CN113433123A - 一种钻孔内地质参数测试方法及智能化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钻孔内地质参数测试方法及智能化装置，包括如下步骤：划分地层岩性；通过地质钻探取芯；通过图像识别传感器采集地层岩性图像，在系统中输入对应的岩性名称，建立岩芯图像识别准则；将三维摄像传感器、图像识别传感器缓慢放入钻孔中，并采用数据处理软件系统自动记录图像识别传感器所处深度；三维摄像传感器在钻孔中对钻孔岩层边壁进行三维摄像，影像通过数据传输线传入数据处理软件系统中；数据处理软件系统自动识别结构面三维位置并自动获取结构面产状、自动计算RQD值、自动识别地层岩性、自动生成岩性柱状图。采用本发明的技术方案可进行RQD自动计算、岩性自动识别、岩性柱状图自动生成、结构面产状自动获取。

Description

一种钻孔内地质参数测试方法及智能化装置
技术领域
本发明属于地下工程技术、地质学、钻探工程等领域，涉及一种适用于钻孔内地质参数智能化获取的方法及装置。
背景技术
地层岩性、岩石质量指标(RQD)、岩性柱状图、结构面(层面/裂隙)产状是勘察过程中基本的地质信息。地质人员通过钻探获取的地质岩芯获得地层岩性、RQD、岩性柱状图等信息。
在现有技术中，东北大学的CN112241711A公开了一种从钻孔岩芯照片中识别RQD的智能方法，涉及岩石工程技术领域。该方案利用矿山钻孔岩芯图像具有数据规整、体量大等特点，充分发挥深度学习的优势，通过Mask？RCNN深度学习网络对单排岩芯图像进行识别，实现RQD的自动快速编录，同时消除人为因素造成的误差。基于深度学习的方法可以充分利用地勘阶段获取的钻孔岩芯图像数据，实现对工程岩体质量的精细化表征，得到不良地质体的空间分布与揭露情况，为工程岩体稳定性分析乃至治理防护提供依据。
另有，长江水利委员会长江科学院的CN112504838A公开了一种搭载于TBM的岩石力学综合试验及信息评价系统，包括岩石力学综合试验系统及信息评价系统。该方案将系统化设计的岩石力学试验搭载于TBM，可实现随时停机进行超前钻孔取心探测，由取心获取岩石标准试件并进行岩石力学综合试验；首次将水压致裂法地应力试验搭载于TBM掘进近场探测。基于上述试验数据，通过构建信息评价系统可给出TBM近场一手的岩石(体)物理参数、地应力场特征参数、基本质量指标、岩体质量指标等，以及更为全面、准确的TBM掘进安全性评价、可掘性评价，并结合TBM信息给出施工预测和建议。
但是目前依然存在未解决的技术问题，主要是在钻探过程中会导致岩芯破碎，当破碎的岩芯长度小于10cm时，则这段岩芯长度不计算RQD值，因此当前通过岩芯计算RQD存在一定误差。另外，钻探的岩芯较难得到地层内结构面(包括节理裂隙面、层面等)的产状信息。因此，需要解决如何快速准确获取上述四类基本地质信息的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过钻探孔，进行RQD自动计算、岩性自动识别、岩性柱状图自动生成、结构面产状自动获取的智能化方法及设备。
本发明是这样实现的：
一种钻孔内地质参数测试方法及智能化装置，该方法采用一种智能化装置，该装置包括三维摄像传感器、图像识别传感器、数据传输线及数据处理软件系统；该方法包括如下步骤：
1)将地层中从上至下存在的岩性分为1-1，1-2，1-3，……，1-i；通过地质钻探，在地层中获取的从地面至钻孔底部的岩芯，其地层岩性名称从上至下依次记录为1-1，1-2，1-3，……，1-i；
2)通过图像识别传感器采集地层岩性1-1，1-2，1-3，……，1-i图像，并在数据处理软件系统中输入对应的岩性名称，建立岩芯图像识别准则；
3)提取岩芯后留下一个钻孔，将三维摄像传感器、图像识别传感器缓慢放入钻孔中，并采用数据处理软件系统自动记录图像识别传感器所处深度；
4)三维摄像传感器在钻孔中对钻孔岩层边壁进行三维摄像，影像通过数据传输线传入数据处理软件系统中；
5)数据处理软件系统自动识别结构面三维位置并自动获取结构面产状；
6)数据处理软件系统自动计算RQD值；
7)图像识别传感器自动识别地层岩性；
8)数据处理软件系统自动生成岩性柱状图。
其中，步骤5)中自动获取结构面产状是数据处理软件系统依次从上至下记为7-1，……，7-i，得到7-1，……，7-i结构面的产状；这里的结构面的产状包括走向、倾向和倾角。
进一步的，步骤6)中自动计算RQD值是数据处理软件系统自动累计计算结构面间距大于10cm的长度总和l，钻孔总长度为L，数据处理软件系统自动计算RQD＝l/L*100，即。
进一步的，步骤7)中自动识别地层岩性是图像识别传感器根据数据处理软件系统建立的岩芯图像识别准则判断所处位置的地层岩性名称为1-i。
进一步的，步骤8)中自动生成岩性柱状图是根据数据处理软件系统自动记录的深度di，自动得到1-i地层的深度位置，记为di-1-di；根据1-i、di-1-di，数据处理软件系统自动计算地层岩性及所处深度范围，并生成柱状图.
