斜线在水平面上的投影所指方向。倾角是岩层层面上垂直于走向线的倾斜线与水平面的夹角。

现有技术中，井巷工程、隧道工程地质资料的收集是通过地质罗盘直接在岩层面上测量获得上述岩层产状参数。具体方法如下：首先，将地质罗盘的水平气泡的指针调到0°，然后将罗盘的长边贴在岩层的一个完整且光滑的层面上，慢慢移动罗盘，使水平气泡居中，并沿最长边划一条线，这就是断层的走向线，根据该走向线就可知道岩层的走向。其次、然后将罗盘的短边对齐所画的直线，并使水平气泡居中，制动并读取指针的读数，这是倾向。最后、将罗盘的长边垂直于走向线，转动地质罗盘后面，使地质罗盘中的水平气泡居中，指针所指的角度为倾角。

在井巷工程、隧道工程地质资料收集过程中，由于作业环境的影响，一是很难找到适宜调查的层面，二是施工机械和金属支护材料的应用严重影响了罗盘的精度，使井巷工程和隧道工程地质调查的难度越来越大。

发明内容

本发明提供一种岩层产状参数获取和计算方法，用于优化现有岩层产状参数的获取方法。

本发明提供了一种岩层产状参数获取和计算方法，其中，包括：

获取得到巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角；

获取巷帮揭露岩层的初始位置；

根据所述初始位置、巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角，采用画法几何计算得到岩层走向、倾向和倾斜角。

如上所述的岩层产状参数获取和计算方法，优选的是，所述获取得到巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角，包括：

采用激光定向或经纬仪定向，确定巷道一帮剖面的方向；

采用激光定向或经纬仪定向，确定迎头剖面的方向；

测量得到所述巷道一帮岩层伪倾角；

测量得到所述迎头剖面岩层伪倾角。

如上所述的岩层产状参数获取和计算方法，优选的是，所述根据所述初始位置、巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角，采用画法几何计算得到岩层走向、倾向和倾斜角，包括：

将所述巷帮揭露岩层的初始位置作为原点O；

根据所述巷道一帮的方向，在平面上从所述原点出发，画出所述巷道一帮剖面的方向线OC；

根据所述迎头剖面的方向，在所述平面上从所述原点出发，画出所述迎头剖面的方向线OB；

以所述原点O为顶点，以所述巷道一帮的方向线为一条边，画出所述巷道一帮岩层伪倾角；

以所述原点O为顶点，以所述迎头剖面的方向线为一条边，画出所述迎头剖面岩层伪倾角；

同时将所述巷道一帮的方向线和所述迎头剖面的方向线偏移相同的单位，得到交点B′、C′；

从B′向所述迎头剖面的方向线OB作垂线，得到垂足B；

从C′向所述巷道一帮剖面的方向线OC作垂线，得到垂足C；

连接垂足B和垂足C，得到线段BC，线段BC的延长线即所述岩层的走向；

从所述原点O向所述线段BC作垂线，得到垂足P；

连接线段OP，所述线段OP的延长线即所述岩层的倾向；

在所述巷道一帮剖面的方向线OC上截取OD＝OP；

从D点向平行于方向线OC且经过垂足C′的直线作垂线，以得到垂足P′，∠DOP′即所述岩层的倾斜角。

采用上述岩层产状参数获取和计算方法，可以根据实际生产中很容易测量确定的巷道一帮岩层伪倾角、迎头剖面岩层伪倾角和巷帮揭露岩层的初始位置，通过画图计算得到岩层的产状，从而避免了在复杂环境下使用地质罗盘造成的误差，使井巷工程、隧道工程中地质资料收集整理更加安全、高效，节约了测量所需的人力成本和时间成本，具有积极的实际推广意义。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的岩层产状参数获取和计算方法示意图；

图2为本发明实施例二提供的岩层产状参数应用实例示意图；

图3-图6为使用图1所示方法的画法计算过程示意图；

图7为图2所示方法的原理示意图。

具体实施方式

图1为本发明实施例一提供的岩层产状参数获取和计算方法示意图。

本发明实施例一提供一种岩层产状参数获取和计算方法，利用上述方法可以获取岩层产状参数，也可以获取断层产状参数，原理相同。其中方法包括以下步骤：

步骤11、获取得到巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角。

断层和岩层的产状参数分析方法是相同的，本申请中，以获取岩层产状参数为例进行描述，但同样适用于断层产状参数的获取。巷道一帮岩层伪倾角是指岩层层面与巷道一帮剖面的交线与水平面的夹角。迎头剖面岩层伪倾角是指岩层层面与迎头剖面的交线与水平面的夹角。

岩层产状参数是指岩层的走向、倾向和倾斜角，其中，岩层走向是指岩层层面与水平面交线的延伸方向，岩层倾向是指岩层层面上垂直于走向线的倾向线在水平面的投影所指方向，倾斜角是指岩层层面上垂直于走向线的倾斜线与水平面的夹角。

