一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法与流程

本发明涉及岩体质量评价，具体的，涉及一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法。

背景技术：

1、随着资源开采深度的增加，人类工程活动也是逐渐向深部地层发展，深部地层是由多种介质和多相物理力学场共同组成的复杂地质体，在地应力、高地温、高渗透压的赋存环境与深部空间开发建设的强扰动共同作用下，往往导致在地下工程开挖过程中发生的岩爆、突水、断层错动、局部塌陷等突发性动力灾害，工程岩体质量的精准探测与评价是预测、控制深部地下工程风险的基础，也是进行深部工程选址、设计与施工的关键依据，在评价岩石质量指标中多采用rqd指标，广泛应用于水利水电、矿山、地下工程、交通工程等岩体稳定性评价。工程勘察过程中采用钻探方法揭露工程区域地层特征，通过岩芯完整情况来评价岩石质量；

2、例如，中国专利公开号为cn106703795a中公开的“一种基于激光测距仪的巷道顶板岩体质量等级随钻探测方法，包括如下步骤：a.建立该矿的岩体质量等级为i～v级的钻速标准库：在该矿同煤层巷道中，在顶板选取采样点，在采样点20m范围内钻取不同层位岩石并按照《煤与岩石物理力学性质测定方法》组合加工成标准试样，得到质量等级为i～v级的岩体试样，利用矿山锚杆钻机及钻头对i～v级的岩体试样进行钻进实验，分别得到岩体质量等级为i～v级的岩体钻速标准库；b.利用紧固装置将脉冲式激光测距仪安装到单体锚杆钻机的机身中部，将单体锚杆钻机布置在锚杆钻孔处，并根据需要钻孔的位置及激光测距仪的光路，在巷道顶板上与脉冲式激光测距仪对应处安装顶板反射器，使脉冲式激光测距仪发射的激光正好穿过顶板反射器底部的小孔，完成脉冲式激光测距仪和顶板反射器的对孔工序；c.启动单体锚杆钻机，在单体锚杆钻机钻进过程中，使用脉冲式激光测距仪按固定的间隔时间记录单体锚杆钻机钻杆的钻进距离，在钻进过程中根据需要加长钻杆，钻进距离按次序累加加长钻杆的长度”；

3、该类专利通过结合锚固支护技术施工中的凿孔工序，使用脉冲式激光测距仪和顶板反射器测得固定间隔时间内顶板钻孔的钻进距离，实现在顶板施工锚杆或锚索过程中完成顶板岩层基本质量等级i～v级的探测，再与i～v级的岩体钻速标准库进行对比分析，可以定量得出钻孔范围内的各岩体的基本质量等级，但是，在实际操作过程中往往存在偏差，尤其是在深部地层中，岩石在钻进过程中受其自身强度、钻头强度、长距离提升和工人取芯习惯的影响，此外地质编录资料的科学性、实用性还受编录人员的工程经验、责任心等主观影响较大，造成岩石的探测结果与实际存在一定差距，鉴于此，本发明提出一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法。

技术实现思路

1、本发明提出一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法，解决了现有技术中钻孔取芯的方法误差大的问题。

2、本发明的技术方案如下：一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法，包括如下步骤；

3、s1：在岩体上通过斜孔设备打出2个以上的斜孔，钻出斜孔可以延伸到岩体更深处，在发射天线和接收天线上均安装推进装置，再将发射天线和接收天线分别置于不同的斜孔内，为了扩大电磁波的覆盖范围，将发射天线放在较浅斜孔中，将接收天线放在较深的斜孔中；

4、s2：将通过推进装置使得发射天线和接收天线沿着相应的斜孔向下推进，使得发射天线和接收天线能够斜孔内顺利活动，并在不同深度下进行电磁信号的收发工作，同时利用gps定位确定信号的发射位置；

5、s3：通过公式计算出波阻抗z,其中，p为发射天线的发射功率，在l为天线的长度，i为电流、λ为电磁波的波长，波阻抗定义为电磁波传播中电场与磁场的比值，单位为ω，空气的波阻抗最高，为377ω，干燥岩体中波阻抗为100～300ω，发射功率减小；含金属矿物或含水的岩体波阻抗会减小到10～50ω，其发射功率也降低，根据发射功率p与波阻抗z的对应关系，可通过发射点的功率与空气中的发射功率的比值，进行波阻抗测井，从而判断岩体不同深度的成分；

