CN111999781A - 一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法 - Google Patents
一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111999781A CN111999781A CN202010964432.XA CN202010964432A CN111999781A CN 111999781 A CN111999781 A CN 111999781A CN 202010964432 A CN202010964432 A CN 202010964432A CN 111999781 A CN111999781 A CN 111999781A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- surrounding rock
- drill hole
- measuring
- section
- analyzing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 159
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 59
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 43
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 32
- 208000008918 voyeurism Diseases 0.000 claims abstract description 22
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 claims description 13
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 6
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 6
- 238000005286 illumination Methods 0.000 claims description 5
- 230000011514 reflex Effects 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000013102 re-test Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 abstract 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 9
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 4
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000004441 surface measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V11/00—Prospecting or detecting by methods combining techniques covered by two or more of main groups G01V1/00 - G01V9/00
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
本发明公开了一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法,它包括下列步骤:(1)在深井巷道已掘区段测量断面上布置钻孔进行取芯观测、钻孔窥视和声波检测;(2)在深井巷道已掘区段全长范围内布置测线进行近景摄像和雷达探测;(3)依照前两步对深井巷道未掘区段于掘进后进行围岩结构测量分析;(4)基于拓扑构建深井巷道全方位围岩结构可视化三维地质模型;(5)依照前四步定期对已掘深井巷道多次进行围岩结构测量分析。本发明设计合理,方法易行,分区测量,定期复测,通过构建空间立体监测网络,能够快速、准确、有效、全面地获取深井巷道全方位围岩结构的空间分布情况并掌握其动态演化过程,对深井巷道围岩稳定控制及安全性评估具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程以及采矿工程技术领域,具体地涉及一种适用于深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法。
背景技术
