CN111622700A - 适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对于不良地质结构面超前预测的信息化钻探***及方法，旨在克服现有技术中软弱夹层钻探技术的通过取芯鉴定才能辨识软弱层的不足之处，以便钻探过程中及时发现不良地质体或地质结构面的空间分布位置。所述***包括计算机、钻机、地质雷达、钻杆和钻头，钻杆连接钻机，钻头设置于钻杆的末端，所述钻杆内部为中空结构，地质雷达设置于钻杆内部并与钻杆活动连接，所述计算机电连接地质雷达。所述方法主要步骤包括：***架设开设钻进；需要增加钻杆时，使电线从钻杆底部穿过，从钻杆顶部穿出和计算机相连；钻头向下钻进，地质雷达工作与计算机通讯，计算机对所接受的介质信息、几何形态信息进行解译、分析，形成雷达图像。

Description

适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探***及方法
技术领域
本发明涉及岩土工程及水利水电工程领域，尤其涉及一种适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探***及方法。
背景技术
在水利水电工程中，断层破碎带、层间错动带等软弱结构面对于大型地下洞室的稳定性起着决定性的作用，因此在洞室开挖之前能否准确预测以上不良地质结构面出露位置，成为了设计成败的关键。目前对地下洞室地质条件的探测主要是钻孔取芯、地质编录，采取试样进行室内试验，整个过程较为繁琐，周期较长，浪费人力物力，增加成本。
在岩土工程勘察过程中，软弱夹层的分布情况是勘查重点。软弱夹层是一种常见的不良地质体，常常需要对其取样进行物理、力学参数测试。当钻遇至软弱夹层时，取样时需额外谨慎，才能取得扰动程度小的土样，因此对软弱层是否存在的预判显得尤为重要，而传统钻探只能在钻进至该层时通过取芯鉴定才能辨识，此时，为时已晚，软弱带可能在钻进过程中流失，无法取到原状样，只能重新布置钻孔，增加成本。
发明内容
本发明为了克服现有技术中软弱夹层钻探技术的通过取芯鉴定才能辨识软弱层的不足之处，提供了一种对于不良地质结构面超前预测的信息化钻探***及方法，以便钻探过程中及时发现不良地质体或地质结构面的空间分布位置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探***，所述***包括计算机、钻机、地质雷达、钻杆和钻头，钻杆连接钻机，钻头设置于钻杆的末端，所述钻杆内部为中空结构，地质雷达设置于钻杆内部并与钻杆活动连接，所述计算机电连接地质雷达。
作为优选，钻杆的中空结构内壁设有环形的定位槽，钻杆内设有横梁，所述横梁两端滑动连接定位槽，地质雷达顶部连接横梁。
作为优选，所述地质雷达包括雷达发射节和雷达接收节，雷达接收节位于雷达发射节下方。
作为优选，横梁两端设有嵌入定位槽内的滚珠。
作为优选，所述地质雷达外部罩设有防水罩。
本发明同时提供一种适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，平整场地，架设钻机，将钻杆和钻机连接，将钻头与钻杆连接，地质雷达通过电线与计算机连接；
步骤2，钻进一定进尺时，需要增加钻杆时，先将电线与计算机断开，使与计算机相连端的电线从钻杆底部穿过，从钻杆顶部穿出和计算机相连，1)再次增加钻杆时，重复以上步骤；
步骤3，钻头向下钻进，地质雷达中的雷达发射节向钻头所经过周围地层发射高频率电磁波，遇到地质结构面或孤立异常体时，由雷达接收节接收反射电磁波，通过电线传递至计算机；
步骤4，计算机对所接受的介质信息、几何形态信息进行解译、分析，形成雷达图像，对地质雷达形成的图像，进行地质解释，确定地质结构面或孤立异常体分布空间范围。
传统地下洞室地质钻探只能在钻孔终孔时，取芯完成之后，进行钻孔岩芯地质编录之后，才能确定地质条件。而本发明可以在钻探过程中随时预测下部地质结构面的空间分布，加快工期，节约劳动成本。
地质雷达探测数据可靠，可真实定位地质结构面、溶洞或者临空面的位置。在水利水电工程中，在地下洞室开挖前，可及时预判不良地质结构面的空间分布，便于进行支护设计工作；岩土工程勘察中，可以预先预测软弱夹层位置，及时更换取样工具，获得满足试验要求的土样，为设计提供更为准确的土体物理力学参数。
简单的打孔，只能测试所钻钻孔范围内不良地质体的情况，而本发明可以探测钻孔周边以外一定范围内的地质结构面的分布发育情况。
附图说明
图1为本发明的一种适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探***示意图。
图2为本发明的一种适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探***的横梁部分的局部结构图。
图3为本发明的一种适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探方法中地质结构面地质雷达成像对照展示图。
图中标注：1、计算机；2、钻机；3、横梁；301、雷达发射节；302、雷达接收节；303、防水罩；4、钻杆；401、定位槽；402、滚珠；5、钻头；6、层间错动带；601、层间错动带图像；7、断层；701、断层图像；8、孤立异常体；801、孤立异常体图像；9、钻孔；10、电线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
如图1所示，本发明的一种适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探***，其特征是，所述***包括计算机1、钻机2、地质雷达、钻杆4和钻头5，钻杆连接钻机，钻头设置于钻杆的末端，所述钻杆内部为中空结构，地质雷达设置于钻杆内部并与钻杆活动连接，所述计算机电连接地质雷达。
如图2所示，钻杆的中空结构内壁设有环形的定位槽401，钻杆内设有横梁3，所述横梁两端滑动连接定位槽，地质雷达顶部连接横梁。横梁两端设有嵌入定位槽内的滚珠402。所述地质雷达外部罩设有防水罩。所述地质雷达包括雷达发射节301和雷达接收节302，雷达接收节位于雷达发射节下方。
横梁和定位槽滑动连接，且定位槽内的滚珠减小横梁和定位槽的摩擦系数，保证钻杆钻进回转过程中，地质雷达不随钻杆而转动，地质雷达外部用防水罩保护，避免受水冲刷。
在钻探进行时，通过地质雷达钻杆内的地质雷达发射节向周围地层发射高频率电磁波脉冲，当遇到有电性差异(介电常数和电导率)的地质结构面或地质体时，电磁波将发生反射，接收节接收电磁波携带的地层介质电性及几何形态信息，通过计算机形成雷达图像，根据图像中的反射波振幅、频率、相位及旅行时间等信息，对雷达图像做出地质解释，从而对地质条件进行超前预测。本方案在水利水电地下洞室勘察中优势尤为明显，能够预先测知地质结构面位置。
本发明同时提供一种适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，平整场地，架设钻机2，将钻杆4和钻机2连接，将钻头5与钻杆4连接，地质雷达通过电线10与计算机1连接；
步骤2，钻进一定进尺时，需要增加钻杆时，先将电线与计算机断开，使与计算机相连端的电线从钻杆底部穿过，从钻杆顶部穿出和计算机相连，1)再次增加钻杆时，重复以上步骤；
步骤3，钻头向下钻进，地质雷达中的雷达发射节向钻头所经过周围地层发射高频率电磁波，遇到地质结构面或孤立异常体时，由雷达接收节接收反射电磁波，通过电线传递至计算机；
步骤4，计算机对所接受的介质信息、几何形态信息进行解译、分析，形成雷达图像，对地质雷达形成的图像，进行地质解释，确定地质结构面或孤立异常体分布空间范围。
如图3是本实施例的一种适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探方法中地质结构面地质雷达成像对照展示图，图中位于钻孔9下方的层间错动带6对应层间错动带图像601，断层7对应断层图像701，孤立异常体8对应孤立异常体图像801。
传统地下洞室地质钻探只能在钻孔终孔时，取芯完成之后，进行钻孔岩芯地质编录之后，才能确定地质条件。而本发明可以在钻探过程中随时预测下部地质结构面的空间分布，加快工期，节约劳动成本。
地质雷达探测数据可靠，可真实定位地质结构面、溶洞或者临空面的位置。在水利水电工程中，在地下洞室开挖前，可及时预判不良地质结构面的空间分布，便于进行支护设计工作；岩土工程勘察中，可以预先预测软弱夹层位置，及时更换取样工具，获得满足试验要求的土样，为设计提供更为准确的土体物理力学参数。
简单的打孔，只能测试所钻钻孔范围内不良地质体的情况，而本发明可以探测钻孔周边以外一定范围内的地质结构面的分布发育情况。

