基于点面原位数据融合的区域水平应力确定方法及装置与流程

1.本技术涉及煤矿地下工程区域地应力实测技术领域，尤其涉及一种基于点面原位数据融合的区域水平应力确定方法及装置。


背景技术：

2.相关技术中，在煤矿地下开采工程中，巷道开挖与工作面采动产生的区域采动应力对巷道稳定性具有重要影响，尤其是水平应力异常集中易导致煤矿冲击地压、煤与瓦斯突出等严重动力灾害。通过原位测试准确掌握采掘区域水平应力分布方向与绝对数值十分关键，但目前尚无可靠的区域水平应力绝对数值原位实测技术方法。水压致裂、应力解除等作为较可靠的局部地应力原位测量方法广泛应用于生产一线，一般通过选取1～2个局部测点的地应力结果，用于指导整个采区或者工作面的设计和生产工作。然而实际工程中煤岩体物性变异特征突出，同时受到煤层起伏变化及地质构造影响，选择个别位置进行测量的局部应力测试难以满足工程需要。地震波ct技术可实现工作面较大范围区域探测，其原理是通过地震波在煤岩体中的传播速度变化特性来反映该区域相对垂直应力积聚分布情况，但无法获得区域水平应力的绝对数值。


技术实现要素：

3.为此，本技术提供一种基于点面原位数据融合的区域水平应力确定方法及装置。本技术的技术方案如下：
4.根据本技术实施例的第一方面，提供一种基于点面原位数据融合的区域水平应力确定方法，所述应力包括最大水平主应力和最小水平主应力，所述方法包括：
5.按照预设规则在煤矿工作面的目标区域内确定n个测点和所述n个测点各自的坐标值；其中，所述n为大于或者等于9的整数；
6.获取所述n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值；
7.针对每个测点，将所述测点确定为中心测点，确定所述中心测点的至少一个相邻测点；
8.基于所述中心测点的坐标值、所述中心测点的最大水平主应力值和所述中心测点的最小水平主应力值，以及每个所述相邻测点各自的坐标值、每个所述相邻测点各自的最大水平主应力值和每个所述相邻测点各自的最小水平主应力值，分别确定所述中心测点的最大水平主应力迁移方向和所述中心测点的最小水平主应力迁移方向；
9.基于所述n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值，分别确定任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率；
10.基于每个测点各自的最大水平主应力迁移方向、最小水平主应力迁移方向，以及任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率，分别确定所述目标区域的最大水平主应力矢量分布数据和最小水平主应力矢量分布数据。
11.根据本技术的一个实施例，所述基于每个测点各自的最大水平主应力迁移方向、
最小水平主应力迁移方向，以及任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率，分别确定所述目标区域的最大水平主应力矢量分布数据和最小水平主应力矢量分布数据，包括：
12.将所述n个测点各自的最大水平主应力迁移方向头尾连接，得到所述目标区域的最大水平主应力迁移方向；
13.基于所述目标区域的最大水平主应力迁移方向和所述任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率，确定所述目标区域的最大水平主应力矢量分布数据；
14.将所述n个测点各自的最小水平主应力迁移方向头尾连接，得到所述目标区域的最小水平主应力迁移方向；
15.基于所述目标区域的最小水平主应力迁移方向和所述任意两个相邻的测点之间的最小水平主应力变化率，确定所述目标区域的最小水平主应力矢量分布数据。
16.根据本技术的一个实施例，所述基于所述中心测点的坐标值、所述中心测点的最大水平主应力值和所述中心测点的最小水平主应力值，以及每个所述相邻测点各自的坐标值、每个所述相邻测点各自的最大水平主应力值和每个所述相邻测点各自的最小水平主应力值，分别确定所述中心测点的最大水平主应力迁移方向和所述中心测点的最小水平主应力迁移方向，包括：
