【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿山岩土工程勘察，具体涉及一种预钻孔原位岩体孔壁完整性评价系统及测量方法。
技术介绍
1、岩体力学参数是影响岩体稳定性的关键因素之一。研究围岩中地质力学参数的分布特征对评价围岩稳定性具有重要意义，但如何将其定量化并据此对巷道围岩稳定性进行合理分类，进而为锚杆支护、围岩注浆等参数的选取提供依据显得尤为重要。
2、传统的岩体力学参数主要通过钻孔取芯获取岩样，依赖室内试验对其进行相关力学参数的测试，虽然室内试验可以对岩样的试验条件很好的控制，但是在岩样的制备过程中，尤其在岩样的运输过程中，由于扰动的影响导致原状态指标的变化。随着原位测试技术的工程应用需求，通过钻孔剪切试验手段获取原位岩体力学参数的工程应用越来越广，但在原位岩体力学参数测量的过程中，无观测孔壁特征的有效手段。如果孔壁不完整或凹凸不平不明确，极难判定测量结果的准确性，因此针对钻孔孔壁完整性综合检测，形成孔壁的完整性整体评价，为后续的高精度、高效、高可靠性的原位岩体力学参数测量提供良好的基础。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种预钻孔原位岩体孔壁完整性评价系统及测量方法，可精准评价孔壁完整性，为矿山原位岩体力学参数测量，提供了一种安全可靠的测量系统和测量方法。
2、为实现上述任务，本专利技术采取以下的技术方案予以实现：
3、一种预钻孔原位岩体孔壁完整性评价系统，其特征在于，包括钻机、钻杆、原位岩体力学参数测试仪器、通信传输装置、全景孔壁成像仪器、深度探头、通信传输
4、所述原位岩体力学参数测试仪器用于孔壁岩体的原位测试，实现原位岩体力学参数测量；
5、所述通信传输装置用于连接原位岩体力学参数测试仪器和全景孔壁成像仪器，同时将二者所获取到的信息通过通信传输线缆传输到数据采集模块；
6、所述深度探头主要用于仪器下放时，确定仪器所处孔内的位置，直观获取仪器现处孔内深度，同时防止仪器下放过深，触探到孔底造成仪器损坏；
7、所述数据采集模块将孔内获取的参数进行采集并将信号转换；
8、所述数据分析模块将数据采集模块所获取的数据进行分析处理，获取到孔壁原位岩体力学参数，并依据孔壁岩体的全景图像获取图像灰度级、像素灰度级、对比度、饱和度和障碍物信息，并进行岩体孔壁完整性评价。
9、上述预钻孔原位岩体孔壁完整性评价系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
10、s1：通过钻机连接的钻杆，依次将原位岩体力学参数测试仪器、通信传输装置、全景孔壁成像仪器、深度探头相连接，通过钻机的给进和回转功能带动钻杆，实现仪器的孔内下放；
11、s2：仪器下放时，通过深度探头确定仪器所处孔内的位置，直观获取仪器现处孔内深度，同时防止仪器下放过深，触探到孔底造成仪器损坏；
12、s3、全景孔壁成像仪器对孔壁进行全景扫描，获取孔壁随孔深变化的全景图像信息，通信传输装置将全景图像信息通过通信传输线缆传输到数据采集模块；
13、s4：深度探头判定仪器到达指定位置后，原位岩体力学参数测试仪器3开始对孔壁岩体力学参数进行原位测试，通信传输装置将岩体力学参数测试信息通过通信传输线缆传输到数据采集模块；
14、s5：原位测试完成后，通过钻机的给进和回转功能带动钻杆，实现仪器的孔内回收；
15、s6：将数据采集模块的数据信号传入到数据分析模块中，显示钻孔全景图像，并进行孔壁综合完整性评价。
16、具体地，
17、所述的孔壁地质结构评价方法包括下列步骤：
18、步骤一，通过全景孔壁成像仪器采集孔内n个部位的孔壁图像，并由每一处孔壁图像得到相应的图像灰度级、像素灰度级、对比度和饱和度，得到图像灰度级数据集p1＝{p11，p12，…p1i，…p1n}、像素灰度级数据集p2＝{p21，p22，…p2i，…p2n}、对比度数据集p3＝{p31，p32，…p3i，…p3n}、饱和度数据集p4＝{p41，p42，…p4i，…p4n}；构建地质结构综合数据集p＝{p01，p02，…p0i，…p0n}；
19、
20、α1、α2、α3、α4、α5为调节系数，取值0～10；
