全息钻孔式三维岩体评价测试装置及全息钻孔式三维岩体评价方法

本发明涉及地质勘察，尤其涉及一种全息钻孔式三维岩体评价测试装置及全息钻孔式三维岩体评价方法。

背景技术：

1、在地质勘察技术中，钻孔过程监测技术通过监测随钻参数反应岩石的原位信息，完善了传统地质勘查方法耗时费力的不足。但是，钻孔过程监测技术只是对钻进参数进行监测，只能定性的反应地层的软弱状况，现有技术不能查明钻进岩层的结构状态，实现三维岩体评价。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种全息钻孔式三维岩体评价测试装置及全息钻孔式三维岩体评价方法，通过获取钻孔信息并基于地层强度预测系统、岩体结构振动测试系统、地质建模系统进行处理，实现三维岩体评价。

2、为达到上述目的，本发明提出一种全息钻孔式三维岩体评价测试装置，包括全息钻杆和推进机构；所述推进机构驱动所述全息钻杆；

3、所述全息钻杆包括全透明钻杆、微型全息摄像头、补光灯、微型激光发射装置及激光接收装置；所述微型全息摄像头、补光灯、微型激光发射装置及激光接收装置均安装于所述全透明钻杆内。

4、进一步的，所述全息钻孔式三维岩体评价测试装置设有三组所述微型全息摄像头和补光灯。

5、进一步的，每一组的所述微型全息摄像头和补光灯均包括6个小型摄像头和6个补光灯，6个小型摄像头和6个补光灯间隔设于所述全息钻杆的一周。

6、进一步的，所述全透明钻杆内，自钻头端至尾端，依次设有第一组所述微型全息摄像头和补光灯、微型激光发射装置、第二组所述微型全息摄像头、激光接收装置和第三组所述微型全息摄像头。

7、进一步的，所述推进机构包括动力源和动力参数监测装置；

8、所述动力源与所述全息钻杆传动连接，所述动力参数监测装置与所述微型激光发射装置和激光接收装置信号连接。

9、进一步的，所述微型激光发射装置发射短波红外激光，所述激光接收装置接收所述短波红外激光。

10、本发明还提出一种全息钻孔式三维岩体评价方法，包括以下步骤：

11、步骤1：将全息钻孔式三维岩体评价测试装置安装在目的地质区域；

12、步骤2：打开摄像头、微型激光发射装置及激光接收装置；

13、步骤3：将动力源设置为恒定速度、恒定压力或恒定钻头扭矩模式；

14、步骤4：启动装置，通过动力参数监测装置记录钻孔图像、孔内岩体振动信息以及钻杆钻进速度、钻进压力及钻头扭矩数据；

15、步骤5：当钻进至目标深度后，导出钻孔图像数据，孔内岩体振动信息及钻进地层软弱信息；

16、步骤6：通过振动频率预测岩体结构信息、钻进参数预测钻进岩层软弱并与钻孔图像进行比对、融合处理，实现三维岩体评价。

17、进一步的，当地层较为稳定时，孔内岩体振动频率和钻进参数变化不大；当岩体振动频率和钻进参数出现突增或突降现象时，表明钻进地层发生变化。

18、与现有技术相比，本发明的优势之处在于：

19、1、本发明通过动力参数监测装置获取钻进过程中的钻进参数信息，通过计算单位破碎岩体耗能状况，判定钻进地层的软硬程度。

20、2、本发明通过激光激发岩体振动，测试得到岩石振动频率变化曲线，能够反应岩体边界信息，判定结构稳定状态，对危险岩体区域进行预警。

21、3、本发明基于振动频率预测原位岩体结构信息、通过钻进参数预测原位钻进岩层软弱并与钻孔图像进行比对、融合处理，保证探明的地层强弱及地层岩体稳定状态具有高度准确性。

技术特征：

1.一种全息钻孔式三维岩体评价测试装置，其特征在于，包括全息钻杆和推进机构；所述推进机构驱动所述全息钻杆；

2.根据权利要求1所述的全息钻孔式三维岩体评价测试装置，其特征在于，所述全息钻孔式三维岩体评价测试装置设有三组所述微型全息摄像头和补光灯。

3.根据权利要求2所述的全息钻孔式三维岩体评价测试装置，其特征在于，每一组的所述微型全息摄像头和补光灯均包括6个小型摄像头和6个补光灯，6个小型摄像头和6个补光灯间隔设于所述全息钻杆的一周。

4.根据权利要求2所述的全息钻孔式三维岩体评价测试装置，其特征在于，所述全透明钻杆内，自钻头端至尾端，依次设有第一组所述微型全息摄像头和补光灯、微型激光发射装置、第二组所述微型全息摄像头、激光接收装置和第三组所述微型全息摄像头。

5.根据权利要求1所述的全息钻孔式三维岩体评价测试装置，其特征在于，所述推进机构包括动力源和动力参数监测装置；

6.根据权利要求1所述的全息钻孔式三维岩体评价测试装置，其特征在于，所述微型激光发射装置发射短波红外激光，所述激光接收装置接收所述短波红外激光。

7.一种全息钻孔式三维岩体评价方法，使用如权利要求1-6中任意一项所述的全息钻孔式三维岩体评价测试装置，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的全息钻孔式三维岩体评价方法，其特征在于，当地层较为稳定时，孔内岩体振动频率和钻进参数变化不大；当岩体振动频率和钻进参数出现突增或突降现象时，表明钻进地层发生变化。

技术总结
本发明提出一种全息钻孔式三维岩体评价测试装置及全息钻孔式三维岩体评价方法，包括全息钻杆和推进机构；推进机构驱动全息钻杆；全息钻杆包括全透明钻杆、微型全息摄像头、补光灯、微型激光发射装置及激光接收装置；微型全息摄像头、补光灯、微型激光发射装置及激光接收装置均安装于全透明钻杆内；本发明的全息钻孔式三维岩体评价测试装置便于采集岩层信息，进一步基于振动频率预测原位岩体结构信息、通过钻进参数预测原位钻进岩层软弱并与钻孔图像进行比对、融合处理，保证探明的地层强弱及地层岩体稳定状态具有高度准确性。

技术研发人员：刘正好,马险峰,刘剑,陈伟,李向红,孙长安,张海华,洪斌,李海,华俊凯,陈优,王圣康,耿小飞
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11