[发明专利]隧道火成岩风化程度确定系统及方法

说明书

本公开提供了一种隧道火成岩风化程度确定系统及方法，通过构建深度学习模型，基于已存储的图像扫描结果和岩石成分信息进行训练，得到各图像扫描结果和岩石成分信息与相应风化程度的对应关系；获取掌子面前方岩石试样，对岩石试样进行图像扫描和成分检测，利用训练后的模型，对检测的结果进行分析，得到隧道前方火成岩风化程度。本公开能够实时快捷的确定前方火成岩风化程度，提高掘进效率，且结果较为准确。

技术领域

本公开属于隧道岩石风化检测技术领域，涉及一种隧道火成岩风化程度确定系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

TBM(岩石掘进机Tunnel Boring Machine)，已广泛应用于隧道施工，具有降低人工劳动强度、施工速度快、对环境扰动小、安全性高等优点。在TBM掘进过程中，前方岩石的风化程度对岩体硬度及完整性影响很大，这对是否能顺利掘进具有关键作用。

在火成岩石中，矿物在不同的温度下结晶形成，不同的长石其结晶顺序有明显的先后关系。长石不仅分布范围大，且由于其存在类质同象问题导致其种类也较为繁杂。长石是一类常见的含钙、钠和钾的铝硅酸盐类造岩矿物，可划分为两个系列：碱性长石系列(即Or-Ab系列)和斜长石系列(即Ab-An系列)(Or、Ab和An分别代表KAlSi₃O₈、NaAlSi₃O₈和CaAl₂Si₂O₈)。不同系列的长石硬度有差异，抗风化能力也截然不同，这对火成岩石抗风化能力造成很大影响。

据发明人了解，目前的前方岩石的风化程度判断主要是依托于人为观察，其结果依赖于操作人员的专业性，具有很大的局限性，且观测结果不精确。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种隧道火成岩风化程度确定系统及方法，本公开能够实时快捷的确定前方火成岩风化程度，提高掘进效率，且结果较为准确。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种隧道火成岩风化程度确定系统，包括：

数据采集系统，被配置为获取掌子面前方岩石试样，对岩石试样进行图像扫描和成分检测，并将部分样品制成玻片；

数据传输模块，被配置为将数据采集系统获取的玻片标本通过履带传输给数据分析系统，获取的图像扫描结果和岩石成分信息通过无线传输给数据分析系统；

数据分析系统，被配置为构建深度学习模型，所述模型基于已存储的图像扫描结果和岩石成分信息进行训练，得到各图像扫描结果和岩石成分信息与相应风化程度的对应关系，并接收待确定的前方岩石图像扫描结果和岩石成分信息，利用训练后的模型进行分析，得到隧道前方风化程度。

作为进一步的限定，所述数据采集系统包括岩石取样模块、图像扫描模块和岩石测试模块，其中，所述岩石取样模块对隧洞掘进过程中的岩石进行取样及制片，取样机构搭载于机械臂，包括拾取装置和钻机，拾取装置直接对传送带上岩渣进行拾取，钻机对位于掌子面附近的岩壁进行岩芯钻取，制片机构利用现有方式，装置包括球磨机、剖光机和压片机，随机选取所获取的岩渣或岩芯进行玻片制作，取样机械臂可多维运动；所述图像扫描模块配置为照相机，对所取岩石样品外表形貌进行拍照扫描，获取岩石外表形貌特征；所述岩石测试模块包括XRF测试装置和XRD测试装置，XRF测试装置利用手持式设备，现有的测试箱可直接获取样品火成岩中的元素种类及丰度信息，XRD装置配置样品收取钵，可直接对岩渣岩粉进行测试，基于长石的不同化学成分，鉴定区分出不同的长石端元。