岩石岩性名称和强度的快速确定方法及钻孔数据采集系统技术方案

本发明专利技术公开了一种岩石岩性名称和强度的快速确定方法及钻孔数据采集系统，首先按照传统方法制作成岩石特征对照表，再采用普通的钻机进行无芯钻孔，对钻机钻进过程中的钻机工作参数进行连续采集，制作成各种岩石S‑P‑V三者关系二维双线坐标图；在以后的或其他岩土工程中确定岩石岩性名称和强度时，只需采用普通的钻机进行无芯钻孔，采集钻机工作参数，制作成各种岩石S‑P‑V三者关系二维双线坐标图，进行一一比对，即可确定该钻进段不同的深度上有什么岩性名称的岩石和对应的岩石强度。从而避免钻孔取芯和力学试验，节省工程费用，增强时效。

【技术实现步骤摘要】
岩石岩性名称和强度的快速确定方法及钻孔数据采集系统
本专利技术涉及岩土工程，尤其涉及岩石岩性名称和强度的测定技术。
技术介绍
目前，在地质、岩土工程中，需要对现场地层岩石岩性名称和强度进行测定分类。传统的方法是：采用地质钻机(岩芯钻机)通过钻孔取芯、编号再到实验室岩性名称描述，并修正成试块，在压力机上测定强度。传统方法的不足是：由于需要完整的将一段一段的岩芯取出来，所以钻孔速度慢，在不良地质结构面取样困难，岩芯样本不成型，可用率低。由于一般的地质、岩土工程需要按照设计打多个钻孔，所以需要多次取芯，进行重复工作，费时、费钱、费力。当在同一地域进行下一个地质、岩土工程时，还需要按照传统的方法取芯测定，相当麻烦。
技术实现思路
为了克服现有技术需要多次打孔取芯而带来的费时、费钱、费力问题，本专利技术提出一种不用岩石取芯，采用无岩芯钻孔方式，快速确定岩石岩性名称和强度的方法，以替代实验室测定。本专利技术同时提出一种实施上述方法的钻孔数据采集系统。一种岩石岩性名称和强度的快速确定方法，其特征在于，步骤如下：第一步，首先按照传统方法，在现场通过采用岩芯式地质钻机钻孔取芯、对岩芯编号、记录下每块岩芯所处的地层深度，再到实验室描述同类岩芯的岩性名称、岩石厚度和测定岩石强度，从而得到该地层中各种岩石的岩性名称、强度、厚度和埋藏深度，将各种岩石的岩性名称、强度、厚度和埋藏深度制作成岩石特征对照表；第二步，在第一步钻孔取芯的附近，采用普通的无芯式钻机进行无芯钻孔，钻孔到岩石特征对照表的某个埋藏深度时，通过岩石特征对照表可确定该埋藏深度对应的岩石性质，同时开始连续采集钻机的工作参数，工作参数包括：钻具轴压即推力P、钻头转速或冲击频率S和钻进速度V，采集到规定的钻进量为止；参数采集后制作成S-P-V三者关系二维双线坐标图,该坐标图是以推力P为横坐标、钻头转速或冲击频率S为左竖坐标、钻进速度V为右竖坐标制作成的二维双线坐标图；按此方法，得到该地层的各种岩石的工作参数“S-P-V三者关系二维双线坐标图比对图”；上述的钻进速度V由规定的钻进量和采集到的钻进时间J计算而得到。上述的无芯式钻机可采用回转式钻机和冲击式钻机其中一种，采用回转式钻机时连续采集的S值为钻头转速值，采用冲击式钻机钻孔时连续采集的S值为钻头冲击频率值；第三步，在本工程或同地域其他岩土工程中确定岩石岩性名称和强度时，按照上述的第二步方法进行无芯钻孔、连续采集钻机工作参数、制作成S-P-V三者关系二维双线坐标图，将该二维双线坐标图与第二步方法得到的“S-P-V三者关系二维双线坐标图比对图”进行一一比对，根据比对结果，即可确定该钻进段不同的深度上有什么岩性名称的岩石和对应的岩石强度。为了实现对钻机工作参数的连续采集，本专利技术提出了一种钻孔数据采集系统。