[發明專利]近水平煤層-覆巖-地表的采動-運動-移動真三維相似材料模擬立體化數據采集方法

有效

• 申請號: 202010762547.0
• 申請日: 2020-09-21
• 公開（公告）號: CN111895977B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 徐良驥;葉偉;盧克東;王明達;張坤;劉瀟鵬
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02;G01C5/00;G01N33/00
• 代理公司: 深圳泛航知識產權代理事務所(普通合伙) 44867
• 代理人: 鄧愛軍

1.近水平煤層-覆巖-地表的采動-運動-移動真三維相似材料模擬立體化數據采集方法，其特征在于通過三種技術完成，包括三維激光掃描儀室內數據采集技術、移動式數碼照相采集覆巖宏觀形變信息及剖面沉降信息技術、覆巖內部應力變化信息提取技術；

所述三維激光掃描儀室內數據采集技術，包含以下幾個步驟：

步驟1、三維激光掃描儀的安置及坐標系建立：

三維激光掃描儀配合三腳架安裝三維激光掃描儀，掃描儀所在位置必須位于工作面開切眼側傾向延伸線上，以掃描儀對中點為相對坐標系原點，建立相對坐標系統，傾向方向建立x軸，以原點垂直x軸建立y軸，將所建真三維相似材料模型上表面作為掃描區，選擇掃描儀標靶；

步驟2、采前掃描：

三維激光掃描儀采集煤層未開采前工作面地表的三維點位信息作為初始點云數據；

步驟3、采中掃描：

分別在煤層推進到頂板垮落時、覆巖斷裂時、彎曲帶出現輕微彎曲時對工作面地表利用三維激光掃描儀進行掃描采集三維點位信息作為采中點云數據；

步驟4、采后掃描：

分別在煤層開采結束后的24小時和48小時對工作面地表利用三維激光掃描儀進行掃描采集三維點位信息作為采后點云數據，并取兩次獨立觀測的點位信息平均值作為最終的采后工作面地表點云數據；

所述移動式數碼照相采集覆巖宏觀形變信息及剖面沉降信息技術，包含以下幾個步驟：

步驟I、移動式數碼照相機安置：

在a、b兩側分別布置移動式數碼相機的移動平臺，將試驗裝置有效工作面走向長等分三個部分并布置垂向大頭針標記，取每部分中點以垂直工作面走向朝兩側延伸至移動平臺，并在平臺上標記這三個拍攝位置為aP1、aP2、aP3、bP1、bP2、bP3，標記好拍攝位置后安裝移動式數碼照相機；

步驟II、煤層開采前照相：

煤層開采前，將移動式數碼照相機分別安置在aP1、aP2、aP3、bP1、bP2、bP3位置，同時拍攝剖面六個部分aI、aII、aIII、bI、bII、bIII照片，進行照片拼接獲得剖面全貌作為煤層采前剖面原貌宏觀信息；

步驟III、頂板垮落時照相：

煤層開采一定距離后出現頂板垮落現象時，將移動式數碼照相機分別安置在aP1、aP2、aP3、bP1、bP2、bP3位置，同時拍攝剖面六個部分aI、aII、aIII、bI、bII、bIII照片，進行照片拼接獲得剖面上頂板層的宏觀形變信息，并記錄此時的煤層開采推進距離為L1，此時的時間點記錄為T1；

步驟IV、覆巖斷裂時照相：

煤層開采繼續推進出現覆巖斷裂破斷現象時，將移動式數碼照相機分別安置在aP1、aP2、aP3、bP1、bP2、bP3位置，同時拍攝剖面六個部分aI、aII、aIII、bI、bII、bIII照片，進行照片拼接獲得剖面上覆巖層的宏觀形變信息，并記錄此時的煤層開采推進距離為L2，此時的時間點記錄為T2；

步驟V、彎曲帶出現輕微彎曲且覆巖進一步破壞時照相：

煤層繼續推進出現彎曲帶輕微彎曲且覆巖進一步破壞現象時，將移動式數碼照相機分別安置在aP1、aP2、aP3、bP1、bP2、bP3位置，同時拍攝剖面六個部分aI、aII、aIII、bI、bII、bIII照片，進行照片拼接獲得剖面上覆巖層及松散層的宏觀形變信息，并記錄此時的煤層開采推進距離為L3，此時的時間點記錄為T3；

步驟VI、沉降信息提取：

對步驟II～Ⅴ中拍攝的八張拼接照片建立二維坐標系，以工作面剖面開切眼方向與兩側剖面交點處為坐標系原點，剖面開切眼側邊界向下建立Y軸，沿走向方向建立X軸，提取觀測線下沉信息。

2.根據權利要求1所述的近水平煤層-覆巖-地表的采動-運動-移動真三維相似材料模擬立體化數據采集方法，其特征在于覆巖內部應力變化信息提取技術包含以下幾個步驟：

步驟ⅰ、應力傳感片布置：

分別在頂板層、覆巖層、松散層從剖面側a到剖面側b等距離布設5條應力觀測線，每條應力觀測線由獨立的間距為30厘米的各應力傳感片組成，每個應力傳感片末端有傳輸線，所有傳輸線順著應力觀測線從工作面收作端孔中牽出；

步驟ⅱ、應變信息采集：

將每層的應力傳輸線與各自的應力傳感轉換器連接，并連接至電腦，從煤層開采時開始實時記錄應力變化情況，待煤層開采結束時選取T1、T2、T3對應的應力變化曲線提取應變信息。