17.基于所述中心测点的坐标值、所述中心测点的最大水平主应力值、每个所述相邻测点各自的坐标值和每个所述相邻测点各自的最大水平主应力值计算方向导数，得到所述中心测点与每个相邻测点之间的最大水平主应力迁移方向；
18.将所述中心测点与其周围所述至少一个相邻测点之间的最大水平主应力迁移方向中的最大值确定为所述中心测点的最大水平主应力迁移方向；
19.基于中心测点的坐标值、所述中心测点的最大水平主应力值、每个所述相邻测点各自的坐标值和每个所述相邻测点各自的最大水平主应力值计算方向导数，得到所述中心测点与每个相邻测点之间的最大水平主应力迁移方向；
20.将所述中心测点与所述至少一个相邻测点之间的最小水平主应力迁移方向中的最大值确定为所述中心测点的最小水平主应力迁移方向。
21.根据本技术的一个实施例，在所述基于所述中心测点的坐标值、所述中心测点的最大水平主应力值和所述中心测点的最小水平主应力值，以及每个所述相邻测点各自的坐标值、每个所述相邻测点各自的最大水平主应力值和每个所述相邻测点各自的最小水平主应力值，分别确定所述中心测点的最大水平主应力迁移方向和所述中心测点的最小水平主应力迁移方向之后，还包括：
22.针对所述每个中心测点，分别确定所述中心测点在所述最大水平主应力迁移方向的最大水平主应力变化率，以及所述中心测点在所述最小水平主应力迁移方向的最小水平主应力变化率；
23.按照预设的插值倍数k，基于所述n个测点在各自最大水平主应力迁移方向的最大水平主应力变化率，以及所述n个测点在各自最小水平主应力迁移方向的最小水平主应力变化率，分别对n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值进行插值处理，以得到kn个测点各自的最大水平主应力值和所述kn个测点各自的最小水平主应力值；其中，所述k为大于0的整数；
24.对所述n个测点各自的最大水平主应力迁移方向和所述n个测点各自的最小水平主应力迁移方向进行均分处理，以得到均分处理后的kn个测点各自的最大水平主应力迁移方向和最小水平主应力迁移方向。
25.根据本技术的一个实施例，在所述基于所述中心测点的坐标值、所述中心测点的最大水平主应力值和所述中心测点的最小水平主应力值，以及每个所述相邻测点各自的坐标值、每个所述相邻测点各自的最大水平主应力值和每个所述相邻测点各自的最小水平主应力值，分别确定所述中心测点的最大水平主应力迁移方向和所述中心测点的最小水平主应力迁移方向之后，还包括：
26.确定所述中心测点在沿x方向的最大水平主应力变化率和所述中心测点在沿y方向的最大水平主应力变化率；其中，所述中心测点在沿x方向的最大水平主应力变化率、中心测点在沿y方向的最大水平主应力变化率，均通过对所述中心测点与在所述最大水平主应力迁移方向上的相邻测点之间的最大水平主应力变化率分别沿x，y方向进行分解得到的；
27.沿x方向对所述中心测点在沿x方向的最大水平主应力变化率进行积分处理，得到第一积分结果；沿y方向对所述中心测点在沿y方向的最大水平主应力变化率进行积分处理，得到第二积分结果；
28.基于所述第一积分结果和所述第二积分结果，确定所述中心测点与其在最大水平应力迁移方向上的相邻测点之间的最大水平应力迁移连续函数表达式；
29.确定所述中心测点在沿x方向的最小水平主应力变化率和所述中心测点在沿y方向的最小水平主应力变化率；
30.沿x方向对所述中心测点在沿x方向的最小水平主应力变化率进行积分处理，得到第三积分结果；沿y方向对所述中心测点在沿y方向的最小水平主应力变化率进行积分处理，得到第四积分结果；
31.基于所述第三积分结果和所述第四积分结果，确定所述中心测点与其在最小水平应力迁移方向上的相邻测点之间的最小水平应力迁移连续函数表达式。
32.根据本技术的一个实施例，在所述基于每个测点各自的最大水平主应力迁移方向、最小水平主应力迁移方向，以及任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率，分别确定所述目标区域的最大水平主应力分布矢量数据和最小水平主应力矢量分布数据，包括：
33.基于每个测点分别与其在最小水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最小水平应力迁移连续函数表达式，分别确定每个测点的第一函数值和第二函数值；
