[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

本發明公開了一種覆巖采動裂隙網絡模型構建方法，通過顆粒流數值模擬軟件構建工作面開采模型，并采用分布開挖方法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；結合圖像處理技術、局部點位置區域采空區孔隙率的真實考察和PFC^3D模擬得到孔隙率結果，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。通過本發明能夠在煤巖體宏細觀參數的定量表征的基礎上，快速實現開采過程中真實裂隙網絡的展布過程動態表征。

技術領域

本發明涉及采礦安全領域中礦井的數值模擬和圖像處理領域，尤其涉及一種覆巖采動裂隙網絡模型構建方法。

背景技術

采空區是井下各類通防等災害事故產生的重要場所之一，近年來隨著我國礦井淺部資源的逐漸減少，礦井開采深度逐年增加，開采強度逐漸增大，如煤自燃事故、瓦斯爆炸事故、頂板突水等，采空區內事故發生頻率與傷害程序顯著提高，威脅礦井的安全高效生產。

上述災害的產生和采空區裂隙網絡的形成和展布過程密切相關，特別是其三維空間特性，近年來，國內外學者對采空區裂隙網絡采取了多種方法，主要集中在理論分析、相似材料模擬實驗等手段，但上述方法受人為因素影響較多，不能真實表征出覆巖采動裂隙的空間發展過程，因此，現有技術有待于更進一步的改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種覆巖采動裂隙網絡模型構建方法，以實現開采過程中真實裂隙網絡形態的展布過程動態表征。

為解決上述技術問題，本發明方案包括：

一種覆巖采動裂隙網絡模型構建方法，其包括以下步驟：

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；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信息，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。

比如首先，進行基于工作面頂板巖層綜合柱狀圖建立PFC^3D顆粒流綜放開采模型，結合工作面的開采條件模擬開挖過程；其次，將模擬結果進行導出，獲得不同開采時期、不同空間位置處采空區PFC^3D模擬頂板位移圖、孔隙率空間分布數據；最后，將所得到的PFC^3D模擬頂板位移圖劃分為若干組二維切片圖像，通過對圖像處理并結合現場對采空區孔隙率的考察結果和PFC^3D模擬結果，確定不同切片位置處模擬位移圖像的最佳分割閾值，將圖像進行二值化處理，提取各切面位置處的裂隙與巖石顆粒空間，利用三維重建軟件，重建得到整個采空區不同開采時期的裂隙網絡模型。

所述的覆巖采動裂隙網絡模型構建方法，其中，上述步驟具體的包括：

A、進行煤巖體宏細觀參數的確定，通過顆粒流數值模擬軟件，建立工作面開采模型，結合具體工作面的開采實際，模擬工作面真實開挖過程，結合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、不同位置處的二維切片圖像；

B、在通過顆粒流數值模擬軟件建立工作面開采模型時，在模型內部均勻布置若干測量圓，可得到模擬工作面真實開挖過程中各測量圓內部孔隙率大小的點數據；