21、步骤二，获取到的钻孔全景图像用于评价孔壁地质结构的破碎或完整性，采用地质结构密度函数对孔壁岩体完整和破碎形态进行定量评价；
22、地质结构密度函数用f(z)表示，其中z为深度；
23、
24、式中，a、b分别为步骤一所构建的综合数据值内的最大值与最小值；k为抛物线系数，为a与b的比值，取值0～1；f为步骤一所构建的综合数据集内所有数据的平均值；
25、采用地质结构评价函数来定量评价给定范围内完整岩体块度所占的尺度，用百分数来表示。若给定的深度范围为[h1，h2]，则地质结构评价函数为：
26、
27、所述的孔壁岩体凹凸评价方法包括下列步骤：
28、步骤一，通过全景孔壁成像仪器采集孔内n个部位的岩壁图像和岩壁障碍物信息，并由每一处孔壁图像得到相应的图像灰度级、像素灰度级、对比度、饱和度和障碍物信息，得到图像灰度级数据集p1＝{p11，p12，…p1i，…p1n}、像素灰度级数据集p2＝{p21，p22，…p2i，…p2n}、对比度数据集p3＝{p31，p32，…p3i，…p3n}、饱和度数据集p4＝{p41，p42，…p4i，…p4n}、障碍物数据集p5＝{p51，p52，…p5i，…p5n}；构建孔壁岩体凹凸综合数据集d＝{d01，d02，…d0i，…d0n}；
29、
30、β1、β2、β3、β4、β5为调节系数，取值0～10；
31、步骤二，采用上述测量系统，测量方法中s7中获取到的钻孔全景图像可用于评价孔壁岩体的凹凸性，凹凸性指数密度函数用g(z)表示，其中z为深度；
32、
33、式中，n、m分别为步骤一所构建的综合数据值内的最大值与最小值；x为抛物线系数，为n与m的比值，取值0～1；为步骤一所构建的综合数据集内所有数据的平均值；
34、采用岩体凹凸评价函数s来定量评价给定范围内完整岩体块度所占的尺度，用百分数来表示；
35、若给定的深度范围为[h1，h2]，则岩体凹凸评价函数s为：
36、
37、所述的孔壁综合完整性评价方法如下：
38、通过钻孔全景图像测量钻孔直径，间隔1度进行测量，将其划分为360组，并测量出360组直径数据，并进行求解平均值为d，同时该处的理论直径为d0，同时测量原位岩体力学参数，e为黏聚力，f为内摩擦角，则孔壁综合函数m(z)为：
39、
40、式中，u1，u2，u3分别为加权系数，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种预钻孔原位岩体孔壁完整性评价系统，其特征在于，包括钻机、钻杆、原位岩体力学参数测试仪器、通信传输装置、全景孔壁成像仪器、深度探头、通信传输线缆、数据采集模块、数据分析模块；其中，所述钻机通过钻杆与原位岩体力学参数测试仪器、全景孔壁成像仪器、深度探头相连接，与钻杆共同实现仪器的下放与回收；
2.权利要求1所述的预钻孔原位岩体孔壁完整性评价系统的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的孔壁地质结构评价方法包括下列步骤：
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的孔壁岩体凹凸评价方法包括下列步骤：
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的孔壁综合完整性评价方法如下：
【技术特征摘要】
1.一种预钻孔原位岩体孔壁完整性评价系统，其特征在于，包括钻机、钻杆、原位岩体力学参数测试仪器、通信传输装置、全景孔壁成像仪器、深度探头、通信传输线缆、数据采集模块、数据分析模块；其中，所述钻机通过钻杆与原位岩体力学参数测试仪器、全景孔壁成像仪器、深度探头相连接，与钻杆共同实现仪器的下放与回收；
2.权利要求1所述的预钻孔原...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟自成，张宁，方鹏，阚志涛，高勇，何玢洁，刘璞，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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