受到地壳运动的影响,岩体的完整性和连续性被破坏,形成了许多裂隙、节理和断层、层理等结构面。这些结构面是岩体中具有一定方向、延展较大、厚度较小且力学强度相对较为薄弱的地质界面,结构面的分布、性质和力学特性等与岩体质量的好坏有着密切关系,对于岩体稳定性分析具有重要意义。因此,应当通过一定的技术手段对这些结构面进行测量分析,并总结出其分布规律、发育程度、连续特征等,评价岩体结构面的稳定性,消除岩体变形破坏所带来的危害。基于现有的巷道围岩结构测量技术手段,归结起来主要包括接触式岩体结构测量与非接触式岩体结构面测量两个方面。在接触式岩体结构测量中,常用方法为钻探法,其一般是通过钻孔的方式获取岩芯确定产状或者利用光学设备探入钻孔内来获取岩体结构信息;在非接触式岩体结构测量中,常用方法为三维激光扫描法,其一般是利用三维激光扫描仪通过激光测距原理,瞬时测得空间任意一点的三维坐标值。目前,围岩结构测量多采用单一技术手段,难以准确反映巷道全方位围岩结构的空间分布情况。此外,虽然已有许多相关发明专利公布了联合多种技术手段进行围岩结构测量,但是其反映出的全方位围岩结构的空间分布情况仍是不全面的、不连续的。
大量矿井开采实践表明,与浅部岩体相比,深部岩体处于更加复杂环境场(应力场、渗流场与温度场)之中。随着矿井开采深度的不断增加,地应力、渗透压力和温度不断升高,矿井开采的地质条件和技术条件也日趋复杂,动力灾害发生的矿井数量和危害程度呈现明显上升趋势。此外,在“三高环境”下,由于采动应力的影响,深部岩体必然经历持续的强流变过程,即深部岩体的物理力学行为会表现出明显的时效特性。在深井巷道开采技术中,开展采动影响下的岩体应力场、渗流场与温度场的力学研究,获取岩体采动力学行为、围岩结构发育情况以及渗透特性演化规律,揭示多场耦合条件下的致灾机理是确保深井巷道矿井安全生产的关键所在。因此,全方位围岩结构动态测量分析是必不可少的一环,并且测量结果必须详细准确。目前,多数围岩结构测量工作主要在巷道掘进过程中进行,虽然能够准确获取部分围岩结构的空间分布情况,但是这些测量结果都是静态的,并没有考虑采动影响下深井巷道围岩的持续强流变特性,也难以揭示多场耦合条件下巷道全方位围岩结构的动态演化过程。
综上考虑,有必要提供一种新的技术手段以构建空间立体监测网络,能够快速、准确、有效、全面地获取深井巷道全方位围岩结构的空间分布情况并掌握其动态演化过程,为深井巷道围岩稳定控制及安全性评估提供科学依据。
发明内容
本发明的目的在于针对上述背景技术中的不足之处,提供一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法,设计合理,方法易行,分区测量,定期复测,通过构建空间立体监测网络,能够解决现有技术手段难以快速、准确、有效、全面地获取深井巷道全方位围岩结构的空间分布情况并掌握其动态演化过程的问题。
为了实现上述目的,本发明采用的技术手段是:一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法,其特征在于,沿着深井巷道纵向掘进方向,自后向前对深井巷道进行区段划分,区段长度不超过100m;逐一对区段进行掘进,掘进结束后进行围岩结构测量分析,具体包括下列步骤:
步骤一、区段断面测量分析,过程如下:
步骤101、钻孔取芯:利用地质钻机在测量断面处钻取四个钻孔,并在钻孔过程中同时采取岩芯,分析获取相应的岩芯观测结果资料;
步骤102、单孔测量:逐一对钻孔进行钻孔窥视和声波检测,具体包括下列步骤:
步骤1021、钻孔窥视:通过窥视仪采集被测钻孔内壁的图像信息,分析获取相应的钻孔窥视结果资料;
步骤1022、声波检测:通过检测仪对被测钻孔进行围岩松动圈测试,分析获取相应的声波检测结果资料;
步骤1023、对未测钻孔依据步骤1021至步骤1022进行测量分析,直至完成全部钻孔的钻孔窥视和声波检测;
步骤二、区段全长测量分析,过程如下:
步骤201、近景摄像:通过摄像机对区段全长范围内的表面围岩进行测量,分析获取相应的近景摄像结果资料;
步骤202、雷达探测:通过雷达仪对区段全长范围内的深部围岩进行测量,分析获取相应的雷达探测结果资料;
步骤203、综合分析近景摄像结果资料与雷达探测结果资料,在结果明显变化对应的位置增设测量断面,并重复步骤一,直至完成区段围岩结构测量分析;
步骤三、对未掘区段在掘进后依据步骤一至步骤二进行围岩结构测量分析,直至完成巷道围岩结构测量分析;
步骤四、根据全部围岩结构测试分析结果资料,生成若干含拓扑地质剖面,然后使用图形拓扑关系识别技术分析获取全方位围岩结构的空间分布情况,并在软件平台Vector3D上建立全方位围岩结构可视化三维地质模型;
步骤五、定期对已掘巷道依照步骤一至步骤四多次进行围岩结构测量分析,根据各时段围岩结构地质模型,分析获取全方位围岩结构的动态演化规律。
在步骤101中,所述的测量断面距离区段起始位置不超过10m;所述的四个钻孔分别为一个顶板钻孔、一个左帮钻孔、一个右帮钻孔以及一个底板钻孔;所述的岩芯观测结果资料包括岩芯采取率、岩石质量指标RQD、岩体块度系数RBI以及钻孔深度范围内的结构面几何特征和充填情况。
进一步,所述的四个钻孔的深度不低于2倍测量断面尺寸,直径不低于70mm;所述的顶板的钻孔和底板的钻孔的延伸方向垂直于层理面,两帮的钻孔的延伸方向平行于层理面。