一种钻孔数据采集系统，包括普通的无芯式钻机，其特征在于，该系统还包括传感器、数据采集器和数据处理设备；上述传感器包括：安装在无芯式钻机钻套上的用于测定钻头转速或冲击频率S的传感器，用于采集在规定的钻进量内所用的钻进时间J的计时传感器，和安装在无芯式钻机的推进部位用于测定钻具推进轴压力P的压力传感器；所述的数据采集器，是用于采集记录钻头转速或冲击频率S、钻进时间J和钻具推进轴压力P的数据采集器，所述的数据处理设备至少有一台计算机；工作时，上述三类传感器同时将信号传输给数据采集器，数据采集器将所有数据传输给数据处理设备；数据处理设备将规定的钻进量L、钻进时间J计算处理成钻进速度V，再将推进轴压力P、钻头转速或冲击频率S和钻进速度V三个数据计算处理成S-P-V三者关系二维双线坐标图，并输出结果。上述无芯式钻机可用回转切削式钻机，亦可以用冲击式钻机，当用回转切削式钻机时，用测定转速的传感器，如霍尔传感器；当用冲击式钻机时用测定冲击频率的传感器。进一步，上述的计时传感器的构造是，在无芯式钻机的前进部位和固定部位之间安装一根与无芯式钻机轴向平行的定尺，定尺上设两个感应头，两个感应头的距离等于设定的钻进量L，在无芯式钻机上设有时间计数器，时间计数器分别由两个感应头控制计数开始和停止。本专利技术的工作原理和积极效果是，在钻孔中，由于岩石的性质和强度不同，推力和钻头的转数基本上成反比，推力越大阻力越大转数就越小，但推力和钻速是二次曲线关系，推力太大太小都影响钻速，因此每种性质的岩石都对应着一个推力、转数和钻速的三者关系坐标图，通过将普通钻机钻进过程中的工作参数进行采集、作图、比对即可得到岩性名称和强度结果。根据此原理，可一次取芯多次使用，不用艰难地重复钻孔取芯和力学实验，快速确定岩性名称和强度，节省工程时间和费用。附图说明图1是实施例钻孔数据采集系统示意图。图2是实施例一种岩石的S-P-V三者关系二维双线坐标图示意图。图中，1-钻机钻套，2-霍尔传感器，3-定尺，4-压力传感器，5-数据采集器，6-无芯回转切削式钻机，7-固定部位，8-数据处理设备，9－时间计数器，10－感应头。具体实施方式下面根据附图进一步说明本专利技术的技术方案本专利技术快速确定岩石岩性名称和强度的方法如下：第一步，首先按照传统方法，在现场通过采用岩芯式地质钻机钻孔取芯、对岩芯编号、记录下每块岩芯所处的地层深度，再到实验室描述同类岩芯的岩性名称、岩石厚度和测定岩石强度，从而得到该地层中各种岩石的岩性名称、强度、厚度和埋藏深度，制作成岩石特征对照表；如下表所示：第二步，在第一步钻孔取芯的附近，采用普通的无芯回转切削式钻机6进行无芯钻孔，钻孔到岩石特征对照表的某个埋藏深度时，通过岩石特征对照表可确定已钻到什么名称性质的岩石，同时开始连续采集钻机的工作参数，工作参数包括：钻具轴压即推力P、钻头转速S和钻进速度V，采集到规定的钻进量为止；参数采集后制作成S-P-V三者关系二维双线坐标图,该坐标图是以推力P为横坐标、钻头转速或冲击频率S为左竖坐标、钻进速度V为右竖坐标制作成的二维双线坐标图，如图2所示；按此方法，得到该地层的各种岩石的工作参数“S-P-V三者关系二维双线坐标图比对图”；上述的钻进速度V由规定的钻进量和采集到的钻进时间J计算而得到；第三步，在本工程或同地域其他岩土工程中确定岩石岩性名称和强度时，按照上述的第二步方法进行无芯钻孔、连续采集钻机工作参数、制作成如图2所示的S-P-V三者关系二维双线坐标图，将该二维双线坐标图与第二步方法得到的“S-P-V三者关系二维双线坐标图比对图”进行一一比对，根据比对结果，即可确定该钻进段不同的深度上有什么岩性名称的岩石和对应的岩石强度。为了实施上述方法，本专利技术提供了一种钻孔数据采集系统，结构如图1所示，包括无芯回转切削式钻机6，传感器、数据采集器5和数据处理设备8；上述传感器包括安装在无芯回转切削式钻机6钻套1上的用于测定钻头转速的霍尔传感器2，用于采集在规定的钻进量内所用的钻进时间J的计时传感器，和安装在无芯回转切削式钻机6的推进部位用于测定钻具推进轴压力P的压力传感器4；所述的数据采集器5，是用于采集记录钻头转速S、钻进速度V和钻具推进轴压力P的数据采集器，所述的数据处理设备8至少有一台计算机。