巖體變形破壞動態ct探測技術的製作方法

2023-06-23 04:02:31

專利名稱：巖體變形破壞動態ct探測技術的製作方法
技術領域：
本發明屬於巖土工程及礦業工程中巖體探測、工程質量檢測、工程基礎檢測時，對巖體結構狀態、巖性、巖體中包裹體、溶洞、含水體，巖體中裂隙(縫)率，巖體破壞程度及範圍，巖體穩定性，邊坡穩定性等巖體變形破壞動態CT探測技術。
目前在巖土工程及礦業工程中探測巖體動態活動涉及到巖體工程的各個領域，主要包括兩個方面一方面是巖體在自然力的作用下形成的活動，如巖土體塌陷等，涉及的巖體探測為靜態探測；另一方面是由於人工開挖作用於巖體，使巖體失去原有的應力平衡，產生新的應力平衡，在新的應力平衡形成過程中，巖體產生變形和破壞，危及地下工程的穩定性和安全性，如採礦活動形成的巖體破壞等，涉及的巖體探測為動態探測。對巖體變形破壞的探測方法主要是在巖體中施鑽，利用鑽孔進行測量，主要方法有鑽孔水文觀測法、鑽孔聲波測量、鑽孔密度測量、鑽孔應力-應變測量、鑽孔裂隙觀測法等。這些方法所測結果都是反映鑽孔孔壁及近壁範圍內的巖體結構狀態，亦就是「一孔之見」，不能反映孔壁外圍巖體結構狀態，因而所測結果往往對工程失去指導意義，甚至出現錯誤結論。
本項發明的目的是對巖體變形破壞動態實現空間二維或三維探測，是在二孔或多孔中測試，其測試結果不僅能反映鑽孔孔壁及近壁範圍內的巖體結構狀態，而且能反映孔壁外圍巖體結構狀態，達到高效高精度高分辨探測，是一種巖體變形破壞動態CT探測的新技術。
本發明是對任意體積空間巖體都可進行探測，其特徵是對被測巖體旋鑽孔兩個或多個，其中任意兩孔作為一對，一個孔作為發射孔，放置發射傳感器，另一個孔作為接收孔，放置接收傳感器，通過發射一接收射線構成鑽孔間密度足夠大的射線網，可以根據技術要求調節射線網的密度，對測量數據進行CT成像處理，確定巖體破壞與聲波速度場的響應關係，最終確定巖體是否正確，是否存在隱患，是否變形破壞，破壞程度如何。
本發明的優點是(1)實現動態測量，按巖體變形破壞不同關鍵階段，分別設置觀測，觀測結果具有可比性；(2)實現了空間二維和三維測量利用任意組合的兩個鑽孔可以實現孔間斷面的二維測量，亦就是探測孔間巖體斷面的細微結構狀態。利用多組鑽孔形成的立體空間，同樣可以探測此空間三維巖體細微結構狀態。(3)高精度由於可以控制測點密度或射線稀密程度，只要保證射線足夠密度，亦即測量點適當加密，可以保證成像準確程度高，實現高精度探測。(4)解析度高巖體工程中對巖體內部結構狀態了解程度越高，工程施工技術上越有保障。通過調整數據採集點密度，可以控制解析度，一般解析度可達到測點距的1／2，亦就是說要分辨巖體中0．5m大小地質體，測點距設置1．0m即可，要提高解析度，可以縮小測點距，該解析度完全可滿足巖體工程需要。


