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1、(10)申请公布号 CN 103148833 A (43)申请公布日 2013.06.12 CN 103148833 A *CN103148833A* (21)申请号 201310041537.8 (22)申请日 2013.02.01 G01C 1/00(2006.01) G01C 1/02(2006.01) (71)申请人 淮南矿业 （集团） 有限责任公司 地址 232001 安徽省淮南市洞山文明村 21 号楼淮南煤炭工程技术研究院科技管 理部 (72)发明人 孙树庭 林晓波 晁俊奇 冯文文 (74)专利代理机构 北京同立钧成知识产权代理 有限公司 11205 代理人 张红 (54) 发明名。
2、称 岩层产状参数获取和计算方法 (57) 摘要 本发明提供一种岩层产状参数获取和计算方 法， 其中， 包括 ： 获取得到巷道一帮岩层伪倾角和 迎头剖面岩层伪倾角 ； 获取巷帮揭露岩层的初始 位置 ； 根据所述初始位置、 巷道一帮岩层伪倾角 和迎头剖面岩层伪倾角， 通过画法计算得到岩层 走向、 倾向和倾斜角。 采用上述岩层产状参数获取 和计算方法， 可以根据实际生产中很容易测量确 定的巷道一帮岩层伪倾角、 迎头剖面岩层伪倾角 和巷帮揭露岩层的初始位置， 通过画法计算得到 岩层的产状， 从而避免了在复杂环境中使用地质 罗盘， 使井巷工程、 隧道工程中地质资料收集整理 更加安全、 高效， 节约了测量。
3、所需的人力成本和时 间成本， 具有积极的实际推广意义。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103148833 A CN 103148833 A *CN103148833A* 1/1 页 2 1. 一种岩层产状参数获取和计算方法， 其特征在于， 包括 ： 获取得到巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角 ； 获取巷帮揭露岩层的初始位置 ； 根据所述初始位置、 巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角， 采用画法几何计算 得到岩层走向、 倾。
4、向和倾斜角。 2. 根据权利要求 1 所述的岩层产状参数获取和计算方法， 其特征在于， 所述获取得到 巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角， 包括 ： 采用激光定向或经纬仪定向， 确定巷道一帮剖面的方向 ； 采用激光定向或经纬仪定向， 确定迎头剖面的方向 ； 测量得到所述巷道一帮岩层伪倾角 ； 测量得到所述迎头剖面岩层伪倾角。 3. 根据权利要求 2 所述的岩层产状参数获取和计算方法， 其特征在于， 所述根据所述 初始位置、 巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角， 采用画法几何计算得到岩层走向、 倾向和倾斜角， 包括 ： 将所述巷帮揭露岩层的初始位置作为原点 O ； 根据所述巷道一帮的方向。
5、， 在平面上从所述原点出发， 画出所述巷道一帮剖面的方向 线 OC ； 根据所述迎头剖面的方向， 在所述平面上从所述原点出发， 画出所述迎头剖面的方向 线 OB ； 以所述原点 O 为顶点， 以所述巷道一帮的方向线为一条边， 画出所述巷道一帮岩层伪 倾角 ； 以所述原点 O 为顶点， 以所述迎头剖面的方向线为一条边， 画出所述迎头剖面岩层伪 倾角 ； 同时将所述巷道一帮的方向线和所述迎头剖面的方向线偏移相同的单位， 得到交点 B、 C ； 从 B向所述迎头剖面的方向线 OB 作垂线， 得到垂足 B ； 从 C向所述巷道一帮的方向线 OC 作垂线， 得到垂足 C ； 连接垂足 B 和垂足 C， 。
6、得到线段 BC， 线段 BC 的延长线即所述岩层的走向 ； 从所述原点 O 向所述线段 BC 作垂线， 得到垂足 P ； 连接线段 OP， 所述线段 OP 的延长线即所述岩层的倾向 ； 在所述巷道一帮的方向线 OC 上截取 OD OP ； 从 D 点向平行于方向线 OC 且经过垂足 C的直线作垂线， 以得到垂足 P， DOP即 所述岩层的倾斜角。 权 利 要 求 书 CN 103148833 A 2 1/5 页 3 岩层产状参数获取和计算方法 技术领域 0001 本发明涉及井巷工程、 隧道工程施工中地质资料的收集整理及分析应用领域， 尤 其涉及一种岩层产状参数获取和计算的方法。 背景技术 00。
