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垂直孔应力解除法地应力测试技术及工程应用

岩土力学 2022年第5期43卷 1412-1421页

作者：王超王益腾韩增强王川婴汪进超胡胜中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

针对应力解除法在垂直深孔中应用的局限性,提出一种适用于垂直深孔的应力解除法地应力测试技术。研制基于显微光学成像原理的触头式孔径变形测量装置,通过对单动双管钻具进行优化配接,形成了适用于垂直深孔的地应力快速测试技术。孔径... 详细信息

针对应力解除法在垂直深孔中应用的局限性,提出一种适用于垂直深孔的应力解除法地应力测试技术。研制基于显微光学成像原理的触头式孔径变形测量装置,通过对单动双管钻具进行优化配接,形成了适用于垂直深孔的地应力快速测试技术。孔径变形测量装置采用孔径变形感知、显微成像及测量定向等关键技术,简化了测试过程,缩短了测试时间,能够实现高地温、高水压垂直深孔中多方向孔径变形测量;引入单动双管钻具,对其钻进、取芯以及过流进行优化配接,形成了地应力辅助测试装置。在金山店铁矿张福山矿床–410 m和–500 m水平进行了地应力测试,获取到的环形岩芯内径稳定,且完整性高,验证了辅助装置具备精确成孔和完整取芯的技术优势,为孔径变形准确测量提供了保障;计算得到了4个点位处的地应力数据,其主应力基本随深度增加而增大,最大水平主应力约在NNW~NNE方向上。研究表明,垂直孔应力解除法地应力测量技术能够在垂直深孔中快速、可靠地实现地应力测试.

关键词：应力解除双管钻具孔径变形环形岩芯

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基于特征函数的钻孔图像结构面识别方法

岩土力学 2017年第10期38卷 3062-3066页

作者：王川婴邹先坚韩增强汪进超王益腾中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 武汉大学电子信息学院湖北武汉430072

针对数字全景钻孔摄像系统获取的实测图像,提出了一种基于特征函数的钻孔图像结构面识别方法。该方法根据井壁结构面在钻孔图像中呈正弦曲线状的特征,采用正弦函数作为特征函数来匹配识别结构面。通过改变特征函数参数来统计分析结构面... 详细信息

针对数字全景钻孔摄像系统获取的实测图像,提出了一种基于特征函数的钻孔图像结构面识别方法。该方法根据井壁结构面在钻孔图像中呈正弦曲线状的特征,采用正弦函数作为特征函数来匹配识别结构面。通过改变特征函数参数来统计分析结构面及附近像素点灰度梯度的匹配情况,然后筛选出一条匹配最优的正弦曲线作为该结构面的特征曲线,从而实现了钻孔图像结构面的识别。该方法省略了传统方法中人工选取结构面特征点和特征点曲线拟合的过程,其方法稳定可靠、准确率高,为钻孔图像结构面的自动识别与工程应用提供了一种实际可行的有效途径。

关键词：钻孔图像结构面特征函数迭代匹配

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基于钻孔形态分析的地应力测量方法研究

岩土力学 2019年第A01期40卷 549-556页

作者：王川婴王益腾韩增强汪进超邹先坚胡胜中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

地应力作用下的钻孔孔壁会发生一定程度的变形,导致钻孔横截面形状会发生变化,变形后的钻孔几何形态也反映了钻孔受力状态。在经典岩石力学理论的基础上,研究钻孔在平面二维应力作用下的几何形态,建立应力与变形后圆孔几何参数的关系,... 详细信息

地应力作用下的钻孔孔壁会发生一定程度的变形,导致钻孔横截面形状会发生变化,变形后的钻孔几何形态也反映了钻孔受力状态。在经典岩石力学理论的基础上,研究钻孔在平面二维应力作用下的几何形态,建立应力与变形后圆孔几何参数的关系,实现基于钻孔椭圆参数的应力解算,并提出钻孔椭圆参数的测量方法和测量技术,形成一种新的基于钻孔形态分析的地应力测量方法。结果表明,(1)在平面二维应力作用下圆孔变形后的几何形态为椭圆,推导了椭圆参数与应力的关系表达式;(2)利用3个不同方向的孔径值可以实现椭圆参数的解算,研发触头式显微光学孔径测量技术,实现了钻孔形态的测量,从原理上分析了技术实现的可行性,并就该技术进行地应力测量过程中可能存在的问题进行了探讨;(3)通过室内模拟试验,验证了技术原理的可行性,并通过误差分析和实例计算对该方法测量结果的准确性进行了讨论。

关键词：地应力测量钻孔形态孔径变形显微光学椭圆形态测量

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基于多频钻孔声呐的溶洞探测方法研究

岩土力学 2020年第1期40卷 353-360页

作者：汪进超王川婴唐新建韩增强王益腾胡胜中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室

地下溶洞的形态及大小特征对该区域地质结构的稳定性计算和评价具有重要意义,而目前所使用的钻孔声呐法通用性低,很难同时满足探测精度和探测广度的需求。为此,在传统钻孔声呐法的基础上,提出了一种基于多频钻孔声呐的溶洞探测方法。该... 详细信息

