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岩石力学与工程学报 2014年第10期33卷 1977-1996页

作者：岳中琦香港大学土木工程系

提出能够完善和提升现有工程岩体质量评价方法的一套新技术、新方法和新规律。新技术为现场钻孔过程监测(DPM)技术。新方法为钻孔过程时空数据的快速直观时间序列分析方法。新规律为钻头进深随时间曲线呈分段线性变化,每段钻进速度是常... 详细信息

提出能够完善和提升现有工程岩体质量评价方法的一套新技术、新方法和新规律。新技术为现场钻孔过程监测(DPM)技术。新方法为钻孔过程时空数据的快速直观时间序列分析方法。新规律为钻头进深随时间曲线呈分段线性变化,每段钻进速度是常数,每一常数钻速段代表一个均匀抗钻岩石(岩块),常数钻速之间的突变点或低钻速段分别为钻孔穿过岩块间断面的截点或截段。DPM可以提供工程岩体质量评价完善和提升所需要的新的测量方法和数据,从而可以快速、有效、定量地测量到岩石块体的单轴抗压强度、大小和地下分布,以及岩石块体之间界面断面的产状、延伸、凸凹起伏平整度、厚度和充填物质的物理和力学性质。通过实例来介绍、分析和解释这套技术、方法和规律。并且给出DPM钻孔过程监测完善和提升现有工程岩体质量评价RQD,Q,RMR和BQ方法的具体途径和计算公式,能更客观全面地确定岩块单轴抗压强度、岩体质量指标、岩体完整程度、岩石坚硬程度和间断面。

关键词：岩石力学岩体质量钻孔过程监测钻进速度单轴抗压强度岩体质量指标岩体完整程度

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钻孔过程监测在岩体非均质性中的应用探讨

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地下空间与工程学报 2022年第2期18卷 620-627页

作者：邓小龙李丽慧谭玉芳马瑞秋中国公路工程咨询集团有限公司北京100089 中国科学院地质与地球物理研究所页岩气与地质工程重点实验室北京100029 中国地质调查局广州海洋调查局广州510075 香港大学工程学院中国香港999077

岩体非均质性研究是地质资源与地质工程领域的重要内容,对地下空间及矿产能源的合理开发利用有着重要的意义。为了实时准确地评价页岩储层岩体的非均质性,将钻孔过程监测(Drilling Process Monitoring, DPM)引入铜川地区鄂尔多斯盆地延... 详细信息

岩体非均质性研究是地质资源与地质工程领域的重要内容,对地下空间及矿产能源的合理开发利用有着重要的意义。为了实时准确地评价页岩储层岩体的非均质性,将钻孔过程监测(Drilling Process Monitoring, DPM)引入铜川地区鄂尔多斯盆地延长组陆相页岩的现场勘察钻孔试验中,分别监测了钻头转速、钻杆前推压力、钻杆回撤压力、动力头位置4个参数,利用DPM钻进速率参数从多尺度对页岩岩体的非均质性进行了刻画。相关性分析及回归分析结果表明:DPM钻进速率与岩石可钻性、岩体完整性存在显著的相关性。具体地,储层尺度上,DPM钻进速率的变化可反映出储层岩性的变化,DPM钻进速率可定量地评价岩石的可钻性;岩心尺度上,DPM钻进速率的变化可定性地反映出岩芯的完整程度,但在≤100 mm完整岩芯上的钻进速率并不能有效反映出纹层岩性的变化。进一步地,纹层尺度上,>100 mm厚度页岩纹层的纯钻过程位移曲线可被较好地进行线性拟合,而100 mm以下,泥岩、粉砂岩及凝灰岩纹层的纯钻过程位移曲线线性拟合性较差。研究结果对于正确认识DPM对岩体非均质性的划分及应用有着重要的指导意义。

关键词：钻孔过程监测岩体非均质性鄂尔多斯盆地陆相页岩分辨率

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基于钻孔过程监测（DPM）的岩石可钻性评价

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作者：董方政中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

岩石可钻性评价是地质工程领域重要的研究内容。在地下空间的开发利用以及页岩气、油页岩、地热能等新能源开采钻取的背景下,提高钻井效率、改进钻井工艺离不开对岩石可钻性进行精确的评价。为了实时全面准确地评价地下岩层可钻性,在延... 详细信息

岩石可钻性评价是地质工程领域重要的研究内容。在地下空间的开发利用以及页岩气、油页岩、地热能等新能源开采钻取的背景下,提高钻井效率、改进钻井工艺离不开对岩石可钻性进行精确的评价。为了实时全面准确地评价地下岩层可钻性,在延安地区勘察现场利用钻孔过程监测(DPM)系统对钻孔进行了监测,以室内物理力学测试的方法测定了不同深度岩芯的单轴抗压强度、纵波波速、磨蚀性和矿物成分等指标,通过相关性分析和回归的方法评价地层可钻性。发现DPM钻速V、单轴抗压强度UCS均与可钻性级值K之间存在高相关性。回归方程分别为K=0.565ln(V)+2.7957(R=0.6910)和K=-0.0183UCS+2.4979(R=0.8151)。研究结果表明,DPM钻速可以用来评价岩石的可钻性。

