[发明专利]车载式岩性与不良地质前兆特征识别系统及方法

权利要求书

1.一种车载式岩性与不良地质前兆特征识别系统，包括车辆，其特征是：所述车辆上设置有导航定位模块、岩石元素测试模块、岩石取样模块、岩样自动研磨模块、岩石矿物测试模块和控制与数据分析模块，其中：

所述导航定位模块固定在车辆的前端，被配置为控制承载车辆行进的距离和速度，并根据隧道内测试位置的不同实现自动导航与定位；

所述岩石元素测试模块包括可旋转支架，以及设置在所述支架上的X荧光光谱分析仪，以测试岩石元素及其百分比含量；

所述岩石取样模块包括取样钻机、可伸缩式旋转支撑架，所述可伸缩式旋转支撑架固定在承载车辆顶端，以获取隧道不良地质影响区岩样，可伸缩式旋转支撑架调整岩样的位置，将岩样自动送入研磨模块中；

所述岩样自动研磨模块对岩样进行研磨，研磨后的岩石试样进入岩石矿物测试模块进行矿物测试；

所述岩石矿物测试模块包括X射线衍射分析仪，用于测试隧道不良地质影响区岩石矿物富集变化规律，测试结果为X射线衍射图谱，测试数据通过信号传输线传输至控制与数据分析模块中；

所述控制与数据分析模块接收岩石元素测试模块和岩石矿物测试模块，对X射线衍射图谱进行拟合分析，得到矿物名称及其百分比含量，结合岩石元素测试模块测得的元素名称及百分比含量，从而得出隧道不良地质影响区元素和矿物富集变化规律；

所述控制与数据分析模块通过基于最小二乘法的Rietveld方法对X射线衍射图谱进行拟合分析，得到矿物名称及其百分比含量，结合岩石元素测试模块测得的元素名称及百分比含量，从而得出隧道不良地质影响区元素和矿物富集变化规律；

所述控制与数据分析模块存储有典型不良地质体元素和矿物富集特征数据库，能够实现数据库实时补充和动态更新。

2.如权利要求1所述的一种车载式岩性与不良地质前兆特征识别系统，其特征是：所述岩石元素测试模块的可旋转支架为可伸缩结构，可伸缩结构顶端设置有X荧光光谱分析仪，设置于车辆顶端，用于测试隧道不良地质影响区岩石元素富集变化规律，测试结果为元素名称及其百分比含量，测试数据通过信号传输线传输至控制与数据分析模块中。

3.如权利要求1所述的一种车载式岩性与不良地质前兆特征识别系统，其特征是：所述岩样自动研磨模块包括研磨机和玻璃漏斗，由控制与数据分析模块控制，利用研磨机将岩样自动研磨至200目，所述研磨机底部安装有阀板门，并连接玻璃漏斗，打开阀板门，研磨好的岩石试样通过玻璃漏斗进入岩石矿物测试模块进行矿物测试。

4.基于权利要求1-3中任一项所述的系统的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

控制车辆停在隧道轴线掌子面后方距离L处，启动岩石元素测试模块，将X荧光光谱分析仪紧贴拱顶测点，进行岩石元素信息测试，测试数据包括元素名称及其百分比含量，测试结果将自动录入控制与数据分析模块中；

升降取样钻机，对拱顶测点进行取样，取得的岩样进入岩样自动研磨模块；

将岩样研磨均匀至设定目，岩石试样粉末传送至岩样矿物测试模块进行矿物含量测试；

测试岩石试样粉末的X射线衍射图谱，基于最小二乘法的Rietveld方法对X射线衍射图谱进行分析，从而得到该处岩样的主要矿物名称及其百分比含量；

承载车向前行驶距离S，其中L=n*S，n为大于1的整数，重复上述步骤，直至车辆等间距行驶至隧道掌子面处，从而得到隧道洞内不良地质体影响区各元素和矿物富集变化规律，实现对掌子面前方不良地质体的超前预报。

5.如权利要求4所述的工作方法，其特征是：获取隧址区地层岩性、地形地貌、地质构造、不良地质现象和水文地质条件资料，将得到的隧洞内不良地质体影响区岩性、元素和矿物富集变化规律与资料信息进行对比、验证，并和典型不良地质体元素和矿物富集特征数据库相匹配。

6.如权利要求5所述的工作方法，其特征是：匹配方法包括以下三个方面：

1）若越趋近隧道掌子面，部分或全部黏土矿物含量逐渐增加，隧道围岩中石英和长石主要矿物的含量相应减少，隧道掌子面前方可能存在断层破碎带，对应矿物或元素含量的变化量越大，断层破碎带活动性越强，其在上下盘的影响范围越大；

2）若越趋近隧道掌子面，矿物的含量明显增加，对元素含量逐渐增加，则隧道掌子面前方可能存在蚀变带，对应矿物或元素含量的变化量越大，蚀变作用越强烈，且其影响范围也越大；

3）在可溶岩地区，若越趋近隧道掌子面，岩石中方解石、白云石、菱铁矿或菱锰矿矿物的百分含量减少，对应元素含量也相应减少，表明该处发生较强的水岩相互作用-溶滤作用，则隧道掌子面前方可能含有岩溶。