[发明专利]一种隧道超前钻探地质精细化预报方法

权利要求书

1.一种隧道超前钻探地质精细化预报方法，其特征在于，通过对原始钻进资料进行预处理，计算旋推功率比RTPR及其统计量，选取基准区段对未知地层进行精细化预报，包括以下步骤：

(1)收集多功能钻机钻孔原始资料，包括钻机钻进参数、返液与排渣记录、接杆位置、掌子面情况及钻孔布置记录；

(2)对原始资料进行预处理，包括接杆位置异常钻进参数剔除及插值、根据返液与排渣记录对岩层进行粗略分区，得到岩层粗略划分成果；

(3)利用经过预处理的钻进参数计算基于能量理论的RTPR值及其数据统计指标，建立RTPR统计指标与围岩工程性质的对应关系，所述RTPR为钻进旋转功率与推进功率的比值，所述RTPR的数据统计指标包括：均值、标准差、变化率、变化率均值及标准差；

所述的基于能量理论的RTPR值的具体计算公式为：

P_动＝T₁·ω＝T₁·(2πn)

P_推＝F₁·V₁≈T₂·A·V₁

式中:T₁为对钻杆实测扭矩；ω为钻头旋转角速度；n为钻头实测转速；F₁为对钻杆施加的压力对应实测推进力；V₁为钻头钻进速度；T₂为钻头实际施加于岩石上的推进压力；A为钻杆截面积，所述RTPR指标为P_动与P_推的比值；

所述RTPR统计量与围岩工程性质对应关系的具体对应关系为：RTPR均值描述区段数据的平均值即围岩平均硬度，RTPR变化率均值描述区段信号的整体变化趋势，即围岩软硬程度的变化趋势，RTPR指标的标准差值描述围岩的节理裂隙发育程度，RTPR变化率标准差描述围岩的完整性；

(4)建立预报基准区段，通过选取自掌子面起RTPR曲线统计量较平稳区段，作为对掌子面已知围岩情况响应，以此为预报基准区段，通过调节各个统计量区间范围实现对全区段未知地层围岩岩性的预报，得到围岩工程性质预报成果；

所述建立预报基准区段的具体步骤为：自起始点选取区段中统计量中RTPR均值及标准差在一定区间范围内RTPR曲线区段，需满足选取原则：当曲线总体平稳时，以标准差为主要影响因素选取；当曲线总体呈上升或下降趋势时，应选取某一相对平稳区段，并在该区段按标准差为主要因素进行二次选取，相应围岩评价按统计量响应，相对掌子面围岩提高或降低等级；当曲线无相对平稳区段时，应尽量选取某一线性区段，以线性回归值代替均值计算该区段标准差，并以此进行二次选取，相应围岩评价按基准段统计量均值响应，相对掌子面围岩情况提高或降低等级，基准区段长度需满足杆长的1/2～1/5，选取终点不超过第一换杆位置前20cm；

(5)综合岩层粗略划分成果与围岩工程性质预报成果，进一步将钻孔深度标尺划分成各个不同围岩区间，形成钻进深度范围的围岩情况精细化划分并将结果输出。

2.根据权利要求1所述的隧道超前钻探地质精细化预报方法，其特征在于，接杆位置异常数据进行剔除及插值的具体步骤为：首先根据输入的接杆点坐标位置，划分接杆点前后20cm范围为可能产生数据异常的区间，将该区间内参数大于3倍或小于1/3正常值均值的数据点剔除，然后取剔除点最近两点，计算平均值，将其插入剔除位置。

3.根据权利要求1所述的隧道超前钻探地质精细化预报方法，其特征在于，所述综合岩层粗略划分成果与围岩工程性质预报成果，进一步将钻孔深度标尺划分成各个不同围岩区间的具体步骤为：当全区段返液与排渣能顺利获取时，得到各个完整的粗略划分区间，并结合围岩工程岩性预报成果得到精细化预报最终成果；当区段返液与排渣不能顺利获取时，按照可获取的返液排渣情况标定RTPR统计量范围，对不确定区域进行预测，结合围岩工程岩性预报成果得到精细化预报最终成果。