TBM搭载式岩石石英含量测定系统及其方法技术方案

本公开提供了一种TBM搭载式岩石石英含量测定系统及方法，搭载于敞开式TBM的撑靴侧面，包括防护装置、取样装置、X射线衍射装置和处理器，防护装置包括基座，基座上设置侧壁，侧壁上设置有防止落石及渗水的顶棚；取样装置设置于顶棚与基座之间，包括液压臂、冲击钻机和粉料舱，液压臂一端设置于侧壁上，另一端连接冲击钻机，通过液压臂的收缩来控制冲击钻的移动，冲击钻机的前端设置粉料舱，粉料舱设置有出料口，岩石粉末通过出料口落入X射线衍射分析装置中；X射线衍射装置用于对获取的岩石粉末进行特征X射线照射，记录衍射信息获取衍射图谱，处理器接收所述图谱，并进行匹配，确定岩石粉末中的石英含量。

TBM mounted rock quartz content measurement system and method

【技术实现步骤摘要】
TBM搭载式岩石石英含量测定系统及其方法
本公开属于岩土含量测定领域，具体涉及一种TBM搭载式岩石石英含量测定系统及其方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。目前在建和拟建的绝大多数交通、水工深长隧洞和矿山深井巷道，其长径比达到600～1000甚至更高，在此条件下，国际上公认采用全断面隧道掘进机(TunnelBoringMachine，TBM)工法施工，该方法具有掘进速度快、施工扰动小、成洞质量高、综合经济社会效益高等优势。但在硬岩中掘进时，常会遭遇刀盘磨损严重进而导致刀盘系统破岩性能下降、掘进效率低下等问题，严重影响了TBM的施工进度，进而增加了施工成本。经国内外大量学者研究发现，隧道围岩中的石英是影响岩石耐磨性和导致TBM刀盘磨损的主要矿物，因此通过了解隧道开挖围岩中的石英含量，对预测刀盘磨损以及TBM施工智能决策具有重要意义。石英是矿物的一种，目前鉴定和识别矿物的主要方法有化学分析、偏光显微镜分析、近红外分析、X射线衍射分析等。其中化学分析虽准确度高，但分析周期长、不经济；偏光显微镜分析需先将岩石磨成薄片，然后再通过人工在偏光显微镜下对薄片进行观察分析，该方法同样分析周期长且对分析人员水平要求较高；近红外分析速度快且准确度较高，但只能对一些蚀变矿物进行分析而无法识别石英。X射线衍射仪是利用衍射原理，精确测定待分析物质的晶体结构，从而精确的进行物相分析、定性分析和定量分析。矿物是天然结晶态，因此X射线衍射法是目前公认的最有效的矿物鉴定方法，该方法具有需要样品量少、分析时间短且在定性和定量分析方面精度高等优点。但该方法只能对粉末样品进行测试分析，因此要想在TBM掘进过程中使用该方法对围岩中石英含量进行快速测定，不仅需要有体积小且精度高的便携式XRD设备，还要解决如何将XRD设备搭载在TBM上、如何将隧道围岩坚硬岩石处理成岩石粉末并自动导入XRD设备样品舱中、如何自动化给出岩石石英含量分析结果等一系列问题。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种TBM搭载式岩石石英含量测定系统及其方法，本公开在TBM掘进过程中快速、准确测量出围岩中石英含量，对预测刀盘磨损以及TBM施工智能决策具有重要意义。根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：一种TBM搭载式岩石石英含量测定系统，搭载于敞开式TBM的撑靴侧面，包括防护装置、取样装置、X射线衍射装置和处理器，其中：所述防护装置包括基座，基座上设置侧壁，侧壁上设置有防止落石及渗水的顶棚；所述取样装置设置于顶棚与基座之间，包括液压臂、冲击钻机和粉料舱，所述液压臂一端设置于侧壁上，另一端连接冲击钻机，通过液压臂的收缩来控制冲击钻的移动，冲击钻机的前端设置粉料舱，粉料舱设置有出料口，岩石粉末通过出料口落入X射线衍射分析装置中；所述X射线衍射装置用于对获取的岩石粉末进行特征X射线照射，记录衍射信息获取衍射图谱，所述处理器接收所述图谱，并进行匹配，确定岩石粉末中的石英含量。作为可选择的实施方式，所述侧壁包括三个，分别设置于不同的侧面，使防护装置具有一开口。作为可选择的实施方式，所述液压臂垂直设置于侧壁上。作为可选择的实施方式，所述冲击钻的前端设置有用于安装粉料舱的卡槽，卡槽内设置有弹簧，粉料舱的一侧与卡槽内的弹簧相连接，所述弹簧会跟随粉料舱的运动而伸缩，以保证粉料舱与围岩之间一直紧密接触。作为可选择的实施方式，所述粉料舱包括一集料斗，用于收集冲击钻切削下来的岩石粉末，集料斗下方可拆卸安装有筛网，对岩石粉末进行筛分，以确保最终获取的岩粉能够满足X射线衍射分析的要求。作为可选择的实施方式，所述筛网下方有两个出料口，一个为粉料出料口，一个为废料出料口，且各有一个阀门。作为可选择的实施方式，所述取样装置还包括高压供水机构，所述高压供水机构设置于粉料舱内，用于对粉料舱进行清洗。作为可选择的实施方式，所述取样装置还包括吹风机构，所述吹风机构设置于粉料舱内，用于对粉料舱进行吹干。作为可选择的实施方式，所述粉料舱的前端安装有弹性件，当冲击钻头打入围岩中进行工作时，弹性件能够紧贴围岩。作为可选择的实施方式，所述X射线衍射装置内包括一样品舱，用于接收出料口出来的岩石粉末，所述样品舱的开口处设置有一带有软管的漏斗，且在漏斗下部安装有一个微型振荡器，从而保证从上述粉料出料口出来的岩石粉末能够顺利进入样品舱中。作为可选择的实施方式，所述处理器设置或连接有数据库，所述数据库存储有专门关于研究区石英矿物专题的粉末衍射数据集，所述处理器获取到的谱图的d-I/I0数据与数据集中的各类矿物的标准数据相匹配，从而自动解释出岩石粉末中的石英含量。基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：在TBM的刀盘工作时，TBM的撑靴会紧贴围岩提供TBM刀盘切削岩石的推进力，启动液压臂，使冲击钻的钻头与围岩接触；启动冲击钻机的开关，同时控制液压臂缓缓推进冲击钻，让钻头不断钻入围岩中，岩石粉末进入粉料舱中，并从经过筛网和粉料出料口落入X射线衍射仪样品舱中；当样品舱中粉末量达到测试要求时，停止冲击钻机的工作，并控制液压臂使其缩回；启动X射线衍射分析仪，使其开始工作，取得测试图谱，进行检索和匹配，得到石英含量结果及其对应的饼图。作为可选择的实施方式，探测后，对粉料舱进行清洗和烘干。与现有技术相比，本公开的有益效果为：本公开可实现隧道内取样工作的自动化和连续性，大大降低了人工取样、研磨的工作量。在取样装置中添加有筛网，可自动筛分获取的岩石粉末，以满足X射线衍射测试的要求。另外还设置了两个出料口，可根据实际需求选择对样品使用还是丢弃。本公开改进了X射线衍射分析仪的样品舱，可实现样品舱添加样品的自动化。同时在添加了石英专题的粉末衍射数据集，可实现对岩石中石英含量的准确、快速识别。本公开与TBM搭载，可实时分析TBM掘进工作过程中岩石中石英含量的变化，为TBM智能化施工提供强有力的数据支撑。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本专利技术结构示意图；图2是本专利技术取样装置结构图；图3是改进的样品舱结构图；图4是本系统工作流程图。其中1.TBM撑靴；2.基座；3.侧壁；4.顶棚；5.取样装置；6.高压供水系统；7.吹风机；8.X射线衍射装置；9.计算机数据分析系统；20.液压臂；21.弹簧；22.粉料舱；23.集料斗；24.钻头；25.橡胶圈；26.筛网；27.阀门；28.粉料出料口；29.废料出料口；30.围岩；31.样品舱漏斗；32.微型振荡器；33.软管；34.样品舱提手；35.空腔。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TBM搭载式岩石石英含量测定系统，其特征是：搭载于敞开式TBM的撑靴侧面，包括防护装置、取样装置、X射线衍射装置和处理器，其中：/n所述防护装置包括基座，基座上设置侧壁，侧壁上设置有防止落石及渗水的顶棚；/n所述取样装置设置于顶棚与基座之间，包括液压臂、冲击钻机和粉料舱，所述液压臂一端设置于侧壁上，另一端连接冲击钻机，通过液压臂的收缩来控制冲击钻的移动，冲击钻机的前端设置粉料舱，粉料舱设置有出料口，岩石粉末通过出料口落入X射线衍射分析装置中；/n所述X射线衍射装置用于对获取的岩石粉末进行特征X射线照射，记录衍射信息获取衍射图谱，所述处理器接收所述图谱，并进行匹配，确定岩石粉末中的石英含量。/n