6、s4：通过雷达收信号传输到电脑上进行波速ct成像，通过公式计算出在岩体介质中的电磁波速v，其中，c为空气中的电磁波速，为0.3m/ns，ε为介质的相对介电常数，由于地球上绝大多数干燥的岩土介质，相对介电常数在4～9之间，电磁波速在0.1～0.15m/ns之间，与岩土介质相比，空气的波速最高，为0.3m/ns，水的波速最低，0.033m/ns；当岩土介质的波速低于0.1m/ns，则说明岩土介质松散含水，水量越大电磁波速度越低；当波速高于0.15m/ns，说明岩土松散，发育有空隙或空洞，空隙越多电磁波速度越高；

7、s5：通过雷达收信号传输到电脑上进行趋肤深度ct成像，通过公式计算出趋肤深度δ，σ为介质的电导率，当趋肤深度的变化在3～5m时，岩体介质为干燥的松散层；当趋肤深度的变化小于3m，岩体介质为含水的粘土层，所以通过趋肤深度的变化可以反应出岩体中不同深度的成分。

8、优选的，所述推进装置包括安装套，所述安装套的顶部固定连接有gps定位器，所述gps定位器与电脑信号连接，所述安装套的内侧设置有用于驱使安装套在斜孔中移动的推进机构。

9、优选的，所述推进机构包括活动箱，所述活动箱的两端均固定连接有连接轴，两个所述连接轴均与安装套的内壁转动连接，所述活动箱的一端设置有推压组件，所述推压组件包括若干环绕着活动箱等角度分布的固定杆，若干所述固定杆的一端均与活动箱的侧壁固定连接，若干所述固定杆的另一端倾斜设置的导向套，若干所述导向套的内侧均滑动连接有弹性杆，若干所述弹性杆的一端能够滑动贯穿活动箱的侧壁与斜孔的内壁抵触，若干所述弹性杆的另一端铰接有同一滑杆，所述滑杆贯穿活动箱的侧壁且延伸到活动箱的内侧，所述滑杆与活动箱的侧壁滑动连接，所述滑杆的一端固定连接有弧面凸块，所述滑杆上套设有复位弹簧，所述复位弹簧的一端与弧面凸块抵触，所述弧面凸块的另一端与活动箱的内壁抵触，所述活动箱的内壁上转动连接有转轴一，所述转轴一的一端固定连接有凸轮，所述凸轮通过配合转轴一的转动与弧面凸块间歇性抵触，所述活动箱的内壁上设置有用于驱使转轴一单向转动的驱动组件，所述活动箱的外侧设置有配合驱动组件以驱使连接轴单向转动的翻转件。

10、优选的，所述翻转件包括转轴二，所述转轴二贯穿活动箱的侧壁、且转轴二与活动箱的内壁转动连接，所述转轴二的一端固定连接有齿轮，所述安装套的内壁固定连接有与连接轴同心设置的固定套，所述固定套的一端固定连接有齿圈，所述齿轮与齿圈啮合。

11、优选的，所述驱动组件包括微型双轴电机，所述微型双轴电机固定安装在活动箱的内侧，所述微型双轴电机的一个输出轴设置有用于驱使转轴一单向转动的第一传动件，所述微型双轴电机的另一个输出轴设置有用于驱使转轴二单向转动的第二传动件。

12、优选的，所述第一传动件包括固定座一，所述固定座一固定连接在活动箱的内侧，所述固定座一与转轴一转动连接，所述转轴一的一端固定连接有外棘轮一，所述外棘轮一的一侧转动连接有若干驱动棘爪一，若干所述驱动棘爪一环绕着外棘轮一等角度分布，所述微型双轴电机的一个输出轴固定连接有内棘轮一，若干所述驱动棘爪一均与内棘轮一的齿槽配合，所述固定座一的一端通过销轴转动连接有限位棘轮一，所述限位棘轮一与外棘轮一的齿槽配合，所述限位棘轮一的销轴上套设有扭簧一，所述扭簧一的一端与限位棘轮一焊接，所述扭簧一的另一端与固定座一焊接。

13、优选的，所述第二传动件包括固定座二，所述固定连接在活动箱的内侧，所述固定座二与转轴二转动连接，所述转轴二的一端固定连接有外棘轮二，所述外棘轮二的一侧转动连接有若干驱动棘爪二，若干所述驱动棘爪二环绕着外棘轮二等角度分布，所述微型双轴电机的另一个输出轴固定连接有内棘轮二，若干所述驱动棘爪二均与内棘轮二的齿槽配合，所述固定座二的一端通过销轴转动连接有限位棘爪二，所述限位棘爪二与外棘轮二的齿槽配合，所述限位棘爪二的销轴上套设有扭簧二，所述扭簧二的一端与固定座二焊接，所述扭簧二的另一端与限位棘爪二焊接。

