[發明專利]一種覆巖采動裂隙網絡模型構建方法

有效

• 申請號: 201810396338.1
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108763650B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 張孝強;張勤;王新豐;謝承煜;石東平;劉國軍
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06T19/20;G06F119/14
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 申傳曉

1.一種覆巖采動裂隙網絡模型構建方法，其特征在于，包括以下步驟：

確定煤巖體宏細觀參數，再建立顆粒流數值模擬軟件構建工作面開采模型，模擬工作面真實開挖過程；得到各開采時期模型內部垮落形態、孔隙率分布時空演化規律圖像；結合圖像處理技術、采空區孔隙率的真實考察和PFC^3D模擬得到孔隙率結果，確定相應閾值，提取二維圖像的巖石和裂隙空間，在三維重建技術的基礎上，提取采空區裂隙網絡分布信息建立覆巖采動裂隙網絡模型；

上述的步驟具體包括：A、進行煤巖體宏細觀參數的確定，結合工作面綜合柱狀圖，通過顆粒流數值模擬軟件建立工作面開采模型；

B、結合具體工作面的開采實際，采用分布開挖方法模擬工作面真實開挖過程，根據工作面實際開挖距離，確定模型開挖矩形區域范圍，得到模型內部若干組不同開采時期、不同空間位置處的二維切片圖像；通過均勻設置于模型內部的若干測量圓，得到實際開挖距離范圍內孔隙率大小點數據；

C、利用DTM閾值分割法配合圖像處理技術獲得模型二維切片中巖石部分和裂隙部分：其是在對圖像進行噪聲處理、銳化操作基礎上，以工作面實際采空區孔隙率η₀和模擬得到的孔隙率參數η₁為標準，舍棄孔隙率結果大于max(η₀,η₁)或者小于min(η₀,η₁)的灰度值取值范圍，采用加權平均法得到最佳灰度值完成對采空區圖像的分割；

D、采用基于MATLAB的三維重建軟件重建，對模型進行修正、平滑處理，得到包含有裂隙空間的采空區三維數字模型。

2.根據權利要求1所述的覆巖采動裂隙網絡模型構建方法，其特征在于，上述開采模型高度要高于采動覆巖導水裂隙帶的最大值，其最大值的獲得通過巖層拉伸變形率得到，巖層拉伸率的計算式為：

其中，巖層中性層至煤層的垂距為h，邊界角δ₀，充分采動角ψ，l₀為巖層彎曲變形前的直線段。

3.根據權利要求1所述的覆巖采動裂隙網絡模型構建方法，其特征在于，煤巖體宏觀參數確定方法為根據單軸壓縮實驗測得煤巖的彈性模量、泊松比與單軸抗壓強度，根據巴西圓盤實驗測得煤巖的抗拉強度；煤巖體細觀參數確定方法為在PFC^3D中建立標準試件模型并賦予其細觀參數的初設數值，采用正交實驗的方法通過不斷調整和校準細觀參數，使試件的抗壓強度、彈性模量、泊松比和粘聚力參數與宏觀實驗獲得的力學參數保持一致。

4.根據權利要求1所述的覆巖采動裂隙網絡模型構建方法，其特征在于，可通過改變PFC^3D建立的工作面開采模型，實現關鍵層位置、工作面開采速度、煤層厚度、頂板巖性對采空區孔隙率、頂板垮落規律的影響分析，得到不同開采條件的采空區裂隙網絡，并利用分形理論進一步進行局部裂隙網絡復雜程度分析。