在步骤11中，巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角是通过现场测量得到的。具体而言，巷道一帮剖面的方向与巷道掘进方向(可参见图3)一致，采用激光定向或经纬仪定向获取巷道一帮剖面的方向后，通过角度测量设备，可以测量得到巷道一帮岩层伪倾角。同样的道理，迎头剖面方向与巷道掘进方向垂直，也是采用激光定向或经纬仪定向获取；通过角度测量设备测量得到迎头剖面岩层伪倾角。在测量的过程中，需注意巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角的倾斜方向。

巷帮揭露岩层的初始位置可以用皮尺或测距仪直接测出。巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角，可以采用测角仪或角度尺瞄准岩层在巷道一帮、迎头剖面上的迹线测出。

步骤12、获取巷帮揭露岩层的初始位置。

所谓巷帮揭露岩层的初始位置，是指在实际作业中，巷道最先接触到的岩层层面上的一点。

步骤13、根据所述初始位置、巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角，采用画法几何计算得到岩层走向、倾向和倾斜角。具体是在地质图上通过画法几何法画出岩层走向、倾向和倾斜角，并在地质图上根据地质图例直接画上岩层产状标注，或在图上直接量取岩层走向、倾向和倾斜角。

后文将给出一种具体的画法几何计算方法，当然，不限于此，实际应用中，也可以采用别的画图计算方法。

在得到岩层走向、倾向和倾斜角后，在地质图上加以标注，用于地质资料的分析和地质灾害的预测预报。

采用上述岩层产状参数获取和计算方法，可以根据实际生产中很容易测量确定的巷道一帮岩层伪倾角、迎头剖面岩层伪倾角和巷帮揭露岩层的初始位置，通过画图计算得到岩层的产状，从而避免了使用地质罗盘造成的测量误差，使井巷工程、隧道工程中地质资料收集整理更加安全、高效，节约了测量所需的人力成本和时间成本，具有积极的实际推广意义。

图2为本发明实施例二提供的岩层产状参数获取和计算方法示意图，图3-图6为使用图2所示方法的画图计算过程示意图，图7为图2所示方法的原理示意图。图3-图7中，“左”为巷道掘进方向。

本发明实施例二在实施例一的技术方案基础之上，优选的是，步骤13具体包括：

步骤301、将所述巷帮揭露岩层的初始位置作为原点O，参见图3和图7。

步骤302、根据所述巷道一帮的方向，在平面上从所述原点出发，画出所述巷道一帮剖面的方向线OC，参见图3和图7。

步骤303、根据所述迎头剖面的方向，在所述平面上从所述原点出发，画出所述迎头剖面的方向线OB，参见图3和图7。

上述步骤304和步骤305不限定先后执行顺序。

步骤304、以所述原点O为顶点，以所述巷道一帮的方向线为一条边，画出所述巷道一帮岩层伪倾角α2，参见图4和图7。

由于巷道一帮岩层伪倾角的大小在之前已经测量得到，此处，确定顶点和一条边之后，根据巷道一帮岩层伪倾角的大小即可画出巷道一帮岩层伪倾角的另一条边，在画的过程中，需要注意巷道一帮岩层伪倾角的方向，在本实施例中，是以后倾示意。

步骤305、以所述原点O为顶点，以所述迎头剖面的方向线为一条边，画出所述迎头剖面岩层伪倾角α1，参见图4和图7。

由于迎头剖面岩层伪倾角的大小在之前已经测量得到，此处，确定顶点和一条边之后，根据迎头剖面岩层伪倾角的大小即可画出迎头剖面岩层伪倾角的另一条边，在画的过程中，需要注意迎头剖面岩层伪倾角的方向，在本实施例中，是以左倾示意。

上述步骤304和步骤305不限定先后执行顺序。

步骤306：同时将所述巷道一帮的方向线OB和所述迎头剖面的方向线OC向岩层倾斜方向垂直偏移相同的单位，得到交点B′、C′，参见图5。

此处，并不限定偏移量的大小，实际应用中，可以定义1m为一个单位。

步骤307、从B′向所述迎头剖面的方向线OB作垂线，得到垂足B，参见图5和图7。

步骤308、从C′向所述巷道一帮剖面的方向线OC作垂线，得到垂足C，参见图5和图7。

上述步骤307和步骤308不限定先后执行顺序。

步骤309、连接垂足B和垂足C，得到线段BC，线段BC的延长线即所述岩层的走向，参见图6和图7。

步骤310、从所述原点O向所述线段BC作垂线，得到垂足P，参见图6和图7。

步骤311、连接线段OP，所述线段OP的延长线即所述岩层的倾向。

步骤312、在所述巷道一帮剖面的方向线OC上截取OD＝OP，参见图6。

步骤313、从D点向平行于方向线OC且经过垂足C′的直线作垂线，可得到垂足P′，∠DOP′即所述岩层的倾斜角，参见图6。

上述步骤301-313给出了一种通过巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角，计算得到岩层产状参数的具体方式，但不限于此。