在步骤1021中,所述的窥视仪为电子钻孔窥视仪,其摄像头能够采集钻孔内壁的图像信息,并通过窥视仪电缆传输到窥视仪控制主机上,同时窥视仪电缆穿过与窥视仪控制主机相连接的深度脉冲发生器,将摄像头在钻孔中的深度信息传输到窥视仪控制主机上;所述的钻孔窥视结果资料包括钻孔深度范围内的岩层厚度、离层情况、裂隙数量及其发育状态。
在步骤1021中,所述的钻孔窥视的测量过程为首先将摄像头与测杆的一端相连接并置于钻孔孔口处,打开电子钻孔窥视仪,同时打开摄像头内的发光二极管进行照明,然后从钻孔孔口向钻孔孔底缓慢伸入多节测杆,并同步获取钻孔内壁各位置处的图像信息和深度信息存至窥视仪控制主机中,最后从钻孔孔底向钻孔孔口缓慢撤出多节测杆,完成钻孔窥视;所述的钻孔窥视的分析过程为根据钻孔内壁各位置处的图像信息和深度信息,形成钻孔深度范围内环形结构面剖面线,研究结构面在空间坐标系下的三维特征数学描述,进而获取钻孔窥视结果资料。
进一步,所述的测杆的长度为1m,多节测杆连接的总长度不低于钻孔的深度;所述的测杆的外表面标记一定数量的刻度线,分度值为10-20cm,利用刻度线对深度脉冲发生器获取的摄像头在钻孔中的深度信息进行校核;所述的测杆每次伸入的距离不超过1m;所述的测杆在图像信息中出现离层、裂隙时每次伸入的距离不超过10cm。
在步骤1022中,所述的检测仪为岩土松动圈检测仪,其探头内具有一个发射器和两个接收器,通过发射器发射超声波,经水耦合产生沿着孔壁围岩滑行的纵波,再由两个接收器接收经水耦合的纵波,根据两个接收器接收到超声波的时间差值以及两个接收器之间的距离,即可求得岩体的波速,获取的波速信息通过检测仪电缆传输到检测仪控制主机上;所述的声波检测结果资料包括钻孔深度范围内的岩体波速、测量断面的围岩松动圈厚度。
在步骤1022中,所述的声波检测的测量过程为首先将探头与测杆的一端相连接,并缓慢伸入多节测杆至钻孔孔底处,然后利用胶皮管通过供水系统向钻孔内注满水,并采用堵水气囊在钻孔孔口处封堵,最后打开岩土松动圈检测仪,从钻孔孔底向钻孔孔口缓慢撤出多节测杆,并同步获取钻孔内壁各位置处的波速信息和深度信息,完成声波检测;所述的声波检测的分析过程为根据钻孔内壁各位置处的波速信息和深度信息,绘制孔深-波速曲线图,分析不同钻孔的孔深-波速曲线的趋势和形状,进而获取声波检测结果资料。
进一步,所述的测杆每次撤出的距离不超过1m;所述的测杆在波速信息中出现明显变化时每次伸入的距离不超过10cm。
在步骤201中,所述的摄像机为单镜头反光数码相机,能够对巷道表面围岩进行数码摄影或摄像,采集巷道表面围岩的结构面信息;所述的表面围岩是指巷道区段全长范围内顶板、底板、左右两帮以及掌子面处暴露的岩体;所述的近景摄像结果资料包括巷道表面围岩裂隙的迹长信息和产状信息。
在步骤201中,所述的近景摄像的测量过程为首先用人造光源进行全程照明,然后布置若干结构面控制点,然后利用单镜头反光数码相机配合闪光灯采集围岩表面影像资料;所述的近景摄像的分析过程为根据围岩表面影像资料,提取各结构面控制点的图像像素坐标值,最后结合摄像机的内方位元素和外方位元素,将图像像素坐标值转换到世界坐标系中,通过分析各结构面控制点的世界坐标值以获取近景摄像结果资料。
在步骤202中,所述的雷达仪为地质雷达探测仪,其具有一个发射天线和一个接收天线,通过发射天线向岩层中发射电磁波,遇到具有电性差异的介质形成的反射界面而发生反射,再由接收天线接收反射波,可以得到电磁波的传播时间、波形特征,获取的波形信息通过无线传输到雷达仪控制主机上;所述的深部围岩是指巷道区段全长范围内顶板、底板、左右两帮以及掌子面处未暴露的岩体;所述的雷达探测结果资料包括巷道深部围岩破裂范围、空洞情况、含水状态。
进一步,所述的地质雷达探测仪的最大探测深度不低于钻孔的深度。
在步骤202中,所述的雷达探测的测量过程为首先在区段全长范围内顶板、底板、左右两帮以及掌子面处各布置一条测线,然后利用地质雷达探测仪沿着测线缓慢移动,同步获取该测线的电磁波波形图像;所述的雷达探测的分析过程为根据电磁波波形图像,经过进一步数据处理,构建地质-地球物理解释模型,依据剖面解释以获得雷达探测结果资料。
进一步,所述的顶板、底板以及左右两帮的测线的延伸方向平行于层理面,掌子面的测线的延伸方向垂直于层理面;所述的地质雷达探测仪移动过程,其发射天线与接收天线之间的间距保持固定。
由于采用了以上技术手段,本发明一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法的积极效果和优点在于设计合理,方法易行,分区测量,定期复测。具体表现为:(1)该方法综合利用多种技术手段进行深井巷道围岩结构测量,能够对围岩结构分布情况进行相互验证和对比分析。(2)该方法利用多种技术手段能够构建空间立体监测网络,实现深井巷道大范围、长距离、全方位、立体化的无缝综合围岩结构测量。(3)该方法基于图形拓扑关系识别技术,形成深井巷道空间立体围岩结构可视化三维地质模型,能够直观对巷道岩体稳定性进行准确评价。(4)该方法定期对深井巷道围岩结构进行多次测量分析,能够揭示应力-渗流-温度多场耦合条件下围岩结构动态演化特征。(5)该方法不仅可以用于已掘进深井巷道围岩结构的测试分析,还可用于临近未掘巷道围岩结构的超前预测。
