基于凿岩台车随钻参数的围岩分析方法及系统与流程

本发明涉及隧道施工领域，具体地说，涉及一种基于凿岩台车随钻参数的围岩分析方法及系统。

背景技术：

目前的地质研究基于石油勘探领域中的较多，一般是利用岩石的电化学特性、声学特性等得到岩石的各种物理参数，如电阻率、声波速度等，再将这些参数转化为地质信息。而基于煤矿巷道施工的地质状态识别的研究大都集中在为保证安全施工方面，获取围岩质量，不能够为正确选择隧道开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供正确依据，不能保证施工安全的同时提高钻进效率。

针对隧道施工现状，本发明提供了一种基于凿岩台车随钻参数的围岩分析方法及系统。

技术实现要素：

本发明提供的一种基于凿岩台车随钻参数的围岩分析方法，所述方法包含以下步骤：

依据预设时间间隔获取凿岩台车在不同钻孔采集的随钻数据，形成包含所述随钻数据的钻孔日志；目前随钻数据的采集多是通过钻进长度控制，比如每钻进2厘米，采集一次随钻数据，将所采集的压力传感器信号传到控制器plc，控制器根据所测的数据进行相应的存储、判识等处理操作。传统的数据采集方法在特殊地质条件下，容易遗漏小型裂隙，而且如果发生钻进异常，如卡钻、停钻等，因为没有达到距离要求，数据采集就会停止；工况判别和实际有些出入，得到的随钻数据在反应围岩状况以及指导后续施工方面有一定缺陷。针对以上缺陷，本发明采用以时间为周期，控制随钻数据的采集，比如每50ms进行一次数据采集，并增加钻进位移作为记录参数，在恒功率条件下，观察相同时间内，钻进长度的差别，所得推进速度更加精准，而且在日志中可以及时发现钻进异常状态，便于数据预处理，对围岩质量分析提供了进一步的依据。相较于以钻进长度控制数据采集，增加了结果分析依据，所得围岩分析结果真实性增强，更加精准、高效。

判断当前施工项目的类别，根据施工项目的类别以及所述钻孔日志得到当前施工项目的地质分析参数配置文件；

基于所述地质分析参数配置文件处理所述随钻数据，生成当前施工围岩的地质云图。

根据本发明的一个实施例，所述随钻数据中包含的随钻参数种类有：推进速度、推进压力、冲击压力、回转压力、水压力以及水流量。由于任何单一的随钻参数都不能全面判定围岩特性，因此本发明通过将多个参数归一化来反映围岩特性，突破七个参数(推进速度、推进压力、冲击压力、回转压力、水压力、回转速度以及水流量等随钻参数)与围岩之间的量化关系。通过实验研究，根据各参数相对围岩硬度的关联度，分配给七个随钻参数相应的权重，使拟合数据能够充分反映围岩特性，提高围岩分析结果的准确性，实现围岩定性分析。在所有随钻参数中，由于推进速度与围岩硬度有最直接的关系，因此在拟合数据中所占比重最大。

根据本发明的一个实施例，判断当前施工项目的类别，根据施工项目的类别以及所述钻孔日志得到当前施工项目的地质分析参数配置文件的步骤中，还包含以下步骤：

识别当前施工项目中使用的凿岩台车种类，判断当前使用的凿岩台车是否具备本项目历史使用记录；

若当前使用的凿岩台车具备本项目历史使用记录，则根据已经生成的配置文件作为当前施工项目的地质分析参数配置文件；

若当前使用的凿岩台车不具备本项目历史使用记录，根据所述钻孔日志，对凿岩台车进行标定，得到当前施工项目的地质分析参数配置文件。

根据本发明的一个实施例，对凿岩台车进行标定操作的步骤中，包含：分析所述钻孔日志，对所述钻孔日志中的数据进行处理并标准化显示以完成标定操作。

根据本发明的一个实施例，生成配置文件的步骤中，包含以下步骤：

依据所述钻孔日志，对所述随钻参数中不同种类的参数进行权重分配；

根据权重分配后的随钻数据得到拟合数据，其中，所述拟合数据属于所述配置文件。

根据本发明的一个实施例，生成配置文件的步骤中，包含：针对钻孔的类型，设置相应的凿岩台车参数，其中，所述凿岩台车参数属于所述配置文件。

根据本发明的一个实施例，所述钻孔的类型包含：爆破孔、长孔以及锚杆孔。需要说明的是，在其它实施例中，还可以包含爆破孔、长孔以及钻杆孔之外其他类型的钻孔，本发明不对此做出限制。