7、02 在井巷工程、 隧道工程等施工过程中， 巷道在岩石中施工， 而岩石大部分都是一层 一层的， 是层状分布， 断层是造成岩层断开的一个面， 使岩层层面不再连续， 岩层或断层产 状参数， 实质就是指岩层层面或断层层面的空间展布方向， 对岩层或断层空间展布方向的 分析， 可以对巷道前方是否存在施工安全威胁作出预测预报。断层 ( 或岩层 ) 的产状参数， 主要包括断层 ( 或岩层 ) 的走向、 倾向以及倾角。其中， 岩层走向是指岩层层面与水平面 交线的延伸方向。 岩层倾向是岩层层面上垂直于走向线的倾斜线在水平面上的投影所指方 向。倾角是岩层层面上垂直于走向线的倾斜线与水平面的夹角。 0003 现有技。
8、术中， 井巷工程、 隧道工程地质资料的收集是通过地质罗盘直接在岩层面 上测量获得上述岩层产状参数。具体方法如下 ： 首先， 将地质罗盘的水平气泡的指针调到 0， 然后将罗盘的长边贴在岩层的一个完整且光滑的层面上， 慢慢移动罗盘， 使水平气泡 居中， 并沿最长边划一条线， 这就是断层的走向线， 根据该走向线就可知道岩层的走向。其 次、 然后将罗盘的短边对齐所画的直线， 并使水平气泡居中， 制动并读取指针的读数， 这是 倾向。最后、 将罗盘的长边垂直于走向线， 转动地质罗盘后面， 使地质罗盘中的水平气泡居 中， 指针所指的角度为倾角。 0004 在井巷工程、 隧道工程地质资料收集过程中， 由于作业。
9、环境的影响， 一是很难找到 适宜调查的层面， 二是施工机械和金属支护材料的应用严重影响了罗盘的精度， 使井巷工 程和隧道工程地质调查的难度越来越大。 发明内容 0005 本发明提供一种岩层产状参数获取和计算方法， 用于优化现有岩层产状参数的获 取方法。 0006 本发明提供了一种岩层产状参数获取和计算方法， 其中， 包括 ： 0007 获取得到巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角 ； 0008 获取巷帮揭露岩层的初始位置 ； 0009 根据所述初始位置、 巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角， 采用画法几何 计算得到岩层走向、 倾向和倾斜角。 0010 如上所述的岩层产状参数获取和计算方法。
10、， 优选的是， 所述获取得到巷道一帮岩 层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角， 包括 ： 0011 采用激光定向或经纬仪定向， 确定巷道一帮剖面的方向 ； 0012 采用激光定向或经纬仪定向， 确定迎头剖面的方向 ； 0013 测量得到所述巷道一帮岩层伪倾角 ； 说 明 书 CN 103148833 A 3 2/5 页 4 0014 测量得到所述迎头剖面岩层伪倾角。 0015 如上所述的岩层产状参数获取和计算方法， 优选的是， 所述根据所述初始位置、 巷 道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角， 采用画法几何计算得到岩层走向、 倾向和倾斜 角， 包括 ： 0016 将所述巷帮揭露岩层的初始位置作为原点 。
11、O ； 0017 根据所述巷道一帮的方向， 在平面上从所述原点出发， 画出所述巷道一帮剖面的 方向线 OC ； 0018 根据所述迎头剖面的方向， 在所述平面上从所述原点出发， 画出所述迎头剖面的 方向线 OB ； 0019 以所述原点 O 为顶点， 以所述巷道一帮的方向线为一条边， 画出所述巷道一帮岩 层伪倾角 ； 0020 以所述原点 O 为顶点， 以所述迎头剖面的方向线为一条边， 画出所述迎头剖面岩 层伪倾角 ； 0021 同时将所述巷道一帮的方向线和所述迎头剖面的方向线偏移相同的单位， 得到交 点 B、 C ； 0022 从 B向所述迎头剖面的方向线 OB 作垂线， 得到垂足 B ； 。