圖1是該發明的實施布置圖。圖中1和2為鑽孔，兩孔間細線為射線。圖2是某煤礦開採中探測開採引起的巖體變形破壞動態CT成像成果圖，圖2(a)、圖2(b)、圖(c)代表三個階段測試結果。
該發明是對任意空間巖體都可進行探測，對被測巖體施鑽孔兩個，鑽孔1與鑽孔2的孔間距應稍大於被測巖體區域，具體的鑽孔是互相平行還是有一定交角，可根據實際需要定，但兩孔處於同一平面時效果最佳。靜態探測只進行一次性數據採集即可。動態探測應根據探測內容及目的設計有效觀測時間及觀測次數，一般3～5次即可滿足技術要求。根據需要可進行二維或三維測量，二維測量只需兩個鑽孔即可進行；對於三維空間測量則需要3～5個鑽孔或更多，任何兩孔孔間都可以形成測量斷面，最後根據空間結構形成三維測量結果。測試數據經計算機CT成像處理，可獲得CT斷面圖，通過斷面圖的分析和解譯可以獲得被測巖體的結構性質及狀態。計算機CT成像處理方法主要是SIRT算法(同時聯合迭代重建技術)和Dijkstra最佳路徑算法，可以是直線成像，也可以是曲線成像。根據探測目的可以選擇。分析和解譯方法可以從已知到未知，再到已知，選擇比較法和信息自動識別技術，劃分結構層次狀態、異常特徵和類型、破壞程度、破壞範圍。
圖2中的三個圖是某煤礦開採中探測開採引起的巖體變形破壞CT成像動態探測三個階段測試結果圖。通過三個圖的比較，可以確定巖體破壞狀態和程度。圖2(a)為開採前的探測結果，此時的速度分布反映了巖體的正常巖性和結構狀態；圖2(b)為開採後被測巖體開始遭受破壞時探測結果，可以看出，此時速度分布發生變化，淺部區域速度睚常場明顯降低，而深度變化較小，圖2(c)為繼續開採後進一步破壞時探測結果，也就是破壞繼續進行過程的一次探測，從該圖可以看出巖體速度減小的區域和減小的程度在增加，反映了巖體遭受破壞的程度和範圍在增加。圖2三個分圖反映出巖體破壞的動態過程，CT探測結果為工程設計提供了充足依據。
權利要求
1．本發明屬於巖土工程及礦業工程中巖體探測、工程質量檢測、工程基礎檢測時，對巖體結構狀態、巖性、巖體中包裹體、溶洞、含水體，巖體中裂隙(縫)率，巖體破壞程度及範圍，巖體穩定性，邊坡穩定性等巖體變形破壞動態CT探測技術，本發明是對任意體積空間巖體都可進行探測，其特徵是對被測巖體施鑽孔兩個或多個，其中任意兩孔作為一對，一個孔作為發射孔，放置發射傳感器，另一個孔作為接收孔，放置接收傳感器，通過發射一接收射線構成鑽孔間密度足夠大的射線網，可以根據技術要求調節射線網的密度，對測量數據進行CT成像處理，確定巖體破壞與聲波速度場的響應關係，最終確定巖體是否正確，是否存在隱患，是否變形破壞，破壞程度如何。
2．根據權利要求1所述探測技術，其特徵是鑽孔(1)和鑽孔(2)的間距應稍大於被測巖體區域，兩鑽孔可平行也可有交角。
全文摘要
本發明屬於巖土工程及礦業工程中巖體探測、工程質量檢測、工程基礎檢測時,對巖體結構狀態、巖性、巖體中包裹體、溶洞、含水體,巖體中裂隙(縫)率,巖體破壞程度及範圍,巖體穩定性,邊坡穩定性等巖體變形破壞動態CT探測技術,本發明是對任意體積空間巖體都可進行探測,其特徵是:對被測巖體施鑽孔兩個或多個,其中任意兩孔作為一對,一個孔作為發射孔,放置發射傳感器,另一個孔作為接收孔,放置接收傳感器,通過發射一接收射線構成鑽孔間密度足夠大的射線網,可以根據技術要求調節射線網的密度,對測量數據進行CT成像處理,確定巖體破壞與聲波速度場的響應關係,最終確定巖體是否正確,是否存在隱患,是否變形破壞,破壞程度如何。
文檔編號G01N23/18GK1294299SQ9912304
公開日2001年5月9日 申請日期1999年10月27日 優先權日1999年10月27日
發明者程久龍 申請人:山東礦業學院