14、优选的，所述内棘轮一与内棘轮二的齿槽方向相反，所述外棘轮一与外棘轮二的齿槽方向相反。

15、优选的，所述安装套的顶端设置有若干与弹性杆滑动配合的导向槽一，所述安装套的底端设置有若干与弹性杆滑动配合的导向槽二，所述导向槽二与导向槽一的开口方向相反。

16、优选的，所述微型双轴电机的输出轴正向转动时，内棘轮一对驱动棘爪一施加驱动力以驱使外棘轮一和转轴一转动；所述微型双轴电机的输出轴反向转动时，内棘轮二对驱动棘爪二施加驱动力以驱使外棘轮二与转轴二转动。

17、本发明的工作原理及有益效果为：

18、1、整个过程可以通过计算电磁波速ct和趋肤深度ct在电脑上成像，从而可以直观的看出岩体不同深度的下的电磁波速和趋肤深度变化，也就可以判断出岩体不同深度的成分组成，由于电磁波可以覆盖整个岩体，相较于现有的取样探测准确度更好，最终的评价结果更加准确；

19、2、当发射天线和接收天线插入斜孔后，此时弹性杆的活动方向朝上，然后通过驱动组件驱使转轴一单向转动，使得凸轮同步转动，当凸轮与弧面凸块抵触时，弧面凸块受到挤压带动滑杆向上滑动，此时复位弹簧被压缩积蓄势能；当凸轮与弧面凸块脱离时，复位弹簧释放势能使得滑杆向下滑动，如此循环，滑杆可以进行上下往复活动，这样可以使得所有的弹性杆沿着导向槽一往复滑动且与斜孔内壁间歇性抵触，当弹性杆与斜孔内壁抵触时，弹性杆会受到斜孔内壁向下的反作用力，从而使得整个推进装置向下滑动，随着弹性杆往复与斜孔内壁抵触，这样可以使得推进装置带动相应的发射天线和接收天线沿着斜孔向下推进，无需人工进行干预，推进速度快，有利于提升探测效率。

技术特征：

1.一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法，其特征在于，包括如下步骤；

2.根据权利要求1所述的一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法，其特征在于，所述推进装置包括安装套(2)，所述安装套(2)的顶部固定连接有gps定位器(3)，所述gps定位器(3)与电脑信号连接，所述安装套(2)的内侧设置有用于驱使安装套(2)在斜孔中移动的推进机构(4)。

3.根据权利要求2所述的一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法，其特征在于，所述推进机构(4)包括活动箱(41)，所述活动箱(41)的两端均固定连接有连接轴(43)，两个所述连接轴(43)均与安装套(2)的内壁转动连接，所述活动箱(41)的一端设置有推压组件(42)，所述推压组件(42)包括若干环绕着活动箱(41)等角度分布的固定杆(421)，若干所述固定杆(421)的一端均与活动箱(41)的侧壁固定连接，若干所述固定杆(421)的另一端倾斜设置的导向套(422)，若干所述导向套(422)的内侧均滑动连接有弹性杆(423)，若干所述弹性杆(423)的一端能够滑动贯穿活动箱(41)的侧壁与斜孔的内壁抵触，若干所述弹性杆(423)的另一端铰接有同一滑杆(424)，所述滑杆(424)贯穿活动箱(41)的侧壁且延伸到活动箱(41)的内侧，所述滑杆(424)与活动箱(41)的侧壁滑动连接，所述滑杆(424)的一端固定连接有弧面凸块(425)，所述滑杆(424)上套设有复位弹簧(426)，所述复位弹簧(426)的一端与弧面凸块(425)抵触，所述弧面凸块(425)的另一端与活动箱(41)的内壁抵触，所述活动箱(41)的内壁上转动连接有转轴一(427)，所述转轴一(427)的一端固定连接有凸轮(428)，所述凸轮(428)通过配合转轴一(427)的转动与弧面凸块(425)间歇性抵触，所述活动箱(41)的内壁上设置有用于驱使转轴一(427)单向转动的驱动组件(45)，所述活动箱(41)的外侧设置有配合驱动组件(45)以驱使连接轴(43)单向转动的翻转件(44)。

4.根据权利要求3所述的一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法，其特征在于，所述翻转件(44)包括转轴二(441)，所述转轴二(441)贯穿活动箱(41)的侧壁、且转轴二(441)与活动箱(41)的内壁转动连接，所述转轴二(441)的一端固定连接有齿轮(442)，所述安装套(2)的内壁固定连接有与连接轴(43)同心设置的固定套(443)，所述固定套(443)的一端固定连接有齿圈(444)，所述齿轮(442)与齿圈(444)啮合。