地下溶洞的形态及大小特征对该区域地质结构的稳定性计算和评价具有重要意义,而目前所使用的钻孔声呐法通用性低,很难同时满足探测精度和探测广度的需求。为此,在传统钻孔声呐法的基础上,提出了一种基于多频钻孔声呐的溶洞探测方法。该方法在考虑了不同频率对实际探测对象贡献大小的基础上,合成了多种频率的探测数据,有效解决了探测尺度和探测精度之间对立的问题。首先,推导了探测系统的最佳频率表达式,为优先和更大程度上体现不同频率对探测结果分析的影响提供基本参数,并构建了频率影响因子参数来描述固有频率与最佳频率之间的偏离程度;然后,在叠加了频率影响因子的基础上,综合合成了多种探测频率的探测数据,采用改进的频谱测距法完成了探测对象的精确测定;最后,在附加深度以及方位信息之后,实现了溶洞腔体形态的立体重建;并将该方法应用到了实际工程中,验证了方法的可行性和准确性。

关键词：钻孔声呐多频声呐溶洞形态溶洞大小地下探测

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基于钻孔摄像技术的岩体节理大小估算方法

岩土力学 2017年第9期38卷 2701-2707页

作者：汪进超王川婴唐新建胡胜韩增强王益腾中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049

目前,确定岩体节理大小通常是根据岩体暴露区域的节理迹长进行估算,往往因岩体暴露区域的局限性而影响估算结果。以钻孔内节理特性为研究对象,尝试进行岩体节理大小估算,首先通过钻孔摄像技术获取地质钻孔内节理的倾向和倾角信息,建立... 详细信息

目前,确定岩体节理大小通常是根据岩体暴露区域的节理迹长进行估算,往往因岩体暴露区域的局限性而影响估算结果。以钻孔内节理特性为研究对象,尝试进行岩体节理大小估算,首先通过钻孔摄像技术获取地质钻孔内节理的倾向和倾角信息,建立所研究深度范围内的节理平面方程,形成钻孔之间节理面的连通判断准则,从而确定节理面的迹线长度,同时构建出节理迹线均值函数,最后根据节理面迹长与大小之间的对应关系,估算出岩体节理的大小,从而形成一种利用钻孔内的节理特性来估算岩体节理大小的方法。将该方法应用于张家湾铁矿的地下采选联合工程,其估算结果准确可靠。

关键词：钻孔摄像节理大小迹长连通性均值函数

面向岩体结构自动识别的钻孔图像修复方法研究

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应用基础与工程科学学报 2024年

作者：陈双源韩增强王益腾王超汪进超陈晓坤黄师聪中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室中国科学院大学

钻孔摄像技术是岩体结构精细探测的重要手段，测试过程中不可避免的探头偏心问题显著降低了钻孔图像的质量，进而制约了岩体结构信息的精准自动识别。为此，提出一种基于灰度特征分析的钻孔图像修复方法，以优化岩体结构识别效果和几何... 详细信息

钻孔摄像技术是岩体结构精细探测的重要手段，测试过程中不可避免的探头偏心问题显著降低了钻孔图像的质量，进而制约了岩体结构信息的精准自动识别。为此，提出一种基于灰度特征分析的钻孔图像修复方法，以优化岩体结构识别效果和几何参数测量精度。首先，基于钻孔摄像工作原理，开展了探头偏心在钻孔图像中的响应特征分析，建立了图像灰度特征模型，形成了全景成像探头三维定位分析方法。然后，基于探头空间轨迹计算图像灰度误差矩阵，实现了探头偏心引起的图像灰度误差校正及修复。并定量分析了探头偏心导致的钻孔图像方位角误差，建立了基于探头空间定位校正的图像透视误差修复方法。最后，开展了典型钻孔图像的应用分析，结果表明，基于图像灰度特征分析获取探头空间位置信息，进而开展灰度误差和透视误差校正，能够对钻孔图像效果和测量精度有较大的提升，二值化处理结果也验证了修复后图像能够更好的显现岩体结构关键信息，降低其他因素的干扰，为岩体结构自动识别提供了良好的图像数据基础。

关键词：钻孔摄像技术图像修复三维定位岩体结构图像误差校正图像识别工程地质勘察

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基于多频超声的盐穴储气库形态精细探测方法

基于多频超声的盐穴储气库形态精细探测方法

2019油气田勘探与开发国际会议

作者：汪进超王川婴韩增强王益腾中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室

在盐穴储气库的开挖和利用过程中,储气库的形态精细探测具有举足轻重的地位,关系到储气库扩展方向控制以及安全稳定性评价问题,然而由于储气库形态具有不规则性和复杂性,使得现有声呐技术很难对储气库形态进行精细探测,为了解决盐穴储... 详细信息