12、0023 从 C向所述巷道一帮剖面的方向线 OC 作垂线， 得到垂足 C ； 0024 连接垂足 B 和垂足 C， 得到线段 BC， 线段 BC 的延长线即所述岩层的走向 ； 0025 从所述原点 O 向所述线段 BC 作垂线， 得到垂足 P ； 0026 连接线段 OP， 所述线段 OP 的延长线即所述岩层的倾向 ； 0027 在所述巷道一帮剖面的方向线 OC 上截取 OD OP ； 0028 从 D 点向平行于方向线 OC 且经过垂足 C的直线作垂线， 以得到垂足 P， DOP即所述岩层的倾斜角。 0029 采用上述岩层产状参数获取和计算方法， 可以根据实际生产中很容易测量确定的 巷道一帮。
13、岩层伪倾角、 迎头剖面岩层伪倾角和巷帮揭露岩层的初始位置， 通过画图计算得 到岩层的产状， 从而避免了在复杂环境下使用地质罗盘造成的误差， 使井巷工程、 隧道工程 中地质资料收集整理更加安全、 高效， 节约了测量所需的人力成本和时间成本， 具有积极的 实际推广意义。 附图说明 0030 图 1 为本发明实施例一提供的岩层产状参数获取和计算方法示意图 ； 0031 图 2 为本发明实施例二提供的岩层产状参数应用实例示意图 ； 0032 图 3- 图 6 为使用图 1 所示方法的画法计算过程示意图 ； 0033 图 7 为图 2 所示方法的原理示意图。 具体实施方式 0034 图 1 为本发明实施。
14、例一提供的岩层产状参数获取和计算方法示意图。 0035 本发明实施例一提供一种岩层产状参数获取和计算方法， 利用上述方法可以获取 岩层产状参数， 也可以获取断层产状参数， 原理相同。其中方法包括以下步骤 ： 说 明 书 CN 103148833 A 4 3/5 页 5 0036 步骤 11、 获取得到巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角。 0037 断层和岩层的产状参数分析方法是相同的， 本申请中， 以获取岩层产状参数为例 进行描述， 但同样适用于断层产状参数的获取。巷道一帮岩层伪倾角是指岩层层面与巷道 一帮剖面的交线与水平面的夹角。 迎头剖面岩层伪倾角是指岩层层面与迎头剖面的交线与 水平面。
15、的夹角。 0038 岩层产状参数是指岩层的走向、 倾向和倾斜角， 其中， 岩层走向是指岩层层面与水 平面交线的延伸方向， 岩层倾向是指岩层层面上垂直于走向线的倾向线在水平面的投影所 指方向， 倾斜角是指岩层层面上垂直于走向线的倾斜线与水平面的夹角。 0039 在步骤 11 中， 巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角是通过现场测量得到 的。具体而言， 巷道一帮剖面的方向与巷道掘进方向 ( 可参见图 3) 一致， 采用激光定向或 经纬仪定向获取巷道一帮剖面的方向后， 通过角度测量设备， 可以测量得到巷道一帮岩层 伪倾角。 同样的道理， 迎头剖面方向与巷道掘进方向垂直， 也是采用激光定向或经纬仪定。
16、向 获取 ； 通过角度测量设备测量得到迎头剖面岩层伪倾角。 在测量的过程中， 需注意巷道一帮 岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角的倾斜方向。 0040 巷帮揭露岩层的初始位置可以用皮尺或测距仪直接测出。 巷道一帮岩层伪倾角和 迎头剖面岩层伪倾角， 可以采用测角仪或角度尺瞄准岩层在巷道一帮、 迎头剖面上的迹线 测出。 0041 步骤 12、 获取巷帮揭露岩层的初始位置。 0042 所谓巷帮揭露岩层的初始位置， 是指在实际作业中， 巷道最先接触到的岩层层面 上的一点。 0043 步骤 13、 根据所述初始位置、 巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角， 采用画 法几何计算得到岩层走向、 倾向和倾斜角。。
17、具体是在地质图上通过画法几何法画出岩层走 向、 倾向和倾斜角， 并在地质图上根据地质图例直接画上岩层产状标注， 或在图上直接量取 岩层走向、 倾向和倾斜角。 0044 后文将给出一种具体的画法几何计算方法， 当然， 不限于此， 实际应用中， 也可以 采用别的画图计算方法。 0045 在得到岩层走向、 倾向和倾斜角后， 在地质图上加以标注， 用于地质资料的分析和 地质灾害的预测预报。 0046 采用上述岩层产状参数获取和计算方法， 可以根据实际生产中很容易测量确定的 巷道一帮岩层伪倾角、 迎头剖面岩层伪倾角和巷帮揭露岩层的初始位置， 通过画图计算得 到岩层的产状， 从而避免了使用地质罗盘造成的测。