工作时，上述三类传感器同时将信号传输给数据采集器5，数据采集器5将所有数据传输给数据处理设备8；数据处理设备8将钻进量L、钻进时间J计算处理成钻进速度V本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩石岩性名称和强度的快速确定方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，首先在现场通过采用岩芯式地质钻机钻孔取芯、对岩芯编号、记录下每块岩芯所处的地层深度，再到实验室描述同类岩芯的岩性名称、岩石厚度和测定岩石强度，从而得到该地层中各种岩石的岩性名称、强度、厚度和埋藏深度，将各种岩石的岩性名称、强度、厚度和埋藏深度制作成岩石特征对照表；第二步，在第一步钻孔取芯的附近，采用无芯式钻机进行无芯钻孔，钻孔到岩石特征对照表的某个埋藏深度时，通过岩石特征对照表可确定该埋藏深度对应的岩石的性质，同时开始连续采集钻机的工作参数，工作参数包括：钻具轴压即推力P、钻头转速或冲击频率S和钻进速度V，采集到规定的钻进量为止；参数采集后制作成S‑P‑V三者关系二维双线坐标图,该坐标图是以推力P为横坐标、钻头转速或冲击频率S为左竖坐标、钻进速度V为右竖坐标制作成的二维双线坐标图；按此方法，得到该地层的各种岩石的工作参数“S‑P‑V三者关系二维双线坐标图比对图”；上述的钻进速度V由规定的钻进量和采集到的钻进时间J计算而得到；上述的无芯式钻机采用回转式钻机和冲击式钻机其中一种，采用回转式钻机时连续采集的S值为钻头转速值，采用冲击式钻机钻孔时连续采集的S值为钻头冲击频率值；第三步，在本工程或同地域其他岩土工程中确定岩石岩性名称和强度时，按照上述的第二步方法进行无芯钻孔、连续采集钻机工作参数、制作成S‑P‑V三者关系二维双线坐标图，将该二维双线坐标图与第二步方法得到的“S‑P‑V三者关系二维双线坐标图比对图”进行一一比对，根据比对结果，即可确定该钻进段不同的深度上有什么岩性名称的岩石和对应的岩石强度。...

【技术特征摘要】
1.一种岩石岩性名称和强度的快速确定方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，首先在现场通过采用岩芯式地质钻机钻孔取芯、对岩芯编号、记录下每块岩芯所处的地层深度，再到实验室描述同类岩芯的岩性名称、岩石厚度和测定岩石强度，从而得到该地层中各种岩石的岩性名称、强度、厚度和埋藏深度，将各种岩石的岩性名称、强度、厚度和埋藏深度制作成岩石特征对照表；第二步，在第一步钻孔取芯的附近，采用无芯式钻机进行无芯钻孔，钻孔到岩石特征对照表的某个埋藏深度时，通过岩石特征对照表可确定该埋藏深度对应的岩石的性质，同时开始连续采集钻机的工作参数，工作参数包括：钻具轴压即推力P、钻头转速或冲击频率S和钻进速度V，采集到规定的钻进量为止；参数采集后制作成S-P-V三者关系二维双线坐标图,该坐标图是以推力P为横坐标、钻头转速或冲击频率S为左竖坐标、钻进速度V为右竖坐标制作成的二维双线坐标图；按此方法，得到该地层的各种岩石的工作参数“S-P-V三者关系二维双线坐标图比对图”；上述的钻进速度V由规定的钻进量和采集到的钻进时间J计算而得到；上述的无芯式钻机采用回转式钻机和冲击式钻机其中一种，采用回转式钻机时连续采集的S值为钻头转速值，采用冲击式钻机钻孔时连续采集的S值为钻头冲击频率值；第三步，在本工程或同地域其他岩土工程中确定岩石岩性名称和强度时，按照上述的第二步方法进行无芯钻孔、连续采集钻机工作参数、制作成S-P-V三者关系二维双线坐标图，将该二维双线坐标图与第二步方法得到的“...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪立，贾宏俊，张宪堂，鲍伟，徐泰慧，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37