34.响应于所述第一函数值与所述第二函数值相同，且测点分别与其在最小水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最小水平应力迁移连续函数表达式满足函数连续条件，将所述第一函数值与所述第二函数值各自对应的最小水平应力迁移连续函数表达式进行合并处理，得到合并后的最小水平应力迁移连续函数表达式；
35.响应于所述第一函数值与所述第二函数值不同，和/或测点分别与其在最小水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最小水平应力迁移连续函数表达式未满足函数连续条件，将测点分别与其在最小水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最小水平应力迁移连续函数表达式确定为第一分段函数；
36.将所述合并后的最小水平应力迁移连续函数表达式和所述第一分段函数确定为所述目标区域的最小水平主应力矢量分布函数；
37.基于每个测点分别与其在最大水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最大水平应力迁移连续函数表达式，分别确定每个测点的第三函数值和第四函数值；
38.响应于所述第三函数值与所述第四函数值相同，且测点分别与其在最大水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最大水平应力迁移连续函数表达式满足函数连续条件，将所述第三函数值与所述第四函数值各自对应的最大水平应力迁移连续函数表达式进行合并处理，得到合并后的最大水平应力迁移连续函数表达式；
39.响应于所述第三函数值与所述第四函数值不同，和/或测点分别与其在最大水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最大水平应力迁移连续函数表达式未满足函数连续条件，将测点分别与其在最大水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最大水平应力迁移连续函数表达式确定为第二分段函数；
40.将所述合并后的最大水平应力迁移连续函数表达式和所述第二分段函数确定为所述目标区域的最大水平主应力矢量分布函数。
41.根据本技术的一个实施例，所述基于所述n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值，分别确定任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率，包括：
42.将所述中心测点的最大水平主应力值分别与每个所述相邻测点各自的最大水平主应力值相减，得到第一差值；基于所述第一差值，确定所述中心测点与每个所述相邻测点的最大水平主应力变化率；
43.将所述中心测点的最小水平主应力值分别与每个所述相邻测点各自的最小水平主应力值相减，得到第二差值；基于所述第二差值，确定所述中心测点与每个所述相邻测点的最小水平主应力变化率。
44.根据本技术的一个实施例，所述按照预设规则在煤矿工作面的目标区域内确定n个测点，包括：
45.将所述目标区域均匀划分成多个区块，分别确定所述多个区块各自的坐标区域；
46.将所述多个区块各自的坐标区域与预设区域进行比对，响应于所述坐标区域落入预设坐标区域内，去除该坐标区域对应的区块，以得到所述n个区块；其中，所述预设坐标区域为波速异常区域；
47.基于所述n个区块各自的坐标区域，分别确定所述n个区块各自的中心点坐标；
48.基于所述n个区块各自的中心点坐标，确定所述目标区域内的n个测点。
49.根据本技术实施例的第二方面，提供一种基于点面原位数据融合的区域水平应力确定装置，所述装置包括：
50.第一确定模块，用于按照预设规则在煤矿工作面的目标区域内确定n个测点和所述n个测点各自的坐标值；其中，所述n为大于或者等于9的整数；
51.获取模块，用于获取所述n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值；
52.第二确定模块，用于针对每个测点，将所述测点确定为中心测点，确定所述中心测点的至少一个相邻测点；
53.第三确定模块，用于基于所述中心测点的坐标值、所述中心测点的最大水平主应