根据本发明的一个实施例，所述地质云图的形式包含地质断面图、表面图以及轮廓图。需要说明的是，在其它实施例中，还可以包含地质断面图、表面图以及轮廓图之外其他类型的地质云图，本发明不对此做出限制。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于凿岩台车随钻参数的围岩分析系统，所述系统包含：

随钻日志生成模块，其用于依据预设时间间隔获取凿岩台车在不同钻孔采集的随钻数据，形成包含所述随钻数据的钻孔日志；

地质分析参数配置文件生成模块，其用于判断当前施工项目的类别，根据施工项目的类别以及所述钻孔日志得到当前施工项目的地质分析参数配置文件；

地质云图生成模块，其用于基于所述地质分析参数配置文件处理所述随钻数据，生成当前施工围岩的地质云图。

根据本发明的一个实施例，所述地质分析参数配置文件生成模块包含：

标定单元，由于各种原因，不同凿岩台车对同一种岩石钻进时所得围岩数据会有差异，如果不对机器进行标定，不同凿岩台车间生成的地质云图也会有差异，影响围岩分析结果，因此在项目施工前需要对凿岩台车进行标定。标定单元用于分析所述钻孔日志，对所述钻孔日志中的数据进行处理并标准化显示以完成标定操作。在标定过程中，通过分析随钻参数并对配置文件进行标准化显示，能够消除不同台车生成云图的显示差异。提升地质云图的精确程度。

本发明提供的基于凿岩台车随钻参数的围岩分析方法及系统能够通过凿岩台车的随钻参数对围岩进行分析，能够反映围岩的特性，便于施工。另外，本发明给不同的随钻参数进行权重分配，所得的拟合数据能够充分反应围岩的情况，使围岩分析结果准确可靠，可为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据，保证施工安全的同时提高钻进效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1显示了根据本发明的一个实施例的基于凿岩台车随钻参数的围岩分析方法流程图；

图2显示了根据本发明的另一个实施例的基于凿岩台车随钻参数的围岩分析方法流程图；

图3显示了根据本发明的一个实施例的基于凿岩台车随钻参数的围岩分析方法进行标定的流程图；以及

图4显示了根据本发明的一个实施例的基于凿岩台车随钻参数的围岩分析系统结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明实施例作进一步地详细说明。

图1显示了根据本发明的一个实施例的基于凿岩台车随钻参数的围岩分析方法流程图。

如图1所示，在步骤s101中，依据预设时间间隔获取凿岩台车在不同钻孔采集的随钻数据，形成包含随钻数据的钻孔日志。凿岩台车钻孔作业时，每钻进一段时间自动采集一次凿岩台车传感器当前钻孔的随钻数据，然后结合所有施作孔信息生成当前工作钻孔日志。

然后，在步骤s102中，判断当前施工项目的类别，根据施工项目的类别以及钻孔日志得到当前施工项目的地质分析参数配置文件。

最后，在步骤s103中，基于地质分析参数配置文件处理随钻数据，生成当前施工围岩的地质云图。地质云图的形式包含地质断面图、表面图以及轮廓图。

如图1，本发明通过结合隧道施工特殊工况、超前钻探mwd分析理论，将凿岩台车钻进过程中传感器反馈的随钻数据作为判别依据，进行围岩分析，最终以地质云图的形式呈现地质分析情况。

具体的，如图2所示，在一实施例中，步骤s201，依据预设时间间隔获取凿岩台车在不同钻孔采集的随钻数据。步骤s202，形成钻孔日志。凿岩台车钻孔作业时，每钻进一段时间自动采集一次凿岩台车传感器当前钻孔的随钻数据，然后结合所有施作孔信息生成当前工作钻孔日志。