18、量误差， 使井巷工程、 隧道工程中地质资 料收集整理更加安全、 高效， 节约了测量所需的人力成本和时间成本， 具有积极的实际推广 意义。 0047 图 2 为本发明实施例二提供的岩层产状参数获取和计算方法示意图， 图 3- 图 6 为 使用图 2 所示方法的画图计算过程示意图， 图 7 为图 2 所示方法的原理示意图。图 3- 图 7 中，“左” 为巷道掘进方向。 0048 本发明实施例二在实施例一的技术方案基础之上， 优选的是， 步骤 13 具体包括 ： 0049 步骤 301、 将所述巷帮揭露岩层的初始位置作为原点 O， 参见图 3 和图 7。 0050 步骤 302、 根据所述巷道一帮的。
19、方向， 在平面上从所述原点出发， 画出所述巷道一 说 明 书 CN 103148833 A 5 4/5 页 6 帮剖面的方向线 OC， 参见图 3 和图 7。 0051 步骤 303、 根据所述迎头剖面的方向， 在所述平面上从所述原点出发， 画出所述迎 头剖面的方向线 OB， 参见图 3 和图 7。 0052 上述步骤 304 和步骤 305 不限定先后执行顺序。 0053 步骤 304、 以所述原点 O 为顶点， 以所述巷道一帮的方向线为一条边， 画出所述巷 道一帮岩层伪倾角 2， 参见图 4 和图 7。 0054 由于巷道一帮岩层伪倾角的大小在之前已经测量得到， 此处， 确定顶点和一条边 。
20、之后， 根据巷道一帮岩层伪倾角的大小即可画出巷道一帮岩层伪倾角的另一条边， 在画的 过程中， 需要注意巷道一帮岩层伪倾角的方向， 在本实施例中， 是以后倾示意。 0055 步骤 305、 以所述原点 O 为顶点， 以所述迎头剖面的方向线为一条边， 画出所述迎 头剖面岩层伪倾角 1， 参见图 4 和图 7。 0056 由于迎头剖面岩层伪倾角的大小在之前已经测量得到， 此处， 确定顶点和一条边 之后， 根据迎头剖面岩层伪倾角的大小即可画出迎头剖面岩层伪倾角的另一条边， 在画的 过程中， 需要注意迎头剖面岩层伪倾角的方向， 在本实施例中， 是以左倾示意。 0057 上述步骤 304 和步骤 305 。
21、不限定先后执行顺序。 0058 步骤 306 ： 同时将所述巷道一帮的方向线 OB 和所述迎头剖面的方向线 OC 向岩层 倾斜方向垂直偏移相同的单位， 得到交点 B、 C， 参见图 5。 0059 此处， 并不限定偏移量的大小， 实际应用中， 可以定义 1m 为一个单位。 0060 步骤 307、 从 B向所述迎头剖面的方向线 OB 作垂线， 得到垂足 B， 参见图 5 和图 7。 0061 步骤308、 从C向所述巷道一帮剖面的方向线OC作垂线， 得到垂足C， 参见图5和 图 7。 0062 上述步骤 307 和步骤 308 不限定先后执行顺序。 0063 步骤309、 连接垂足B和垂足C，。
22、 得到线段BC， 线段BC的延长线即所述岩层的走向， 参见图 6 和图 7。 0064 步骤 310、 从所述原点 O 向所述线段 BC 作垂线， 得到垂足 P， 参见图 6 和图 7。 0065 步骤 311、 连接线段 OP， 所述线段 OP 的延长线即所述岩层的倾向。 0066 步骤 312、 在所述巷道一帮剖面的方向线 OC 上截取 OD OP， 参见图 6。 0067 步骤 313、 从 D 点向平行于方向线 OC 且经过垂足 C的直线作垂线， 可得到垂足 P， DOP即所述岩层的倾斜角， 参见图 6。 0068 上述步骤 301-313 给出了一种通过巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩。