附图说明
图1为本发明一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法的流程框图。
图2为本发明一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法的区段划分示意图。
图3为本发明一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法的测量断面示意图。
图4为本发明一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法的钻孔窥视示意图。
图5为本发明一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法的声波检测示意图。
附图标记说明:1-深井巷道;2-表面围岩;3-深部围岩;4-测量断面;5-钻孔;6-电子钻孔窥视仪;61-摄像头;62-窥视仪电缆;63-深度脉冲发生器;64-窥视仪控制主机;7-测杆;8-岩土松动圈检测仪,81-接收器;82-发射器;83-水;84-封堵气囊;85-胶皮管;86-供水系统;87-检测仪电缆;88-检测仪控制主机;9-单镜头反光数码相机;10-地质雷达探测仪;101-接收天线;102发射天线;103-雷达仪控制主机。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图1至附图5对本发明一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法做进一步详细说明。
如附图2所示,沿着全长为1000m的深井巷道1纵向掘进方向,自后向前对深井巷道1进行区段划分,每一区段长度均为100m,共划分为10个区段。每一区段断面均为矩形,其尺寸均为2m×2m(宽度×高度)。逐一对区段进行掘进,掘进结束后进行围岩结构测量分析,具体包括如下五个主要步骤。
步骤一、区段断面测量分析,过程如下:
步骤101、钻孔取芯:如附图3所示,利用地质钻机在测量断面的顶板、底板以及左右两帮各钻一个钻孔5,钻孔5直径为70mm,深度为10m,顶板和底板的钻孔5的延伸方向垂直于层理面,左右两帮的钻孔5的延伸方向平行于层理面。与此同时在取出孔内岩芯,直接对岩芯观察测算,得到岩芯采取率、岩石质量指标RQD、岩体块度系数RBI以及钻孔5深度范围内的结构面几何特征和充填情况;
步骤102、单孔测试:对上述四个钻孔5按照先顶再帮后底的顺序逐一进行钻孔窥视和声波检测,包括下列步骤:
步骤1021、钻孔窥视:如附图4所示,首先用电子钻孔窥视仪6的窥视仪电缆62将窥视仪控制主机64、深度脉冲发生器63和摄像头61连接,同时将摄像头61与长度为1m、分度值为10cm的测杆7的一端相连接,并置于钻孔5的孔口处,打开电子钻孔窥视仪6以及摄像头61内的发光二极管,此时窥视仪控制主机64上显示钻孔5孔口处的图像信息以及深度信息。然后,从钻孔5孔口处向孔底处缓慢伸入多节测杆7,测杆7每次伸入的距离为1m,并同步获取钻孔5内壁各位置处的图像信息和深度信息,当图像信息中出现离层、裂隙时,测杆7每次伸入的距离缩小为10cm。当到达孔底处,再从孔底处向孔口处缓慢撤出多节测杆7,完成钻孔窥视。根据钻孔5内壁各位置处的图像信息和深度信息,形成钻孔5深度范围内环形结构面剖面线,研究结构面在空间坐标系下的三维特征数学描述,进而获取钻孔5深度范围内的岩层厚度、离层情况、裂隙数量及其发育状态;
步骤1022、声波检测:如附图5所示,首先用岩土松动圈检测仪8的检测仪电缆87将接收器81、发射器82和检测仪控制主机88连接,同时将探头与测杆7的一端连接,缓慢伸入多节测杆7至钻孔5的孔底处,利用胶皮管85通过供述系统86向钻孔5内注满水83,并用封堵气囊84在孔口处封堵,打开岩土松动圈检测仪8,此时检测仪控制主机88上显示钻孔5孔底处的波速信息以及深度信息。然后,从孔底处向孔口处缓慢撤出多节测杆7,测杆7每次撤出的距离为1m,并同步获取钻孔5内各位置处的波速信息和深度信息,当波速信息中出现明显变化时,测杆7每次撤出的距离缩小为10cm,当测杆撤出孔口处时完成声波检测。根据钻孔5内壁各位置处的波速信息和深度信息,绘制孔深-波速曲线图,通过分析不同钻孔5的孔深-波速曲线的趋势和形状,获取钻孔5深度范围内的岩体波速、测量断面4的围岩松动圈厚度;
步骤1023、多次重复步骤1021至步骤1022,直至完成测量断面4上四个钻孔5的钻孔窥视和声波检测。
步骤二、区段全长测量分析,过程如下:
