一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术设计合理，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。

【技术实现步骤摘要】
一种深井巷道全方位围岩结构动态测量分析方法
本专利技术属于岩土工程以及采矿工程
，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。
技术介绍
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，虽然已有许多相关专利技术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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述
技术介绍
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，本专利技术采用的技术手段是：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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/n步骤一、区段断面测量分析，过程如下：/n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；/n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：/n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；/n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；/n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；/n步骤二、区段全长测量分析，过程如下：/n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；/n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；/n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；/n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；/n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；/n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。/n...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉金林，李廷春，李为腾，贺鹏，朱庆文，张浩，杜贻腾，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37