[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

本發明公開了一種近水平煤層?覆巖?地表的采動?形變?移動真三維相似材料模擬立體化數據采集方法，具體包含如下步驟：在采前、采中、采后分別用移動式三維激光掃描儀對工作面地表掃描一次、三次、兩次，獲取用于實現下沉盆地三維可視化的點云數據；分別在上(下)山工作面邊界剖面側(a)和下(上)山工作面外圍地層剖面側(b)的頂板層、覆巖層、彎曲帶、松散層各布設一條沉降觀測線，采用六臺移動式數碼相機對煤層掘進中特定時期的a、b進行數碼照相獲取覆巖形變及巖層內部沉降的宏觀信息；煤層頂板層、覆巖層和松散層中從a到b分別均勻布置5條應力監測線，通過應力傳感轉換器連接電腦，實時傳輸應力數據。

技術領域

本發明涉及一種礦山開采沉陷領域相似材料模擬試驗數據采集方法，尤其涉及一種近水平煤層-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。

背景技術

相似材料模擬試驗的本質是根據相似原理，將礦山上煤層、覆巖、地表巖層按照一定的比例縮小，根據試驗原型選擇合適的相似材料制作礦山模型，在模型達到預期狀態后，采出模型中煤層，觀測并記錄煤層開采后上覆巖層和地表巖層的運移情況，據此探究現實開采過程中工作面上方巖層的移動變形規律、巖層破壞情況以及地表移動變形規律。目前相似材料模擬試驗多局限于研究煤層工作面所在地層沿走向的一個剖面，只能獲取工作面所在地層的覆巖形變和工作面局部地表的沉降情況，難以全面立體化研究煤層采動后覆巖形變和地表沉降規律以及地表下沉盆地可視化。通過構建近水平煤層-覆巖-地表的采動-運動-移動真三維相似材料模型，利用移動式數碼照相機采集上山(下山)工作面邊界剖面側和下山(上山)工作面外圍地層剖面側的煤層頂板層、覆巖層、松散層的下沉數據和頂板層、覆巖層、松散層的宏觀形變信息，利用三維激光掃描儀采集地表的移動變形信息，利用應力傳感器布設應力觀測線結合應力傳感轉換器和電腦采集頂板層、覆巖層、松散層的應力變化信息，為實現地表下沉盆地可視化，根據應力變化曲線分析煤層頂板、覆巖層、松散層宏觀形變信息對應的巖層內部力學機理提供立體化數據支撐。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種近水平煤層-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，用于采集近水平煤層真三維相似材料模擬試驗中的地表移動變形信息，工作面剖面側和工作面外圍地層剖面側的覆巖宏觀形變信息、沉降信息以及覆巖內部的應力變化信息。

本發明是通過以下三種技術實現的：

技術1、三維激光掃描儀室內數據采集技術

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。

技術2、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

步驟Ⅰ、移動式數碼照相機安置