专利名称：基于三维离散填充体的三下压煤开采沉陷治理分析方法
技术领域：
本发明涉及一种采矿沉陷治理分析方法，尤其是一种基于三维离散填充体的三下压煤开采沉陷治理分析方法。
背景技术：
目前，在进行地表沉陷预计和三下压煤开采的时候多采用观测和专家系统，并没有提供一种专家用于定性分析的工具，非常需要出现一套理论支撑的工具用于将原来经验化定性分析过渡到科学化的定量分析
发明内容
本发明提供了一种定性分析某一时态地表累计沉陷量的预测、三维动态数值表达地层沉陷机制和变高程点沉陷过程、离散点填充的采空区布置设计，回填后地表规律外力压力解析动态演变的基于三维离散填充体的三下压煤开采沉陷治理分析方法。实现本发明目的的基于三维离散填充体的三下压煤开采沉陷治理分析方法，包括维地质内部体建模、井上模型和参照设定、工程外力布置与解析、三维地质受力结构内部逻辑处理、采空区布置方式设定与离散点实体填充、三维地质沉陷动态运算模拟。所述的基于三维离散填充体的三下压煤开采沉陷治理分析方法，包括如下步骤(I)地质内部体建模通过录入的实探数据进行地质几何体的离散建模，离散的几何体单元通过识别与邻近点的空间关系，确定自己点膨胀的几何参数，并与同属性类的几何体合并为一个子集，子集和内的体元合并成新的地质体模型，合并后的地质体模型被赋为新的类，原子体元的相交面被记录为一个赋值类；(2)井上模型设定与参照设定通过手动添加的方式在地表模型上添加井上模型，建立的模型与地表相交的线被抽稀成离散点，作为参照点，参照点因为建筑物类型可调节，并以闭合曲线的形式向Z轴映射，映射的面与地质体模型相交,交集内的子集的体元被赋予可变类体元，确定了三下压煤的空间关系；(3)工程外力布置与解析工程外力布置是对地质体按照时间有规律的抽取搬运的过程，确定被挖掘矿岩的地质体被迁移的时间，根据开采方式的不同，子集体单元有的直接被拆解，有的靠邻近同类单元体合并受力支撑；(4)离散点实体填充在已采空区和规划开采区域设定时间点，在该时间点添加离散点，手动添加的离散点是以扑捉点为圆心向外扩散成球体的体元，体元的任何面与其他面相交会单向收敛，用户通过控制点向体元的扩散半径来控制采空区布置的特点，离散点越密集精度越高，离散点越稀疏精度越低；(5)受力结构内部逻辑处理按照时间规定处理好地下开采的活动后，很多地质体子集的几何单元被分类激活，当通过子集地质体地应力的关系激活后的几何单元会按时间推演计算累计沉陷量，在处理的过程中，有的体元被破坏，破坏后的体元面会收敛以圆心向外发散离散点，离散的点会重新构建新的体元，新的体元由于沉陷后邻近点的空间关系变化构建成新的地质体结构，并被记录，用户可按需要管理新体元子集，用于管理地裂缝延伸等问题。本发明的基于三维离散填充体的三下压煤开采沉陷治理分析方法，揭示了采空区布置后地表沉陷变化规律，为固定支撑用于三下压煤开采的判断依据，可用于矿产开采、水资源管理等需要对地下资源利用的领域；能够用三维实体模型表达地质体和空间关系；根据工程范围提供三维填充体回填布置方法；提供规律外力压力解析的动态沉陷演变过程。
图I为本发明基于三维离散填充体的三下压煤开采沉陷治理分析方法的流程图。
具体实施例方式如图I所示，本发明的基于三维离散填充体的三下压煤开采沉陷分析方法，包括维地质内部体建模、井上模型和参照设定、工程外力布置与解析、三维地质受力结构内部逻辑处理、采空区布置方式设定与离散点实体填充、三维地质沉陷动态运算模拟。具体步骤如下(I)地质内部体建模通过录入的实探数据进行地质几何体的离散建模，离散的几何体单元通过识别与邻近点的空间关系，确定自己点膨胀的几何参数，并与同属性类的几何体合并为一个子集，子集和内的体元合并成新的地质体模型，合并后的地质体模型被赋为新的类，原子体元的相交面被记录为一个赋值类。(2)井上模型设定与参照设定通过手动添加的方式在地表模型上添加井上模型(包括建筑物、公路、铁路、高压线杆)等，建立的模型与地表相交的线被抽稀成离散点，作为参照(X，Y)点，参照点因为建筑物类型可调节，并以闭合曲线的形式向Z轴映射，映射的面与地质体模型相交，交集内的子集的体元被赋予可变类体元，确定了三下压煤的空间关系。(3)工程外力布置与解析工程外力布置是对地质体按照时间有规律的抽取搬运的过程，确定被挖掘矿岩的地质体被迁移的时间，因为在井下矿山开采过程中，不是因为有了支护就不会对顶底板岩体进行破坏，所以在工程活动区域要进行地质体拆解，拆解后，邻近的子集体单元会被赋予活动类，根据开采方式的不同，子集体单元有的直接被拆解，有的靠邻近同类单元体合并受力支撑。(4)离散点实体填充在已采空区和规划开采区域设定时间点，在该时间点添加离散点，手动添加的离散点是以扑捉点为圆心向外扩散成球体的体元，体元的任何面与其他面相交会单向收敛，用户通过控制点向体元的扩散半径来控制采空区布置的特点，离散点越密集精度越高，离散点越稀疏精度越低。(5)受力结构内部逻辑处理在按照时间规定处理好地下开采的活动后，很多地质体子集的几何单元被分类激活，当通过子集地质体地应力的关系激活后的几何单元会按时间推演计算累计沉陷量，在处理的过程中，有的体元被破坏，破坏后的体元面会收敛以圆心向外发散离散点，离散的点会重新构建新的体元，新的体元由于沉陷后邻近点的空间关系变化构建成新的地质体结构，并被记录，用户可按需要管理新体元子集，用于管理地裂缝延伸等问题。本发明的基于三维离散填充体的三下压煤开采沉陷治理分析方法的优点如下I、将三维地质结构中采空区塌陷、矿区地下水水位变化、地裂缝延伸及其所带来的进一步塌陷与地面沉陷量之间的响应关系，归结为空间体结构的关系，通过控制体元的类的设定和体元子集重构的方式来计算地面累计沉陷量。2、因为采矿是个按时间进行的活动，不能将结果直接定量分析，本发明加入时间动作驱动，用户可以在三维地质结构外部或进入内部观察矿区地层沉陷过程，可在多个剖面上将某时段内的沉陷过程进行定性分析。
3、用户可以通过离散点碰撞填充的方式表达采空区的布置方式的体结构模型，更好的处理不同填充体的沉陷累计量。4、本发明的子集几何体单元可被赋予二维数据属性列，用于管理裂隙和破碎区域。5、用户可设定井上模型受力分布和实效，用于处理铁路和建筑物下地表沉陷的承受能力。本发明的基于三维离散填充体的三下压煤开采沉陷治理分析方法，还可应用于可以衍生出矿业开采的动态模拟软件，用于了解工程影响范围；用于石油、矿业等地下开采活动的国土资源管理；用于矿田地表国土利用的可行性分析。上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.一种基于三维离散填充体的三下压煤开采沉陷治理分析方法，包括维地质内部体建模、井上模型和参照设定、工程外力布置与解析、三维地质受力结构内部逻辑处理、采空区布置方式设定与离散点实体填充和三维地质沉陷动态运算模拟。
2.根据权利要求I所述的基于三维离散填充体的三下压煤开采沉陷治理分析方法，其特征在于包括如下步骤， (1)地质内部体建模通过录入的实探数据进行地质几何体的离散建模，离散的几何体单元通过识别与邻近点的空间关系，确定自己点膨胀的几何参数，并与同属性类的几何体合并为一个子集，子集和内的体元合并成新的地质体模型，合并后的地质体模型被赋为新的类，原子体元的相交面被记录为一个赋值类； (2)井上模型设定与参照设定通过手动添加的方式在地表模型上添加井上模型，建立的模型与地表相交的线被抽稀成离散点，作为参照点，参照点因为建筑物类型可调节，并以闭合曲线的形式向Z轴映射，映射的面与地质体模型相交，交集内的子集的体元被赋予 可变类体元，确定了三下压煤的空间关系； (3)工程外力布置与解析工程外力布置是对地质体按照时间有规律的抽取椭运的过程，确定被挖掘矿岩的地质体被迁移的时间，根据开采方式的不同，子集体单元有的直接被拆解，有的靠邻近同类单元体合并受力支撑； (4)离散点实体填充在已采空区和规划开采区域设定时间点，在该时间点添加离散点，手动添加的离散点是以扑捉点为圆心向外扩散成球体的体元，体元的任何面与其他面相交会单向收敛，用户通过控制点向体元的扩散半径来控制采空区布置的特点，离散点越密集精度越高，离散点越稀疏精度越低； (5)受力结构内部逻辑处理按照时间规定处理好地下开采的活动后，很多地质体子集的几何单元被分类激活，当通过子集地质体地应力的关系激活后的几何单元会按时间推演计算累计沉陷量，在处理的过程中，有的体元被破坏，破坏后的体元面会收敛以圆心向外发散离散点，离散的点会重新构建新的体元，新的体元由于沉陷后邻近点的空间关系变化构建成新的地质体结构，并被记录，用户可按需要管理新体元子集，用于管理地裂缝延伸等问题。
全文摘要
本发明提供了一种定性分析某一时态地表累计沉陷量的预测、三维动态数值表达地层沉陷机制和变高程点沉陷过程、离散点填充的采空区布置设计，回填后地表规律外力压力解析动态演变的基于三维离散填充体的三下压煤开采沉陷治理分析方法，包括维地质内部体建模、井上模型和参照设定、工程外力布置与解析、三维地质受力结构内部逻辑处理、采空区布置方式设定与离散点实体填充和三维地质沉陷动态运算模拟。本发明的基于三维离散填充体的三下压煤开采沉陷治理分析方法，能够用三维实体模型表达地质体和空间关系；根据工程范围提供三维填充体回填布置方法；提供规律外力压力解析的动态沉陷演变过程。
文档编号G06T19/00GK102880774SQ20111019383
公开日2013年1月16日 申请日期2011年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者林古宏, 吴涛 申请人:北京天大天科科技发展有限公司