在盐穴储气库的开挖和利用过程中,储气库的形态精细探测具有举足轻重的地位,关系到储气库扩展方向控制以及安全稳定性评价问题,然而由于储气库形态具有不规则性和复杂性,使得现有声呐技术很难对储气库形态进行精细探测,为了解决盐穴储气库形态精细探测困难的现状,本文提出了基于多频超声的盐穴储气库形态精细探测方法,该方法通过频率自动匹配原则来确保探测系统始终处于最佳工作状态,从而获取更为有效和精确的声波探测数据,并结合数字图像处理技术,有效解决探测尺度和探测精度之间对立的问题,实现盐穴储气库的形态精细探测。首先,根据盐穴储气库的形态特征,建立盐穴储气库表面的声学反射模型,结合声学传播机理,构建超声波系统的探测频率响应函数,确立系统的最佳工作频率表达式,形成系统探测频率的自动匹配原则;然后,利用储气库腔体各深度断面的声波数据生成腔体的断面图像,采用改进的图像分割技术提取储气库腔体的断面轮廓特征,结合MUSIC方法构建协方差矩阵,确定声波扫描点所对应的准确尺寸,实现储气库断面轮廓的径向距离反演;最后,在完成储气库腔体断面的轮廓精细测量的基础上,叠加储气库腔体的深度位置信息,采用样条曲线插值技术实现储气库腔体的立体形态重建,并将该方法进行实验验证和误差分析,验证了该方法的可行性和准确性。

关键词：多频超声盐穴储气库工作频率形态探测断面轮廓

来源： cnki会议评论

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基于触头式光学地应力测量的钻测一体化系统

基于触头式光学地应力测量的钻测一体化系统

中国石油学会2017年物探技术研讨会

作者：汪进超王川婴韩增强王益腾胡胜中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室中国科学院大学

随着人类向深部地壳的不断探索,地应力的重要性日益显现,常规的应力解除法存在测试深度有限、操作过程复杂、周期较长等问题,它们长期制约着地应力测试技术的发展。为了突破上述瓶颈,实现高温高压等复杂环境下深孔地应力测量,本文提出... 详细信息

随着人类向深部地壳的不断探索,地应力的重要性日益显现,常规的应力解除法存在测试深度有限、操作过程复杂、周期较长等问题,它们长期制约着地应力测试技术的发展。为了突破上述瓶颈,实现高温高压等复杂环境下深孔地应力测量,本文提出了基于触头式光学地应力测量的钻测一体化系统,独创的钻测一体化结构,解决了套孔应力解除法的复杂操作过程和低测量深度问题,使测试能力得到了显著提高,同时对测试环境的要求也显著下降;而利用触头式光学成像技术能够获取显微的孔径变形,使其孔径变形能够可视化,通过触头感知孔径的变化、触针在微小区域内反映这些变化和显微光学对微小区域的成像并量测该变化,达到对孔径变形的有效测量。本文阐述了触头式光学地应力测量原理,并介绍了钻测一体化系统中较为核心的机械结构、供电系统以及数据采集三部分,最后通过试验验证了本系统的可行性,其结果表明该系统具有可行性,测试精度高。

关键词：地应力触头测量显微光学钻测一体光学成像

来源： cnki会议评论

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数字钻孔摄像在周集铁矿深部普查中的应用

安徽地质 2016年第3期26卷 207-211页

作者：郑祥凤张怀东王现红江勇汪进超胡胜王益腾张臣安徽省地质环境监测总站安徽合肥230001 安徽省地质矿产勘查局313地质队安徽六安237010 成都理工大学地球科学学院四川成都610059 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室湖北武汉430074

在安徽霍邱周集铁矿深部普查项目中,采用了数字钻孔摄像技术,并获得了大量铁矿区地质资料。数字钻孔摄像技术形成的钻孔围岩三维立体摄像图像清晰可辨,能够直观识别出铁矿典型区域孔壁,通过优化算法精确计算出结构面产状和隙宽,并划分... 详细信息

在安徽霍邱周集铁矿深部普查项目中,采用了数字钻孔摄像技术,并获得了大量铁矿区地质资料。数字钻孔摄像技术形成的钻孔围岩三维立体摄像图像清晰可辨,能够直观识别出铁矿典型区域孔壁,通过优化算法精确计算出结构面产状和隙宽,并划分出优势结构面,确定出结构面的变化规律,与实际岩芯对比基本一致,获取的钻孔信息资料可靠、直观,为深部普查提供了重要参数依据。从中可以得出的结论为:1数字钻孔摄像系统在铁矿深部普查中能够发挥重要作用;2数字钻孔摄像系统能够准确有效地勘测出铁矿钻孔内地质特征;3数字钻孔摄像系统能够划分出优势结构面和确定结构面的变化规律。

关键词：钻孔摄像技术铁矿普查结构面产状隙宽