力值和所述中心测点的最小水平主应力值，以及每个所述相邻测点各自的坐标值、每个所述相邻测点各自的最大水平主应力值和每个所述相邻测点各自的最小水平主应力值，分别确定所述中心测点的最大水平主应力迁移方向和所述中心测点的最小水平主应力迁移方向；
54.第四确定模块，用于基于所述n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值，分别确定任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率；
55.第五确定模块，用于基于每个测点各自的最大水平主应力迁移方向、最小水平主应力迁移方向，以及任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率，分别确定所述目标区域的最大水平主应力矢量分布数据和最小水平主应力矢量分布数据。
56.根据本技术的一个实施例，所述第五确定模块包括：
57.第一连接子模块，用于将所述n个测点各自的最大水平主应力迁移方向头尾连接，得到所述目标区域的最大水平主应力迁移方向；
58.第一确定子模块，用于基于所述目标区域的最大水平主应力迁移方向和所述任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率，确定所述目标区域的最大水平主应力矢量分布数据；
59.第二连接子模块，用于将所述n个测点各自的最小水平主应力迁移方向头尾连接，得到所述目标区域的最小水平主应力迁移方向；
60.第二确定子模块，用于基于所述目标区域的最小水平主应力迁移方向和所述任意两个相邻的测点之间的最小水平主应力变化率，确定所述目标区域的最小水平主应力矢量分布数据。
61.本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：通过对目标区域地震波ct探测和局部点地应力测试原位实测数据融合，确定了煤矿工作面的目标区域内的最大水平主应力矢量分布数据和最小水平主应力矢量分布数据，实现了区域水平应力定量化评估，直观地为矿井生产设计提供可靠数据支撑，进而显著提升了矿井设计与生产效率，大幅降低灾害发生风险，降低防灾治灾等工作量。
62.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
63.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理，并不构成对本技术的不当限定。
64.图1为本技术实施例中的一种基于点面原位数据融合的区域水平应力确定方法的流程图；
65.图2为本技术实施例中的一种基于点面原位数据融合的区域水平应力确定装置的结构框图；
66.图3为本技术实施例中的地震波ct探测的波速分布云图及波速梯度信息；
67.图4为本技术实施例中的区块位置及测点选取布置示意图；
68.图5为本技术实施例中的目标测点应力迁移方向示意图；
69.图6为本技术实施例中的区域水平应力迁移方向分布示意图。
70.附图标记
71.4-波速梯度异常区域；5-工作面坐标系；6-波速梯度边界线；7-区块；8-测点；9-中心测点；10-测点应力方向；11-水平应力迁移方向。
具体实施方式
72.为了使本领域普通人员更好地理解本技术的技术方案，下面将结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
73.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
74.需要说明的是，相关技术中，在煤矿地下开采工程中，巷道开挖与工作面采动产生的区域采动应力对巷道稳定性具有重要影响，尤其是水平应力异常集中易导致煤矿冲击地压、煤与瓦斯突出等严重动力灾害。通过原位测试准确掌握采掘区域水平应力分布方向与绝对数值十分关键，但目前尚无可靠的区域水平应力绝对数值原位实测技术方法。水压致裂、应力解除等作为较可靠的局部地应力原位测量方法广泛应用于生产一线，一般通过选取1～2个局部测点的地应力结果，用于指导整个采区或者工作面的设计和生产工作。然而实际工程中煤岩体物性变异特征突出，同时受到煤层起伏变化及地质构造影响，选择个别位置进行测量的局部应力测试难以满足工程需要。地震波ct技术可实现工作面较大范围区域探测，其原理是通过地震波在煤岩体中的传播速度变化特性来反映该区域相对垂直应力积聚分布情况，但无法获得区域水平应力的绝对数值。