步骤201、近景摄像:如附图2所示,首先利用人造光源进行全程照明,在区段全长范围内表面围岩2布置若干结构面控制点。然后,利用单镜头反光数码相机9并打开闪光灯采集表面围岩2的影像资料。根据围岩表面影像资料,提取各结构面控制点的图像像素坐标值。最后,结合单镜头反光数码相机9的内方位元素和外方位元素,将图像像素坐标值转换到世界坐标系中,通过分析各结构面控制点的世界坐标值以获取区段表面围岩2裂隙的迹长信息和产状信息;
步骤202、雷达探测:如附图2所示,首先在区段全长范围内的表面围岩2布置5条测线,分别位于顶板、底板、左右两帮、掌子面。然后,利用地质雷达探测仪10沿着测线缓慢移动,同步获取深部围岩3各位置处的电磁波波形图像,并以无线传输的方式显示到雷达仪控制主机103上。根据电磁波波形图像,经过进一步数据处理,构建地质-地球物理解释模型,依据剖面解释,确定巷道深部围岩3的破裂范围、空洞情况、含水状态;
步骤203、根据近景摄像结果资料中的表面围岩2的裂隙发育情况以及雷达探测结果资料中的深部围岩3的空洞赋存情况,在结果明显变化处相对应的位置增加测量断面4,并重复步骤一,直至完成区段围岩结构测量分析。
步骤三、对后续未掘区段在掘进后依据步骤一至步骤二进行围岩结构测量分析,直至完成巷道围岩结构测量分析。
步骤四、汇总步骤一至步骤三获取的表面围岩2以及深部围岩3结构分布测量结果资料,生成若干含拓扑地质剖面,基于图形拓扑关系识别技术,分析全方位围岩结构的空间分布情况,并在软件平台Vector3D上建立深井巷道1的全方位围岩结构可视化三维地质模型。
步骤五、定期对已掘深井巷道1依照步骤一至步骤四进行多次围岩结构测量分析,根据各时段围岩结构可视化三维地质模型,分析获取深井巷道全方位围岩结构的动态演化规律。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改以及等效变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法,其特征在于,沿着深井巷道纵向掘进方向,自后向前对深井巷道进行区段划分,区段长度不超过100m;逐一对区段进行掘进,掘进结束后进行围岩结构测量分析,具体包括下列步骤:
步骤一、区段断面测量分析,过程如下:
步骤101、钻孔取芯:利用地质钻机在测量断面处钻取四个钻孔,并在钻孔过程中同时采取岩芯,分析获取相应的岩芯观测结果资料;
步骤102、单孔测量:逐一对钻孔进行钻孔窥视和声波检测,具体包括下列步骤:
步骤1021、钻孔窥视:通过窥视仪采集被测钻孔内壁的图像信息,分析获取相应的钻孔窥视结果资料;
步骤1022、声波检测:通过检测仪对被测钻孔进行围岩松动圈测试,分析获取相应的声波检测结果资料;
步骤1023、对未测钻孔依据步骤1021至步骤1022进行测量分析,直至完成全部钻孔的钻孔窥视和声波检测;
步骤二、区段全长测量分析,过程如下:
步骤201、近景摄像:通过摄像机对区段全长范围内的表面围岩进行测量,分析获取相应的近景摄像结果资料;
步骤202、雷达探测:通过雷达仪对区段全长范围内的深部围岩进行测量,分析获取相应的雷达探测结果资料;
步骤203、综合分析近景摄像结果资料与雷达探测结果资料,在结果明显变化对应的位置增设测量断面,并重复步骤一,直至完成区段围岩结构测量分析;
步骤三、对未掘区段在掘进后依据步骤一至步骤二进行围岩结构测量分析,直至完成巷道围岩结构测量分析;
步骤四、根据全部围岩结构测试分析结果资料,生成若干含拓扑地质剖面,然后使用图形拓扑关系识别技术分析获取全方位围岩结构的空间分布情况,并在软件平台Vector3D上建立全方位围岩结构可视化三维地质模型;
步骤五、定期对已掘巷道依照步骤一至步骤四多次进行围岩结构测量分析,根据各时段围岩结构地质模型,分析获取全方位围岩结构的动态演化规律。
2.如权利要求1所述的一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法,其特征在于,在步骤101中,所述的测量断面距离区段起始位置不超过10m;所述的四个钻孔分别为一个顶板钻孔、一个左帮钻孔、一个右帮钻孔以及一个底板钻孔,其中顶板钻孔和底板钻孔的延伸方向垂直于层理面,左帮钻孔和右帮钻孔的延伸方向平行于层理面,并且每一钻孔深度不低于2倍测量断面尺寸,直径不低于70mm;所述的岩芯观测结果资料包括岩芯采取率、岩石质量指标RQD、岩体块度系数RBI以及钻孔深度范围内的结构面几何特征和充填情况。
3.如权利要求1所述的一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法,其特征在于,在步骤1021中,所述的窥视仪为电子钻孔窥视仪,其摄像头能够采集钻孔内壁的图像信息,并通过窥视仪电缆传输到窥视仪控制主机上,同时窥视仪电缆穿过与窥视仪控制主机相连接的深度脉冲发生器,将摄像头在钻孔中的深度信息传输到窥视仪控制主机上;所述的钻孔窥视结果资料包括钻孔深度范围内的岩层厚度、离层情况、裂隙数量及其发育状态;所述的钻孔窥视的具体过程为首先将摄像头与测杆的一端相连接并置于钻孔孔口处,打开电子钻孔窥视仪,同时打开摄像头内的发光二极管进行照明,然后从钻孔孔口向钻孔孔底缓慢伸入多节测杆,并同步获取钻孔内壁各位置处的图像信息和深度信息存至窥视仪控制主机中,最后从钻孔孔底向钻孔孔口缓慢撤出多节测杆,完成钻孔窥视;所述的钻孔窥视的分析过程为根据钻孔内壁各位置处的图像信息和深度信息,形成钻孔深度范围内环形结构面剖面线,研究结构面在空间坐标系下的三维特征数学描述,进而获取钻孔窥视结果资料。
