一种基于炮孔钻进信息的隧道超前地质预报方法

摘要

本发明公开了一种基于炮孔钻进信息的隧道超前地质预报方法，其步骤：A.在预报实施前先建立可钻性指数的标准数据库[K_i]；B.超前地质预报实施的具体步骤是：1)对掌子面的超前炮孔进行编号；2)将采集得到的钻进速率v、钻进压力p、钻杆转速w及岩渣、回水量及回水颜色逐一记录；3)根据可钻性指数公式(7)计算每组参数的可钻性指数K；4)将计算的可钻性指数k与[K_i]进行对比，若K∈(min[K_i],max[K_i])，则本钻进段的基本围岩级别为i级；5)在结合岩渣成分、回水情况和掌子面围岩情况，根据表2对围岩级别进行综合判定；6)综合预报的围岩级别与隧道开挖后的确定的实际围岩级别进行对比、验证；7)将修正后的数据扩充到[K_i]中。本方法操作方便、费用低廉，准确高效，可以进行实时的超前地质预报。

主权项

一种基于炮孔钻进信息的隧道超前地质预报方法，包括如下步骤：在炮孔的钻进中，对钻进信息进行采集，所述的钻进信息包括：钻进速率v、钻进压力p、钻杆转速N、岩渣、回水量及回水颜色；基于能量守恒原理，由采集到的钻进速率v、钻进压力p、钻杆转速N三个参数计算出围岩的可钻性指数Kˊ可钻性指数Kˊ的计算公式是建立典型围岩级别的可钻性指数标准数据库[Ki]，其步骤是：通过在i级围岩中进行n次炮孔钻进并获得钻进信息，由式计算得到可钻性指数Ki1'、Ki2'、Ki3'……Kin'，得到i级围岩的可钻性指数数据库[Ki]'，i＝Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，分别表示Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩；对i级围岩的可钻性指数数据库[Ki]'内的数据Ki1'、Ki2'、Ki3'……Kin'，根据概率统计方法进行数据筛选，筛选后的数据作为可钻性指数标准数据库[Ki]；数据筛选步骤包括：根据概率统计方法，i级围岩的可钻性指数数据库[Ki]'内的数据Ki1'、Ki2'、Ki3'……Kin′服从正态分布：可钻性指数的均值为：${{\bar{K}}_i}^{\prime }=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{K_{ij}}^{\prime }---\left(8\right)$标准差Si′为：${S_i}^{\prime }=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{({K_{ij}}^{\prime }-{{\bar{K}}_i}^{\prime })}^2}---\left(9\right)$可钻性指数均值的置信水平为1‑α的置信区间为：$({{\bar{K}}_i}^{\prime }-\frac{{S_i}^{\prime }}{\sqrt{n}}{t}_{\alpha /2}(n-1),{{\bar{K}}_i}^{\prime }+\frac{{S_i}^{\prime }}{\sqrt{n}}{t}_{\alpha /2}(n-1\left)\right)---\left(10\right)$式中：α为分位点，α取值范围是0.01～0.40；t_α/₂(n‑1)为t分布中，样本数为n时，t分布中α/2分位点对应的数值，通过查阅概率论手册中的t分布表来确定；将符合：${K_{ij}}^{\prime }\in ({{\bar{K}}_i}^{\prime }-\frac{{S_i}^{\prime }}{\sqrt{n}}{t}_{\alpha /2}(n-1),{{\bar{K}}_i}^{\prime }+\frac{{S_i}^{\prime }}{\sqrt{n}}{t}_{\alpha /2}(n-1\left)\right),j=1,2,3......n---\left(11\right)$的数据纳入可钻性指数标准数据库中，形成i级围岩的可钻性指数标准数据库[Ki]；通过计算出的可钻性指数与可钻性指数标准数据库[K_i]进行对比，计算的可钻性指数K∈(min[K_i],max[K_i])，钻进段的围岩级别为i级；结合岩渣成分、掌子面围岩情况，对岩石性状进行预判；回水情况结合基本围岩级别，对围岩级别做出综合预报，至此完成对隧道掌子面前方围岩级别的预报；按照实际围岩级别对计算的可钻性指数K分类；按照可钻性指数标准数据库[K_i]建立的步骤，将计算的可钻性指数K扩充到可钻性指数标准数据库[K_i]中,完成数据反馈和数据库修正。