75.基于上述问题，本技术提出了一种基于点面原位数据融合的区域水平应力确定方法及装置，可以实现通过对目标区域地震波ct探测和局部点地应力测试原位实测数据融合，确定了煤矿工作面的目标区域内的最大水平主应力矢量分布数据和最小水平主应力矢量分布数据，实现了区域水平应力定量化评估，直观地为矿井生产设计提供可靠数据支撑，进而显著提升了矿井设计与生产效率，大幅降低灾害发生风险，降低防灾治灾等工作量。
76.图1为本技术实施例中的一种基于点面原位数据融合的区域水平应力确定方法的流程图。
77.如图1所示，该基于点面原位数据融合的区域水平应力确定方法包括：
78.步骤101，按照预设规则在煤矿工作面的目标区域内确定n个测点和n个测点各自的坐标值。
79.其中，在本技术一些实施例中，n为大于或者等于9的整数。
80.在本技术一些实施例中，步骤101包括：
81.步骤a1，将目标区域均匀划分成多个区块，分别确定多个区块各自的坐标区域。
82.需要说明的是，区块可以尽可能覆盖出异常区域以外的全部区域。
83.步骤a2，将多个区块各自的坐标区域与预设区域进行比对，响应于坐标区域落入预设坐标区域内，去除该坐标区域对应的区块，以得到n个区块。
84.其中，在本技术实施例中，预设坐标区域为波速异常区域。
85.需要说明的是，如图3、图4所示，选择测点区块7位置时需要避开波速及波速梯度云图中波速异常区域4、微震事件集聚区及局部地质构造发育区，从而增强区域测试结果的可靠度和代表性。可以理解，将原地震波ct探测获得的波速及波速梯度分布云图的4类区域分别定义区域内波速阈值为v1、v2、v3、v4，两个相邻的波速梯度边界6之间的区域为一类区域。可选的，测点8的坐标(x，y)可以是工作面坐标系5上的坐标。
86.作为一种可能实施的示例，将多个区块各自的坐标区域与预设区域进行比对，若坐标区域落入预设坐标区域内，则说明该区块不满足要求，去除该区块。根据上述方法对多个区块进行筛选后，保留下来的区块即为上述n个区块。
87.可选的，上述区块可以是边长为预设数值的正方形，上述预设数值尽可能的小，从而得到尽可能多的区块。
88.步骤a3，基于n个区块各自的坐标区域，分别确定n个区块各自的中心点坐标。
89.步骤a4，基于n个区块各自的中心点坐标，确定目标区域内的n个测点。
90.作为一种可能实施的示例，基于n个区块各自的坐标区域，分别确定n个区块各自的中心点坐标，将n个区块各自的中心点坐标对应的点确定为目标区域内的n个测点，用每个测点来代表其所属区块。
91.步骤102，获取n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值。
92.可选的，可以在选定的测点位置进行钻孔，然后进行地应力原位测试，以获得n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值。
93.步骤103，针对每个测点，将测点确定为中心测点，确定中心测点的至少一个相邻测点。
94.步骤104，基于中心测点的坐标值、中心测点的最大水平主应力值和中心测点的最小水平主应力值，以及每个相邻测点各自的坐标值、每个相邻测点各自的最大水平主应力值和每个相邻测点各自的最小水平主应力值，分别确定中心测点的最大水平主应力迁移方向和中心测点的最小水平主应力迁移方向。
95.其中，在本技术一些实施例中，在步骤104还包括：
96.步骤b1，基于中心测点的坐标值、中心测点的最大水平主应力值、每个相邻测点各自的坐标值和每个相邻测点各自的最大水平主应力值，确定中心测点与每个相邻测点之间的最大水平主应力迁移方向。
97.其中，在本技术一些实施例中，步骤b1具体包括：基于中心测点的坐标值、中心测点的最大水平主应力值、每个相邻测点各自的坐标值和每个相邻测点各自的最大水平主应力值计算方向导数，得到中心测点与每个相邻测点之间的应力矢量变化率。
98.步骤b2，将中心测点与至少一个相邻测点之间的应力矢量变化率中的最大值所对应的迁移方向确定为中心测点的最大水平主应力迁移方向。
99.作为一种可能实施的示例，中心测点的坐标为(i，j)，与中心区块相邻的某一测点的坐标为(x，y)，中心测点的最大水平主应力迁移方向导数σh(i，j)通过以下公式计算得到：
[0100][0101]
其中，d为单个区块长度；x、y分别为相邻区块坐标。
[0102]
可以理解的是，由于采用中心测点来代表其所在区块，因此d为单个区块长度。
[0103]
如图5所示，中心测点9的坐标为(i，j)，与中心测点9相邻的测点有8个，分别将8个相邻测点的坐标值赋值给(x，y)，从而计算出中心测点与每个相邻测点对应的测点应力方向10上求导，并确定最大值，以得到
[0104]
步骤b3，基于中心测点的坐标值、中心测点的最小水平主应力值、每个相邻测点各自的坐标值和每个相邻测点各自的最小水平主应力值，确定中心测点与每个相邻测点之间的最小水平主应力迁移方向。
[0105]
其中，在本技术一些实施例中，步骤b3具体包括：基于中心测点的坐标值、中心测点的最小水平主应力值、每个相邻测点各自的坐标值和每个相邻测点各自的最小水平主应力值计算方向导数，得到中心测点与每个相邻测点之间的最小水平主应力迁移方向。
[0106]
步骤b4，将中心测点与至少一个相邻测点之间的最小水平主应力迁移方向中的最大值确定为中心测点的最小水平主应力迁移方向。
[0107]
作为一种可能实施的示例，中心测点的坐标为(i，j)，与中心区块相邻的某一测点的坐标为(x，y)，中心测点的最小水平主应力迁移方向通过以下公式计算得到：
[0108][0109]
其中，d为单个区块长度；x、y分别为相邻区块坐标。
[0110]
其中，在本技术一些实施例中，在步骤104之后，还包括：
[0111]
步骤c1，针对每个中心测点，分别确定中心测点在最大水平主应力迁移方向的最大水平主应力变化率，以及中心测点在最小水平主应力迁移方向的最小水平主应力变化率。
[0112]
步骤c2，按照预设的插值倍数k，基于n个测点在各自最大水平主应力迁移方向的最大水平主应力变化率，以及n个测点在各自最小水平主应力迁移方向的最小水平主应力变化率，分别对n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值进行插值处理，以得到kn个测点各自的最大水平主应力值和kn个测点各自的最小水平主应力值。
[0113]
其中，在本技术实施例中，k为大于0的整数。
[0114]
作为一种可能实施的示例，上述插值法可以是克里金插值法等数值插值方法。
[0115]
步骤c3，对n个测点各自的最大水平主应力迁移方向和n个测点各自的最小水平主应力迁移方向进行均分处理，以得到均分处理后的kn个测点各自的最大水平主应力迁移方向和最小水平主应力迁移方向。
[0116]
作为一种可能实施的示例，采用均分法将n个测点各自的最大水平主应力迁移方向和n个测点各自的最小水平主应力迁移方向进行均分处理，从而得到kn个测点各自的最大水平主应力迁移方向和最小水平主应力迁移方向。以最大水平主应力为例，均分处理公式为
[0117]
步骤105，基于n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值，分别确定任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率。
[0118]
在本技术一些实施例中，步骤105包括：
[0119]
将中心测点的最大水平主应力值分别与每个相邻测点各自的最大水平主应力值相减，得到第一差值；基于第一差值，确定中心测点与每个相邻测点的最大水平主应力变化率；将中心测点的最小水平主应力值分别与每个相邻测点各自的最小水平主应力值相减，得到第二差值；基于第二差值，确定中心测点与每个相邻测点的最小水平主应力变化率。
[0120]
在本技术一些实施例中，在步骤105之后，还包括：
[0121]
步骤d1，确定中心测点在沿x方向的最大水平主应力变化率和中心测点在沿y方向的最大水平主应力变化率。
[0122]
其中，在本技术实施例中，中心测点在沿x方向的最大水平主应力变化率、中心测点在沿y方向的最大水平主应力变化率，均通过对中心测点与在最大水平主应力迁移方向上的相邻测点之间的最大水平主应力变化率，分别沿x，y方向进行分解得到的。