4.如权利要求3所述的一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法,其特征在于,所述的测杆的长度为1m,多节测杆连接的总长度不低于钻孔的深度;所述的测杆的外表面标记一定数量的刻度线,分度值为10-20cm,利用刻度线对深度脉冲发生器获取的摄像头在钻孔中的深度信息进行校核;所述的测杆每次伸入的距离不超过1m;所述的测杆在图像信息中出现离层、裂隙时每次伸入的距离不超过10cm。
5.如权利要求1所述的一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法,其特征在于,在步骤1022中,所述的检测仪为岩土松动圈检测仪,其探头内具有一个发射器和两个接收器,通过发射器发射超声波,经水耦合产生沿着孔壁围岩滑行的纵波,再由两个接收器接收经水耦合的纵波,根据两个接收器接收到超声波的时间差值以及两个接收器之间的距离,即可求得岩体的波速,获取的波速信息通过检测仪电缆传输到检测仪控制主机上;所述的声波检测结果资料包括钻孔深度范围内的岩体波速、测量断面的围岩松动圈厚度;所述的声波检测的测量过程为首先将探头与测杆的一端相连接,并缓慢伸入多节测杆至钻孔孔底处,然后利用胶皮管通过供水系统向钻孔内注满水,并采用堵水气囊在钻孔孔口处封堵,最后打开岩土松动圈检测仪,从钻孔孔底向钻孔孔口缓慢撤出多节测杆,并同步获取钻孔内壁各位置处的波速信息和深度信息,完成声波检测;所述的声波检测的分析过程为根据钻孔内壁各位置处的波速信息和深度信息,绘制孔深-波速曲线图,分析不同钻孔的孔深-波速曲线的趋势和形状,进而获取声波检测结果资料。
6.如权利要求5所述的一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法,其特征在于,所述的测杆每次撤出的距离不超过1m;所述的测杆在波速信息中出现明显变化时每次撤出的距离不超过10cm。
7.如权利要求1所述的一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法,其特征在于,在步骤201中,所述的摄像机为单镜头反光数码相机,能够对巷道表面围岩进行数码摄影或摄像,采集巷道表面围岩的结构面信息;所述的表面围岩是指巷道区段全长范围内顶板、底板、左右两帮以及掌子面处暴露的岩体;所述的近景摄像结果资料包括巷道表面围岩裂隙的迹长信息和产状信息;所述的近景摄像的测量过程为首先用人造光源进行全程照明,然后布置若干结构面控制点,然后利用单镜头反光数码相机配合闪光灯采集围岩表面影像资料;所述的近景摄像的分析过程为根据围岩表面影像资料,提取各结构面控制点的图像像素坐标值,最后结合摄像机的内方位元素和外方位元素,将图像像素坐标值转换到世界坐标系中,通过分析各结构面控制点的世界坐标值以获取近景摄像结果资料。
8.如权利要求1所述的一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法,其特征在于,在步骤202中,所述的雷达仪为地质雷达探测仪,其具有一个发射天线和一个接收天线,通过发射天线向岩层中发射电磁波,遇到具有电性差异的介质形成的反射界面而发生反射,再由接收天线接收反射波,可以得到电磁波的传播时间、波形特征,获取的波形信息通过无线传输到雷达仪控制主机上;所述的深部围岩是指巷道区段全长范围内顶板、底板、左右两帮以及掌子面处未暴露的岩体;所述的雷达探测结果资料包括巷道深部围岩破裂范围、空洞情况、含水状态;所述的雷达探测的测量过程为首先在区段全长范围内顶板、底板、左右两帮以及掌子面处各布置一条测线,然后利用地质雷达探测仪沿着测线缓慢移动,同步获取该测线的电磁波波形图像;所述的雷达探测的分析过程为根据电磁波波形图像,经过进一步数据处理,构建地质-地球物理解释模型,依据剖面解释以获得雷达探测结果资料。
9.如权利要求8所述的一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法,其特征在于,所述的地质雷达探测仪的最大探测深度不低于钻孔的深度;所述的顶板、底板以及左右两帮的测线的延伸方向平行于层理面,掌子面的测线的延伸方向垂直于层理面;所述的地质雷达探测仪移动过程,其发射天线与接收天线之间的间距保持固定。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010964432.XA CN111999781A (zh) | 2020-09-14 | 2020-09-14 | 一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010964432.XA CN111999781A (zh) | 2020-09-14 | 2020-09-14 | 一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111999781A true CN111999781A (zh) | 2020-11-27 |