Claims (6)

1.一种适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探***，其特征是，所述***包括计算机、钻机、地质雷达、钻杆和钻头，钻杆连接钻机，钻头设置于钻杆的末端，所述钻杆内部为中空结构，地质雷达设置于钻杆内部并与钻杆活动连接，所述计算机电连接地质雷达。
2.根据权利要求1所述的适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探***，其特征是，钻杆的中空结构内壁设有环形的定位槽，钻杆内设有横梁，所述横梁两端滑动连接定位槽，地质雷达顶部连接横梁。
3.根据权利要求1所述的适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探***，其特征是，所述地质雷达包括雷达发射节和雷达接收节，雷达接收节位于雷达发射节下方。
4.根据权利要求1所述的适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探***，其特征是，横梁两端设有嵌入定位槽内的滚珠。
5.根据权利要求1所述的适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探***，其特征是，所述地质雷达外部罩设有防水罩。
6.一种适用于不良地质结构面超前预测的信息化钻探方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：
步骤1，平整场地，架设钻机，将钻杆和钻机连接，将钻头与钻杆连接，地质雷达通过电线与计算机连接；
步骤2，钻进一定进尺时，需要增加钻杆时，先将电线与计算机断开，使与计算机相连端的电线从钻杆底部穿过，从钻杆顶部穿出和计算机相连，1)再次增加钻杆时，重复以上步骤；
步骤3，钻头向下钻进，地质雷达中的雷达发射节向钻头所经过周围地层发射高频率电磁波，遇到地质结构面或孤立异常体时，由雷达接收节接收反射电磁波，通过电线传递至计算机；
步骤4，计算机对所接受的介质信息、几何形态信息进行解译、分析，形成雷达图像，对地质雷达形成的图像，进行地质解释，确定地质结构面或孤立异常体分布空间范围。
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