关键词：钻孔过程监测可钻性级值钻孔岩芯单轴抗压强度钻速

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基于冲击回转钻进的岩石强度随钻识别研究

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岩土力学 2024年第3期45卷 857-866页

作者：刘勇斌张晓平李馨芳李德宏陈广军刘小波熊雪飞杨朗李玉生武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 中国铁建昆仑投资集团有限公司四川成都610040 四川蜀道高速公路集团有限公司四川成都610094 四川川黔高速公路有限公司四川成都646500 江西省交通投资集团有限责任公司江西南昌330025

在隧道掘进施工过程中,数字化钻孔过程监测(drillingprocessmonitoring,简称DPM)系统能够实时快速地获取岩石强度参数,及时指导现场开挖和支护作业。为实时获取隧道开挖掌子面前方的围岩强度,基于搭载于气动冲击回转钻机上的数字化DPM... 详细信息

在隧道掘进施工过程中,数字化钻孔过程监测(drillingprocessmonitoring,简称DPM)系统能够实时快速地获取岩石强度参数,及时指导现场开挖和支护作业。为实时获取隧道开挖掌子面前方的围岩强度,基于搭载于气动冲击回转钻机上的数字化DPM系统地开展现场原位数字钻进试验。通过对钻孔全过程的推进压力、回转压力、冲击压力以及钻杆位移等钻进参数进行实时监测、记录和分析,得到了不同钻孔过程的钻进参数特征,据此对各钻孔过程进行识别,并采用DPM时间序列分析方法分离出纯钻进过程钻进参数,结果表明:纯钻进过程的钻进深度随钻进时间呈分段线性变化;钻机工作压力随钻进时间的变化相对恒定,其对不同钻速段的钻速变化影响有限;同时,钻进速度随岩石强度增加而减小,并建立了岩石强度关于钻进速度的指数关系模型,用以指导工程实践。

关键词：冲击回转钻孔过程监测钻进参数饱和单轴抗压强度

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TBM超前钻孔测试及围岩施工特性快速评价系统研究

TBM超前钻孔测试及围岩施工特性快速评价系统研究

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作者：曾俊强中国水利水电科学研究院

学位级别：硕士

本文围绕着TBM主要进行了两方面的论述,第一方面,超前钻孔工程力学测试。进行了两次综合性的现场试验:既有间接试验(钻孔试验、单孔声波试验),也有直接试验(点荷载试验、单轴抗压强度试验),获得了大量的地质信息与岩石力学信息,建立了... 详细信息

本文围绕着TBM主要进行了两方面的论述,第一方面,超前钻孔工程力学测试。进行了两次综合性的现场试验:既有间接试验(钻孔试验、单孔声波试验),也有直接试验(点荷载试验、单轴抗压强度试验),获得了大量的地质信息与岩石力学信息,建立了超前钻探随钻参数与岩体质量评价指标的关系,从而能够通过超前钻快捷、有效、定量地探明掌子面前方岩石块体的单轴抗压强度、大小和地下分布,以及界面断面的产状、延伸、凸凹起伏平整度、厚度和充填物质的物理和力学性质。第二方面,围岩施工特性快速评价系统研究。首先通过室内的花岗岩钻孔试验模拟TBM掘进试验,在钻孔的同时通过DPM系统记录下钻进过程中的转速、扭矩、推进力、钻进位移等参数,然后利用各参数进行多元函数拟合分析;同时为了寻求一个替代钻进速度来评价岩石质量的参数,引入了钻进比能的概念,效果较好;然后回归到TBM掘进试验,基于海量的现场掘进数据和大量的工程地质信息,类比花岗岩钻孔试验,选取刀盘转速、刀盘扭矩、推进力、推进位移等参数进行多元函数拟合分析。然后引入掘进比能的概念,在不同强度分级的围岩的条件下与掘进速度进行对比分析。主要的结论有两点:数字钻机(DPM)能够在钻进的同时通过相应传感器记录下转速、压强、扭矩、钻进位移等参数,通过钻进速度可以直观的反映岩体的强度特性;但是对于同一种岩石,不能仅仅依靠钻进速度一个量来进行围岩分类,应综合考虑压强、转速等参数带来的加成效应。掘进比能相对于掘进速度而言,波动性更小,误差更小(10%),与岩石分类的标准相关性好,可作为岩体质量评价的标准;围岩强度越小,扭矩功率(扭矩做功)对掘进速度的贡献越大,说明围岩强度较弱的情况下,适当提高扭矩,可有效加快掘进速度;而当围岩强度较强时,可适当提高推力,加快掘进效率。

关键词：超前钻孔测试钻孔过程监测钻进比能掘进比能围岩分级

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