Family
ID=73469937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010964432.XA Pending CN111999781A (zh) | 2020-09-14 | 2020-09-14 | 一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111999781A (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112731384A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 南阳理工学院 | 钻孔地质探测系统及覆岩综合破断角、垮落形态实测方法 |
CN113433123A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-09-24 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种钻孔内地质参数测试方法及智能化装置 |
CN113532371A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-10-22 | 东北大学 | 一种巷道围岩绝对变形量动态监测方法 |
CN113959470A (zh) * | 2021-09-08 | 2022-01-21 | 中煤科工生态环境科技有限公司 | 煤矿采空区覆岩移动分布式光纤测量导头及监测方法 |
CN113433123B (zh) * | 2021-05-24 | 2024-06-04 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种钻孔内地质参数测试方法及智能化装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001241289A (ja) * | 2000-02-29 | 2001-09-04 | Shimizu Corp | トンネル安定性の試験方法および試験設備 |
CN103389521A (zh) * | 2013-07-26 | 2013-11-13 | 山东大学 | 深部巷道围岩分区破裂现场探测系统和探测方法 |
CN104454010A (zh) * | 2014-12-10 | 2015-03-25 | 西安科技大学 | 一种深井巷道掘进施工动态综合监测预警系统与预警方法 |
CN104597130A (zh) * | 2015-02-04 | 2015-05-06 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 煤矿深部巷道区域围岩结构演化过程探测分析方法 |
CN104914484A (zh) * | 2015-05-31 | 2015-09-16 | 西安科技大学 | 巷道围岩稳定性联合测试装置及测试方法 |
-
2020
- 2020-09-14 CN CN202010964432.XA patent/CN111999781A/zh active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001241289A (ja) * | 2000-02-29 | 2001-09-04 | Shimizu Corp | トンネル安定性の試験方法および試験設備 |
CN103389521A (zh) * | 2013-07-26 | 2013-11-13 | 山东大学 | 深部巷道围岩分区破裂现场探测系统和探测方法 |
CN104454010A (zh) * | 2014-12-10 | 2015-03-25 | 西安科技大学 | 一种深井巷道掘进施工动态综合监测预警系统与预警方法 |
CN104597130A (zh) * | 2015-02-04 | 2015-05-06 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 煤矿深部巷道区域围岩结构演化过程探测分析方法 |
CN104914484A (zh) * | 2015-05-31 | 2015-09-16 | 西安科技大学 | 巷道围岩稳定性联合测试装置及测试方法 |
CN107765339A (zh) * | 2015-05-31 | 2018-03-06 | 西安科技大学 | 巷道围岩稳定性联合测试方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