【技术特征摘要】
20190906 CN 20191084338991.一种TBM搭载式岩石石英含量测定系统，其特征是：搭载于敞开式TBM的撑靴侧面，包括防护装置、取样装置、X射线衍射装置和处理器，其中：
所述防护装置包括基座，基座上设置侧壁，侧壁上设置有防止落石及渗水的顶棚；
所述取样装置设置于顶棚与基座之间，包括液压臂、冲击钻机和粉料舱，所述液压臂一端设置于侧壁上，另一端连接冲击钻机，通过液压臂的收缩来控制冲击钻的移动，冲击钻机的前端设置粉料舱，粉料舱设置有出料口，岩石粉末通过出料口落入X射线衍射分析装置中；
所述X射线衍射装置用于对获取的岩石粉末进行特征X射线照射，记录衍射信息获取衍射图谱，所述处理器接收所述图谱，并进行匹配，确定岩石粉末中的石英含量。


2.如权利要求1所述的一种TBM搭载式岩石石英含量测定系统，其特征是：所述液压臂垂直设置于侧壁上。


3.如权利要求1所述的一种TBM搭载式岩石石英含量测定系统，其特征是：所述冲击钻的前端设置有用于安装粉料舱的卡槽，卡槽内设置有弹簧，粉料舱的一侧与卡槽内的弹簧相连接，所述弹簧会跟随粉料舱的运动而伸缩，以保证粉料舱与围岩之间一直紧密接触。


4.如权利要求1所述的一种TBM搭载式岩石石英含量测定系统，其特征是：所述粉料舱包括一集料斗，用于收集冲击钻切削下来的岩石粉末，集料斗下方可拆卸安装有筛网，对岩石粉末进行筛分，以确保最终获取的岩粉能够满足X射线衍射分析的要求。


5.如权利要求1所述的一种TBM搭载式岩石石英含量测定系统，其特征是：所述筛网下方有两个出料口，一个为粉料出料口，一个为废料出料口，且各有一个阀门。


6.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林鹏，谢辉辉，许振浩，黄鑫，余腾飞，石恒，许建斌，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37