[發明專利]傾斜煤層開采擾動巖層空隙率的隨機分布特征的模擬方法

有效

• 申請號: 202210093491.3
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114419983B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 王少鋒;劉康輝
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G09B25/06
• 分類號: G09B25/06;G09B25/02;G06T5/00;G06T7/13
• 代理公司: 長沙瀚頓知識產權代理事務所(普通合伙) 43223
• 代理人: 吳亮;朱敏

本發明提供了一種傾斜煤層開采擾動巖層空隙率的隨機分布特征的模擬方法，包括：獲取煤層的厚度、傾角及上覆巖層的巖性、厚度；根據煤層傾角，設置模擬裝置傾角，通過扭動推進桿的螺母，使其帶動支撐塊滑動并支撐住轉板；計算確定巖層的破斷長度；依據相似模擬比確定模擬巖層以及煤層的巖塊尺寸；根據上覆巖層的實際分布順序，在轉板上放置好巖塊，扭動螺母擠壓夾板使巖塊的縫隙最??；拍攝巖層面的照片，模擬開挖一定的煤層長度，從垂直巖層面的位置拍攝，獲得煤層開采后的巖層垮落后的照片；對照片將其在煤層傾向上劃分為無數條線，對每條線的巖塊和空隙的像素點統計，計算空隙率，獲得傾斜煤層開采擾動巖層空隙率在傾向上各個點的隨機分布特征。

技術領域

本發明涉及上覆巖層空隙率的分布領域，具體涉及一種傾斜煤層開采擾動巖層空隙率的隨機分布特征的模擬方法。

背景技術

傾斜煤層廣泛存在于新疆、寧夏、山西、貴州、重慶、淮南、甘肅等許多產煤地區。隨著我國主要礦區向西部轉移，一半的煤礦開采急傾斜煤層，傾斜煤層的開采研究已成為當務之急。傾斜煤層與水平煤層在開采方法、覆巖結構、礦壓規律、支護穩定性控制等方面存在顯著差異。覆巖沿傾角的結構決定了圍巖控制的重點，是采場支護設計的主要依據之一。

煤礦開采會引起一系列的巖層移動，而這些移動都是朝著采空區內的方向進行的。地下開采中面臨的最困難的地質開采問題之一是煤層及其周圍地層中不連續性的影響。煤層傾角大，地下開采難度大。通過地下開采傾斜煤層本身就涉及許多巖土和操作問題。傾斜煤層的機械化開采是對地下采煤工業的一大挑戰。在設計傾斜煤層的機械化采煤方法時，需要解決許多問題，如礦柱失穩、操作不便、機器打滑的可能性，包括高度不對稱的應力分布和沿順層面的剪切滑移。這些問題主要是由于傾斜的影響，以及煤層和周圍地層不連續性的存在。地層移動和地表沉降的預測精度對塌陷區的土地復墾、施工穩定性的安全評價具有重要的影響。如何準確預測采礦引起的沉陷是幾十年來深入研究的課題。一些調查和實測表明，地質背景特別是傾角對地層運動起著重要的作用。因此，研究傾斜煤層開采引起的巖層移動和地表沉陷具有重要意義。

巖層移動和地表沉陷會產生大量的空隙，產生的空隙為地下為氧氣，二氧化碳，瓦斯，水，消防材料等熱質傳遞提供了通道，因此，研究了解采空區擾動上覆巖層空隙率的分布規律，對于治理地下煤火、地下水涌、瓦斯突出和爆炸具有重要的意義。覆巖的破裂移動是一個復雜隨機的過程，受多方面因素的影響。受煤層厚度和傾角，松散層厚度，埋藏深度等幾何條件；褶皺程度、斷層程度、裂隙程度等構造因素；巖石硬度，濕度，膨脹效能等物理力學性質；長壁工作面的距離和推進速度，長壁工作面的長度，以及雙采盤之間的工作面間距等開采技術因素的影響，長壁開采上覆巖層的破裂下沉是一個隨機離散非均質的過程。因此，上覆巖層破裂下沉后的空隙率分布也具有隨機分布的特征。

發明內容

本發明的主要目的在于針對傾斜煤層開采擾動上覆巖層的空隙率隨機分布特征確定的重要性和困難性，提供一種基于數字圖像處理技術的傾斜煤層開采擾動巖層空隙率的隨機分布特征的模擬方法，具體技術方案如下：

一種傾斜煤層開采擾動巖層空隙率的隨機分布特征的模擬方法，其包括：

S1，獲取待開采的煤層的厚度、傾角及采空區上覆各個巖層的巖性、厚度特征；

S2，根據煤層的傾角，設置好模擬裝置的傾角，并通過扭動推進桿的螺母，使推進桿帶動支撐塊在合適的位置支撐住轉板，使其能承受住上方巖塊的重力并且不會改變所述傾角；

S3，根據各個巖層的物理力學性質，通過計算確定各巖層的破斷長度；

S4，依據相似模擬比確定模擬各個巖層以及煤層的巖塊尺寸；

S5，根據上覆巖層的實際分布順序，在轉板上由下往上依次放置好巖塊，并扭動受力桿的螺母擠壓夾板給予巖塊一定的擠壓力，使巖塊擠壓且巖塊之間的縫隙最??；