为实现上述方法，本发明的钻孔内地质参数测试智能化装置是这样的：该装置包括三维摄像传感器、图像识别传感器、数据传输线及数据处理软件系统，其中三维摄像传感器与图像识别传感器连接并安置在钻孔中，三维摄像传感器通过数据传输线与钻孔的孔口外设置的数据处理软件系统连接。
与现有技术相比，采用本发明的技术方案可进行RQD自动计算、岩性自动识别、岩性柱状图自动生成、结构面产状自动获取。本发明的技术方案一定程度上弥补了传统方法的一些不足，在基本地质信息获取方面更快捷方便，准确性高。
附图说明
图1为本发明钻孔内地质参数测试方法及智能化装置简易图；
图2为岩芯示意图。
图中，1-i为地层岩性名称，2为钻孔，3为三维摄像传感器，4为图像识别传感器，5为数据传输线，6为数据处理软件系统，7-i为结构面，8为钻孔岩芯。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，本发明是这样实施的：本发明采用的智能化装置包括三维摄像传感器3、图像识别传感器4、数据传输线5及数据处理软件系统6。
具体实施时，首先将地层1中从上至下存在的岩性分为1-1，1-2，1-3，……，1-i。通过地质钻探，在地层1中获取的从地面至钻孔底部的岩芯8，其地层岩性名称从上至下依次记录为1-1，1-2，1-3，……，1-i。再通过图像识别传感器4采集地层岩性1-1，1-2，1-3，……，1-i图像，并在数据处理软件系统6中输入对应的岩性名称，建立岩芯图像识别准则。
然后，提取岩芯8后留下一个钻孔2，将三维摄像传感器3、图像识别传感器4缓慢放入钻孔2中，数据处理软件系统6自动记录传感器所处深度。钻孔2中，三维摄像传感器3对钻孔2岩层边壁进行三维摄像，影像通过数据传输线5传入数据处理软件系统6中。数据处理软件系统6自动识别结构面7三维位置，依次从上至下记为7-1，……，7-i，得到7-1，……，7-i结构面的产状(走向、倾向和倾角)，即自动获取结构面产状。数据处理软件系统6自动累计计算结构面间距大于10cm的长度总和l。钻孔总长度为L，6数据处理软件系统自动计算RQD＝l/L*100，即自动计算RQD值。
最后，图像识别传感器4根据数据处理软件系统6建立的岩芯图像识别准则判断所处位置的地层岩性名称为1-i，即自动识别地层岩性。根据数据处理软件系统6自动记录的深度di，自动得到1-i地层的深度位置，记为di-1-di。根据1-i、di-1-di，数据处理软件系统6自动计算地层岩性及所处深度范围，并生成柱状图，即自动生成岩性柱状图。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种钻孔内地质参数测试方法，其特征在于：该方法采用一种智能化装置，该装置包括三维摄像传感器(3)、图像识别传感器(4)、数据传输线(5)及数据处理软件系统(6)；该方法包括如下步骤：
1)将地层(1)中从上至下存在的岩性分为1-1，1-2，1-3，……，1-i；通过地质钻探，在地层(1)中获取的从地面至钻孔底部的岩芯(8)，其地层岩性名称从上至下依次记录为1-1，1-2，1-3，……，1-i；
2)通过图像识别传感器(4)采集地层岩性1-1，1-2，1-3，……，1-i图像，并在数据处理软件系统(6)中输入对应的岩性名称，建立岩芯图像识别准则；
3)提取岩芯(8)后留下一个钻孔(2)，将三维摄像传感器(3)、图像识别传感器(4)缓慢放入钻孔(2)中，并采用数据处理软件系统(6)自动记录图像识别传感器(4)所处深度；
4)三维摄像传感器(3)在钻孔(2)中对钻孔(2)岩层边壁进行三维摄像，影像通过数据传输线(5)传入数据处理软件系统(6)中；
5)数据处理软件系统(6)自动识别结构面(7)三维位置并自动获取结构面产状；
6)数据处理软件系统(6)自动计算RQD值；
7)图像识别传感器(4)自动识别地层岩性；
8)数据处理软件系统(6)自动生成岩性柱状图。
2.根据权利要求1所述的钻孔内地质参数测试方法，其特征在于：所述自动获取结构面产状是数据处理软件系统(6)依次从上至下记为7-1，……，7-i，得到7-1，……，7-i结构面的产状。
3.根据权利要求2所述的钻孔内地质参数测试方法，其特征在于：所述结构面的产状包括走向、倾向和倾角。
4.根据权利要求1所述的钻孔内地质参数测试方法，其特征在于：所述自动计算RQD值是数据处理软件系统(6)自动累计计算结构面间距大于10cm的长度总和l，钻孔总长度为L，数据处理软件系统(6)自动计算RQD＝l/L*100，即。
5.根据权利要求1所述的钻孔内地质参数测试方法，其特征在于：所述自动识别地层岩性是图像识别传感器(4)根据数据处理软件系统(6)建立的岩芯图像识别准则判断所处位置的地层岩性名称为1-i。
6.根据权利要求1所述的钻孔内地质参数测试方法，其特征在于：所述自动生成岩性柱状图是根据数据处理软件系统(6)自动记录的深度di，自动得到1-i地层的深度位置，记为di-1-di；根据1-i、di-1-di，数据处理软件系统(6)自动计算地层岩性及所处深度范围，并生成柱状图。
7.一种钻孔内地质参数测试智能化装置，其特征在于：该装置包括三维摄像传感器(3)、图像识别传感器(4)、数据传输线(5)及数据处理软件系统(6)，其中三维摄像传感器(3)与图像识别传感器(4)连接并安置在钻孔(2)中，三维摄像传感器(3)通过数据传输线(5)与钻孔(2)的孔口外设置的数据处理软件系统(6)连接。
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