23、层伪倾角， 计算得到岩层产状参数的具体方式， 但不限于此。 0069 下面结合图 6 和图 7， 详细说明， 根据上述步骤 301-313 就能得到岩层产状参数的 理论推导 ： 0070 步骤 301 至 305 ： O 点为巷道一帮在地质图上揭露岩层的实见点， OC 是巷道一帮剖 面在水平面上的投影， 以 OC 为轴， 将巷道一帮剖面旋转 90， 旋转后巷道一帮剖面与图纸 所在平面重合， 在平面所画倾角2即为巷道一帮剖面的伪倾角， 同理， 巷道迎头剖面OB旋 转到平面上， 1 即为巷道迎头剖面的伪倾角， 具体见图 4。 0071 步骤 306 ： 将 OC、 OB 同时向剖面方向垂直平移一个。
24、单位， 分别在巷道一帮剖面和巷 说 明 书 CN 103148833 A 6 5/5 页 7 道迎头剖面求出与岩层面的交点 C、 B， C、 B 在同一水平剖面上， 水平剖面上 C、 B 的连 线即为岩层的走向线， 具体参见图 7。 0072 步骤 307 至 309 ： 将 C、 B 垂直投影到 OC、 OB 所在平面上， 所对应的 C 点、 B 点连 线， 平行于剖面上 C、 B 的连线， 均为岩层的走向线 ； 0073 步骤310至313 ： 以岩层面上的O点做垂直于走向线CB的垂线， 交CB于M点， 则 OM 为岩层面的倾斜线， OM 在水平面上的投影 OP 的延长线即为岩层的倾向， 。
25、以 O 点的竖 直线为轴， 将垂直于走向线的垂直剖面旋转到巷道一帮的剖面上， 让 P 点与巷道一帮剖面 上的D点重合， 再将巷道一帮剖面旋转到平面上， 即可求得岩层的倾斜角。 在画法几何计 算中， 所有面的转换都可省略， 只求画法的结果， 具体参见图 6 和图 7。 0074 上述技术方案提供的岩层产状参数获取和计算方法， 与传统方法在施工现场测量 得出的岩层产状的方法相比， 具有以下有益效果 ： 0075 (1) 测量巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角时， 可以不直接接触岩层层 面， 离开岩层层面一定距离， 保证了地质工作者在复杂地质条件下进行地质调查时的人身 安全 ； 0076 (2)。
26、 大大提高了岩层产状调查的精度， 由于传统的调查方法是在岩层面上使用罗 盘挂线进行的， 在井巷施工条件下， 一是很难找到适宜调查的层面， 二是巷道支护材料、 施 工机械等对罗盘的影响很大， 严重影响了地质资料调查的精度。 而本发明中， 利用已知的巷 道一帮剖面方位和迎头剖面方位， 直接测量巷道一帮岩层伪倾角和迎头剖面岩层伪倾角， 方法简单， 易于操作， 调查的精度远远大于传统的地质调查方法， 能够大幅提高地质资料应 用精度和地质灾害预测预报准确性 ； 0077 (3) 由于计算机的普及和应用， 用 CAD 作图软件结合画法几何的作图分析， 能大大 提高地质人员对岩层(断层)的空间感悟能力和地质。
27、灾害预测预报能力， 在穿层钻孔设计、 工程施工、 地质资料分析整理及其他需要斜切地质剖面时， 都有很高的实用性。 0078 最后应说明的是 ： 以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其限制 ； 尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术人员应当理解 ： 其 依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分或者全部技术特征 进行等同替换 ； 而这些修改或者替换， 并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技 术方案的范围。 说 明 书 CN 103148833 A 7 1/5 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 103148833 A 8 2/5 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 103148833 A 9 3/5 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103148833 A 10 4/5 页 11 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103148833 A 11 5/5 页 12 图 7 说 明 书 附 图 CN 103148833 A 12 。