李术才 等: "深部巷道围岩分区破裂化现象现场监测研究", 《岩石力学与工程学报》 * |
赵晓东 等: "GIS的矿山巷道三维空间构模算法研究", 《测绘科学》 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112731384A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 南阳理工学院 | 钻孔地质探测系统及覆岩综合破断角、垮落形态实测方法 |
CN113433123A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-09-24 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种钻孔内地质参数测试方法及智能化装置 |
CN113433123B (zh) * | 2021-05-24 | 2024-06-04 | 中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 | 一种钻孔内地质参数测试方法及智能化装置 |
CN113532371A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-10-22 | 东北大学 | 一种巷道围岩绝对变形量动态监测方法 |
CN113959470A (zh) * | 2021-09-08 | 2022-01-21 | 中煤科工生态环境科技有限公司 | 煤矿采空区覆岩移动分布式光纤测量导头及监测方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111999781A (zh) | 一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法 | |
CN102870015B (zh) | 使用分布式声学感测的井碰撞避免 | |
CN104793264B (zh) | 应用于钻机的地质状况实时反映与超前探测系统及方法 | |
CN110221341A (zh) | 一种隧道施工不良地质超前预报方法 | |
WO2020199243A1 (zh) | 一种基于dic技术的钻孔信息采集方法与装置 | |
CN114062496B (zh) | 一种地裂缝地质灾害测量装置 | |
CN105719433A (zh) | 一种基于孔内地震波的超前预报方法 | |
CN106125147A (zh) | 基于网络并行电法技术的方位电测井装置及其测量方法 | |
CN102997886A (zh) | 远程测控底板岩层破坏深度监测方法 | |
CN106032748A (zh) | 基于钻孔瞬变电磁技术的水力压裂裂隙扩展规律的探测方法 | |
CN109375281A (zh) | 基于三维激光扫描的采空区勘察方法 | |
Eberhardt et al. | Geotechnical instrumentation | |
CN108931232A (zh) | 一种采空区的安全监测和评价方法 | |
CN113419294A (zh) | 一种多维度岩溶特殊地质综合探测方法 | |
CN109115176A (zh) | 一种移动式的三维激光扫描系统 | |
CN109239779B (zh) | 一种隧道围岩松动圈的测试方法及围岩损伤的分级方法 | |
CN103630938A (zh) | 以潜孔锤锤头为震源的井地地震成像系统及成像方法 | |
Zhao et al. | Three‐Dimensional, Real‐Time, and Intelligent Data Acquisition of Large Deformation in Deep Tunnels | |
CN110376660A (zh) | 地下工程地质灾害注浆效果实时监测方法 | |
CN105863613A (zh) | 套管式ct成像窥视测试系统及其测试方法 | |
CN110045420A (zh) | 地震波ct检测地基处理后深部土层加固效果方法及装置 | |
CN111965716A (zh) | 一种小范围隐伏土洞垂向探测装置及探测方法 | |
Ba et al. | Development status of digital detection technology for unfavorable geological structures in deep tunnels | |
CN109738964B (zh) | 地震波和电磁波联合反演的隧道预报装置、掘进机及方法 | |
CN114820969B (zh) | 一种三维地质模型构建方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201127 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |