基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统及方法，包括：超前钻进模块，用于对隧道掌子面进行超前钻孔；元素数据采集模块，用于获取钻进过程中的钻进回水和返渣，对获取的钻进过程中的钻进回水和返渣进行分离、粉碎搅拌与压样，并对得到的压片进行地化特征测试，得到隧道掌子面前方岩体的元素含量；处理分析模块，用于根据隧道掌子面前方岩体的元素含量，采用预先训练的超前岩性识别模型，得到岩性识别结果。通过随钻测试实现对隧道掌子面的超前钻探并采集前方岩样，通过地化特征测试获取岩样元素含量，将其输入到构建的超前岩性识别模型中，达到地层岩性快速、精确识别的目的。确识别的目的。确识别的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统及方法


[0001]本专利技术涉及隧道超前岩性识别
，特别是涉及一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统及方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]岩性识别是岩石力学与工程、隧道与地下工程等工程领域的基础工作，其识别结果直接影响隧道施工方案的选择。在隧道及地下工程施工过程中，受不同岩性围岩的影响，面临不同的工程问题与风险，如硬岩易发生岩爆、TBM刀盘磨损，软岩易发生围岩变形、TBM卡机、掘进速度慢等。因此，以超前钻探为基础，对掌子面前方岩体进行岩性识别，可有效指导隧道及地下工程施工和灾害防控，对于降低工程安全风险，保障人员及财产安全具有重要意义。
[0004]目前岩性识别的主要方法可以分为直接观察法、薄片鉴定法、实验分析法以及图像识别法四种，直接观察法依赖技术人员对岩样的主观判识，准确性低、差异化大；薄片鉴定法耗时耗力，且识别流程复杂，难以满足实际工程周期短、掘进快的需要；实验分析法受限于实验设备的精密度以及观测数据量的不足，识别结果往往是多解和不准确的；图像识别法不能反映岩石的全部特征，尤其是在钻取的岩样状态为渣粉的情况下更加难以判识，况且隧道内光照不均、粉尘大等不利条件影响图像质量。且当隧道掘进至一定深度后，工程现场人员以及地质专家进出洞时间过长，严重影响岩性识别的准确度和时效性。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统及方法，通过随钻测试实现对隧道掌子面的超前钻探并采集前方岩样，通过地化特征测试获取岩样元素含量，将其输入到构建的超前岩性识别模型中，达到地层岩性快速、精确识别的目的。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统，包括：
[0008]超前钻进模块，用于对隧道掌子面进行超前钻孔；
[0009]元素数据采集模块，用于获取钻进过程中的钻进回水和返渣，对钻进回水和返渣进行分离、粉碎搅拌与压样，对得到的压片进行地化特征测试，得到隧道掌子面前方岩体的元素含量；
[0010]处理分析模块，用于根据隧道掌子面前方岩体的元素含量，采用预先训练的超前岩性识别模型，得到岩性识别结果。
[0011]本专利技术提供一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统，其能够实现在
隧道超前钻探过程中，处理钻进过程中产生的钻进回水和返渣，并通过地化特征测试获取元素成分及含量，设备自动化程度高，数据获取迅速，识别速度快，岩性识别准确度高，具有较好的应用前景。
[0012]作为可选择的实施方式，所述超前钻进模块包括钻杆和钻头，所述钻头设置在钻杆的顶部，用于对隧道掌子面进行超前钻孔。
[0013]作为可选择的实施方式，所述元素数据采集模块包括钻进回水和返渣收集装置、离心沉淀器、粉碎搅拌机和压样机；
[0014]所述钻进回水和返渣收集装置用于收集钻进过程中的钻进回水和返渣；
[0015]所述离心沉淀器用于对钻进回水和返渣进行分离；
[0016]所述粉碎搅拌机用于对分离后得到的钻进返渣进行粉碎搅拌，得到钻进返渣的沉淀物；
[0017]所述压样机用于对沉淀物进行固结，并压制为特定厚度和直径的试样。
[0018]作为可选择的实施方式，所述粉碎搅拌机对分离后得到的钻进返渣进行粉碎搅拌的过程中，对分离后的钻进返渣进行颗粒粒径细化和粉末均匀性分布处理。
[0019]作为可选择的实施方式，所述钻进回水和返渣收集装置的末端通过弹簧与所述超前钻进模块的钻杆尾部连接，顶端抵在掌子面上。
[0020]作为可选择的实施方式，所述钻进回水和返渣收集装置通过样品输入管道与离心沉淀器连接；离心沉淀器与粉碎搅拌机连接；粉碎搅拌机通过传送带与压样机连接。
[0021]作为可选择的实施方式，所述处理分析模块中配置有预先训练的超前岩性识别模型，所述超前岩性识别模型的训练过程包括：
[0022]获取已开挖段地层的元素含量及岩性信息；
[0023]根据预处理后的元素含量及岩性信息，构建超前岩性识别模型并对其进行训练。
[0024]作为可选择的实施方式，对已开挖段地层的元素含量及岩性信息进行预处理的过程包括：对已开挖段地层的元素含量及岩性信息建立区域性地层信息数据库，对区域性地层信息数据库内的各类岩性的相关特征元素含量进行范围划分，得到每种岩性的特征元素组合及其含量范围。
[0025]作为可选择的实施方式，所述处理分析模块中岩性识别结果的识别过程包括：根据隧道掌子面前方岩体的元素含量，采用训练好的超前岩性识别模型，对输出结果进行置信度判断，若满足置信度，则输出岩性识别结果；若不满足置信度，将重新对超前岩性识别模型进行训练，直至输出满足置信度的岩性识别结果。
[0026]第二方面，本专利技术提供一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别方法，包括：
[0027]获取已开挖段地层的元素含量及岩性信息；
[0028]根据预处理后的元素含量及岩性信息，构建超前岩性识别模型并对其进行训练；
[0029]对隧道掌子面进行超前钻孔，对获取的钻进过程中的钻进回水和返渣进行分离、粉碎搅拌与压样，对得到的压片进行地化特征测试，得到隧道掌子面前方岩体的元素含量；
[0030]根据隧道掌子面前方岩体的元素含量，采用预先训练的超前岩性识别模型，得到岩性识别结果。
[0031]本专利技术提供一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别方法，利用岩石特征
元素含量数据与岩性信息之间的关系建立超前岩性识别模型，实现仅通过特征元素含量数据的不同分级实现前方岩体岩性的精确识别，提高岩性识别的速度和精确度。
[0032]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0033]本专利技术提出一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统及方法，通过随钻测试实现对隧道掌子面的超前钻探并采集前方岩样，通过地化测试获取岩样的元素数据，将其输入到基于机器学习方法建立的掌子面前方岩体岩性识别模型中，达到地层岩性快速、精确识别的目的，具有识别准确度高，识别速度快及工程适用性强等优点，实现对掌子面前方岩体的岩性识别以及保证识别结果的准确性与时效性，具备较好的应用前景。
[0034]本专利技术提出一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统及方法，解决隧道超前岩性识别的问题，对未开挖段的隧洞进行超前岩性识别，为接下来的预报和掘进工作提供精确岩性数据参考，满足施工中对于掌子面前方实时岩性判识的需求；相较于直接观察法、薄片鉴定法、实验分析法以及图像识别法等传统方法，本专利技术方法具有客观性强、省时省力、对样品状态无要求、不受环境干扰等优点。
[0035]本专利技术提出一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统及方法，对于岩性定名更加精细化、快速化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统，其特征在于，包括：超前钻进模块，用于对隧道掌子面进行超前钻孔；元素数据采集模块，用于获取钻进过程中的钻进回水和返渣，对钻进回水和返渣进行分离、粉碎搅拌与压样，并对得到的压片进行地化特征测试，得到隧道掌子面前方岩体的元素含量；处理分析模块，用于根据隧道掌子面前方岩体的元素含量，采用预先训练的超前岩性识别模型，得到岩性识别结果。2.如权利要求1所述的一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统，其特征在于，所述超前钻进模块包括钻杆和钻头，所述钻头设置在钻杆的顶部，用于对隧道掌子面进行超前钻孔。3.如权利要求1所述的一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统，其特征在于，所述元素数据采集模块包括钻进回水和返渣收集装置、离心沉淀器、粉碎搅拌机和压样机；所述钻进回水和返渣收集装置用于收集钻进过程中的钻进回水和返渣；所述离心沉淀器用于对钻进回水和返渣进行分离；所述粉碎搅拌机用于对分离后钻进返渣进行粉碎搅拌，得到沉淀物；所述压样机用于对沉淀物进行固结，并压制为特定厚度和直径的试样。4.如权利要求3所述的一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统，其特征在于，所述粉碎搅拌机对分离后钻进返渣进行粉碎搅拌的过程中，对分离后钻进返渣进行颗粒粒径细化和粉末均匀性分布处理。5.如权利要求3所述的一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统，其特征在于，所述钻进回水和返渣收集装置的末端通过弹簧与所述超前钻进模块的钻杆尾部连接，顶端抵在掌子面上。6.如权利要求3所述的一种基于地化特征随钻测试的隧道超前岩性识别系统，其特征在于，所述钻进回水和返渣收集装置通过样品输入管道与离心沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：许振浩，韩涛，刘福民，余腾飞，许广璐，邵瑞琦，林鹏，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：