下面结合图6和图7，详细说明，根据上述步骤301-313就能得到岩层产状参数的理论推导：

步骤301至305：O点为巷道一帮在地质图上揭露岩层的实见点，OC是巷道一帮剖面在水平面上的投影，以OC为轴，将巷道一帮剖面旋转90°，旋转后巷道一帮剖面与图纸所在平面重合，在平面所画倾角α2即为巷道一帮剖面的伪倾角，同理，巷道迎头剖面OB旋转到平面上，α1即为巷道迎头剖面的伪倾角，具体见图4。

步骤306：将OC、OB同时向剖面方向垂直平移一个单位，分别在巷道一帮剖面和巷道迎头剖面求出与岩层面的交点C`、B`，C`、B`在同一水平剖面上，水平剖面上C`、B`的连线即为岩层的走向线，具体参见图7。

步骤307至309：将C`、B`垂直投影到OC、OB所在平面上，所对应的C点、B点连线，平行于剖面上C`、B`的连线，均为岩层的走向线；

步骤310至313：以岩层面上的O点做垂直于走向线C`B`的垂线，交C`B`于M点，则OM为岩层面的倾斜线，OM在水平面上的投影OP的延长线即为岩层的倾向，以O点的竖直线为轴，将垂直于走向线的垂直剖面旋转到巷道一帮的剖面上，让P点与巷道一帮剖面上的D点重合，再将巷道一帮剖面旋转到平面上，即可求得岩层的倾斜角α。在画法几何计算中，所有面的转换都可省略，只求画法的结果，具体参见图6和图7。

上述技术方案提供的岩层产状参数获取和计算方法，与传统方法在施工现场测量得出的岩层产状的方法相比，具有以下有益效果：

(1)测量巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角时，可以不直接接触岩层层面，离开岩层层面一定距离，保证了地质工作者在复杂地质条件下进行地质调查时的人身安全；

(2)大大提高了岩层产状调查的精度，由于传统的调查方法是在岩层面上使用罗盘挂线进行的，在井巷施工条件下，一是很难找到适宜调查的层面，二是巷道支护材料、施工机械等对罗盘的影响很大，严重影响了地质资料调查的精度。而本发明中，利用已知的巷道一帮剖面方位和迎头剖面方位，直接测量巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角，方法简单，易于操作，调查的精度远远大于传统的地质调查方法，能够大幅提高地质资料应用精度和地质灾害预测预报准确性；

(3)由于计算机的普及和应用，用CAD作图软件结合画法几何的作图分析，能大大提高地质人员对岩层(断层)的空间感悟能力和地质灾害预测预报能力，在穿层钻孔设计、工程施工、地质资料分析整理及其他需要斜切地质剖面时，都有很高的实用性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种岩层产状参数获取和计算方法，其特征在于，包括：

获取得到巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角；

获取巷帮揭露岩层的初始位置；

根据所述初始位置、巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角，采用画法几何计算得到岩层走向、倾向和倾斜角；

所述根据所述初始位置、巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角，采用画法几何计算得到岩层走向、倾向和倾斜角，包括：

将所述巷帮揭露岩层的初始位置作为原点O；

根据所述巷道一帮的方向，在平面上从所述原点出发，画出所述巷道一帮剖面的方向线OC；

根据所述迎头剖面的方向，在所述平面上从所述原点出发，画出所述迎头剖面的方向线OB；

以所述原点O为顶点，以所述巷道一帮的方向线为一条边，画出所述巷道一帮岩层伪倾角；

以所述原点O为顶点，以所述迎头剖面的方向线为一条边，画出所述迎头剖面岩层伪倾角；

同时将所述巷道一帮的方向线和所述迎头剖面的方向线偏移相同的单位，得到交点B′、C′；

从B′向所述迎头剖面的方向线OB作垂线，得到垂足B；

从C′向所述巷道一帮的方向线OC作垂线，得到垂足C；

连接垂足B和垂足C，得到线段BC，线段BC的延长线即所述岩层的走向；

从所述原点O向所述线段BC作垂线，得到垂足P；

连接线段OP，所述线段OP的延长线即所述岩层的倾向；

在所述巷道一帮的方向线OC上截取OD＝OP；

从D点向平行于方向线OC且经过垂足C′的直线作垂线，以得到垂足P′，∠DOP′即所述岩层的倾斜角。

2.根据权利要求1所述的岩层产状参数获取和计算方法，其特征在于，所述获取得到巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角，包括：

采用激光定向或经纬仪定向，确定巷道一帮剖面的方向；

采用激光定向或经纬仪定向，确定迎头剖面的方向；

测量得到所述巷道一帮岩层伪倾角；

测量得到所述迎头剖面岩层伪倾角。