5.根据权利要求4所述的一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法，其特征在于，所述驱动组件(45)包括微型双轴电机(451)，所述微型双轴电机(451)固定安装在活动箱(41)的内侧，所述微型双轴电机(451)的一个输出轴设置有用于驱使转轴一(427)单向转动的第一传动件(452)，所述微型双轴电机(451)的另一个输出轴设置有用于驱使转轴二(441)单向转动的第二传动件(453)。

6.根据权利要求5所述的一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法，其特征在于，所述第一传动件(452)包括固定座一(4521)，所述固定座一(4521)固定连接在活动箱(41)的内侧，所述固定座一(4521)与转轴一(427)转动连接，所述转轴一(427)的一端固定连接有外棘轮一(4522)，所述外棘轮一(4522)的一侧转动连接有若干驱动棘爪一(4523)，若干所述驱动棘爪一(4523)环绕着外棘轮一(4522)等角度分布，所述微型双轴电机(451)的一个输出轴固定连接有内棘轮一(4524)，若干所述驱动棘爪一(4523)均与内棘轮一(4524)的齿槽配合，所述固定座一(4521)的一端通过销轴转动连接有限位棘轮一(4525)，所述限位棘轮一(4525)与外棘轮一(4522)的齿槽配合，所述限位棘轮一(4525)的销轴上套设有扭簧一(4526)，所述扭簧一(4526)的一端与限位棘轮一(4525)焊接，所述扭簧一(4526)的另一端与固定座一(4521)焊接。

7.根据权利要求6所述的一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法，其特征在于，所述第二传动件(453)包括固定座二(4531)，所述固定连接在活动箱(41)的内侧，所述固定座二(4531)与转轴二(441)转动连接，所述转轴二(441)的一端固定连接有外棘轮二(4532)，所述外棘轮二(4532)的一侧转动连接有若干驱动棘爪二(4533)，若干所述驱动棘爪二(4533)环绕着外棘轮二(4532)等角度分布，所述微型双轴电机(451)的另一个输出轴固定连接有内棘轮二(4534)，若干所述驱动棘爪二(4533)均与内棘轮二(4534)的齿槽配合，所述固定座二(4531)的一端通过销轴转动连接有限位棘爪二(4535)，所述限位棘爪二(4535)与外棘轮二(4532)的齿槽配合，所述限位棘爪二(4535)的销轴上套设有扭簧二(4536)，所述扭簧二(4536)的一端与固定座二(4531)焊接，所述扭簧二(4536)的另一端与限位棘爪二(4535)焊接。

8.根据权利要求7所述的一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法，其特征在于，所述内棘轮一(4524)与内棘轮二(4534)的齿槽方向相反，所述外棘轮一(4522)与外棘轮二(4532)的齿槽方向相反。

9.根据权利要求7所述的一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法，其特征在于，所述安装套(2)的顶端设置有若干与弹性杆(423)滑动配合的导向槽一(5)，所述安装套(2)的底端设置有若干与弹性杆(423)滑动配合的导向槽二(6)，所述导向槽二(6)与导向槽一(5)的开口方向相反。

10.根据权利要求9所述的一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法，其特征在于，所述微型双轴电机(451)的输出轴正向转动时，内棘轮一(4524)对驱动棘爪一(4523)施加驱动力以驱使外棘轮一(4522)和转轴一(427)转动；所述微型双轴电机(451)的输出轴反向转动时，内棘轮二(4534)对驱动棘爪二(4533)施加驱动力以驱使外棘轮二(4532)与转轴二(441)转动。

技术总结
本发明涉及岩体质量评价技术领域，提出了一种基于集对分析的岩体质量分级评价方法，包括如下步骤；S1：在岩体上通过斜孔设备打出斜孔，再将发射天线和接收天线分别置于不同的斜孔内；S2：将通过推进装置使得发射天线和接收天线沿着相应的斜孔向下推进，并在不同深度下进行电磁信号的收发工作；S3：计算出波阻抗,通过发射点的功率与空气中的发射功率的比值，进行波阻抗测井，从而判断岩体不同深度的成分；S4：计算出在岩体介质中的电磁波速，通过波速变化判断岩体不同深度的成分；S5：计算出趋肤深度，通过趋肤深度的变化可以反应出岩体中不同深度的成分。本发明通过电磁波覆盖整个岩体，取样探测准确度更好，最终的评价结果更加准确。

技术研发人员：李新均,郭旭,李博,王子辉
受保护的技术使用者：西北核技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5