然后，在步骤s203中，判断当前凿岩台车是否具备本项目历史使用记录。不同凿岩台车对同一种岩石钻进时所得围岩数据会有差异，生成的地质云图也会存在差异，影响围岩分析的结果。因此，需要首先确定当前凿岩台车是否具备本项目历史使用记录。

如果当前凿岩台车具备本项目历史使用记录，则在步骤s204中，导入已经生成的配置文件。根据前几个循环的工作日志，将各孔随钻参数分配权重进而得到拟合数据。然后，针对不同孔类型(爆破孔、长孔、锚杆孔)设置相应的凿岩台车参数。

如果当前凿岩台车不具备本项目历史使用记录，则在步骤s205中，上传钻孔日志。将钻孔日志上传至地质分析软件，为后续生成配置文件做准备。

然后，在步骤s206中，对凿岩台车进行标定。标定即对配置文件的标准化显示，目的是在生成地质云图时，图像显示效果好，降低对识图人员的专业要求，利于分析岩层的情况。

接着，在步骤s207中，处理随钻数据。最后，在步骤s208中，生成地质云图。基于配置文件处理随钻参数，生成地质断面图、轮廓图等多种形式的地质云图，完成mwd地质分析。

进一步的，图3显示了本发明的一个实施例的基于凿岩台车随钻参数的围岩分析方法进行标定的流程图。

如图3所示，在步骤s301中，分析钻孔日志。在步骤302中，分析钻孔日志得到配置文件后，再对其进行标准化显示设置，生成地质分析配置文件，即标定完成。

图4显示了根据本发明的一个实施例的基于凿岩台车随钻参数的围岩分析系统结构框图。如图4所示，系统包含随钻日志生成模块401、地质分析参数配置文件生成模块402以及地质云图生成模块403。其中，随钻日志生成模块401包含获取单元4011以及统计生成单元4012。地质分析参数配置文件生成模块402包含判断单元4021、配置文件生成单元4022、导入单元4023以及标定单元4024。地质云图生成模块403包含处理单元4031以及云图生成单元4032。

随钻日志生成模块401用于依据预设时间间隔获取凿岩台车在不同钻孔采集的随钻数据，形成包含随钻数据的钻孔日志。获取单元4011用于获取随钻数据。统计生成单元4012用于统计之前的随钻数据，生成钻孔日志。

地质分析参数配置文件生成模块402用于判断当前施工项目的类别，根据施工项目的类别以及钻孔日志得到当前施工项目的地质分析参数配置文件。其中，判断单元4021用于识别当前施工项目中使用的凿岩台车种类，判断当前使用的凿岩台车是否具备本项目历史使用记录。

导入单元4023用于在当前使用的凿岩台车具备本项目历史使用记录时，导入已经生成的配置文件作为当前施工项目的地质分析参数配置文件；

标定单元4024用于若当前使用的凿岩台车不具备本项目历史使用记录，根据钻孔日志，对凿岩台车进行标定，得到当前施工项目的地质分析参数配置文件。

配置文件生成单元4022用于依据钻孔日志，对随钻参数中不同种类的参数进行权重分配。然后，根据权重分配后的随钻数据得到拟合数据，其中，拟合数据属于所述配置文件。

配置文件生成单元4022还用于针对钻孔的类型，设置相应的凿岩台车参数，其中，凿岩台车参数属于配置文件。钻孔的类型包含：爆破孔、长孔以及锚杆孔。需要说明的是，还可以包含爆破孔、长孔以及钻杆孔之外其他类型的钻孔，本发明不对此做出限制。

地质云图生成模块403用于基于地质分析参数配置文件处理随钻数据，生成当前施工围岩的地质云图。处理单元4031用于处理随钻数据。云图生成单元4032用于生成地质云图。地质云图的形式包含地质断面图、表面图以及轮廓图。需要说明的是，还可以包含地质断面图、表面图以及轮廓图之外其他类型的地质云图，本发明不对此做出限制。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。