[0123]
举例来说，求解各测点所代表的区块最大水平应力沿应力迁移方向的应力变化率σ’h
，并将应力迁移方向的应力变化率σ’h
分解为沿x方向变化率σ’hx
和沿y轴方向变化率σ’hy
。以区块(i，j)为例进行说明：假设区块(i，j)的应力迁移方向为区块(i-1，j-1)方位。
[0124]
区块(i，j)沿应力迁移方向的应力变化率σ’h表达式为：
[0125][0126]
区块(i，j)分解为沿x方向的应力变化率σ’hx
表达式为：
[0127][0128]
区块(i，j)分解为沿y方向的应力变化率σ’hy
表达式为：
[0129][0130]
其中，d为上述区块的边长。
[0131]
步骤d2，沿x方向对中心测点在沿x方向的最大水平主应力变化率进行积分处理，得到第一积分结果；沿y方向对中心测点在沿y方向的最大水平主应力变化率进行积分处理，得到第二积分结果。
[0132]
步骤d3，基于第一积分结果和第二积分结果，确定中心测点与其在最大水平应力迁移方向上的相邻测点之间的最大水平应力迁移连续函数表达式；
[0133]
步骤d4，确定中心测点在沿x方向的最小水平主应力变化率和中心测点在沿y方向的最小水平主应力变化率。
[0134]
步骤d5，沿x方向对中心测点在沿x方向的最小水平主应力变化率进行积分处理，得到第三积分结果；沿y方向对中心测点在沿y方向的最小水平主应力变化率进行积分处理，得到第四积分结果。
[0135]
步骤d6，基于第三积分结果和第四积分结果，确定中心测点与其在最小水平应力迁移方向上的相邻测点之间的最小水平应力迁移连续函数表达式。
[0136]
可以理解的是，相比于直接对最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率进行积分处理，将最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率分别延x轴方向和y轴方向进行分解，能够降低运算难度，提高运算效率，便于实现无人操作和数据自动处理。采用积分的方式能够基于测点的应力迁移数据，得到两个相邻测点之间连续的应力迁移数据。
[0137]
步骤106，基于每个测点各自的最大水平主应力迁移方向、最小水平主应力迁移方向，以及任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率，分别确定目标区域的最大水平主应力矢量分布数据和最小水平主应力矢量分布数据。
[0138]
在本技术一些实施例中，如图6所示，箭头方向指示步骤106包括：
[0139]
步骤e1，将n个测点8各自的最大水平主应力迁移方向11头尾连接，得到目标区域的最大水平主应力迁移方向。
[0140]
步骤e2，基于目标区域的最大水平主应力迁移方向和任意两个相邻的测点8之间的最大水平主应力变化率，确定目标区域的最大水平主应力矢量分布数据。
[0141]
步骤e3，将n个测点8各自的最小水平主应力迁移方向头尾连接，得到目标区域的最小水平主应力迁移方向。
[0142]
步骤e4，基于目标区域的最小水平主应力迁移方向和任意两个相邻的测点8之间的最小水平主应力变化率，确定目标区域的最小水平主应力矢量分布数据。
[0143]
在本技术一些实施例中，步骤106包括：
[0144]
步骤f1，基于每个测点分别与其在最小水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最小水平应力迁移连续函数表达式，分别确定每个测点的第一函数值和第二函数值。
[0145]
作为一种可能实施方式的示例，除在上述最小水平应力迁移方向的两端的测点以外，测点在其最小水平应力迁移方向上，存在两个相邻测点，即第i个测点的相连测点为第i-1个测点和第i+1个测点。用于表示第i个测点与第i-1个测点之间的最小水平应力分布情况的为第一最小水平应力迁移连续函数表达式，将第i个测点的坐标代入最小水平应力迁移连续函数表达式，得到第i个测点的第一函数值。用于表示第i个测点与第i+1个测点之间的最小水平应力分布情况的为第二最小水平应力迁移连续函数表达式，将第i个测点的坐标代入最小水平应力迁移连续函数表达式，得到第i个测点的第二函数值。
[0146]
步骤f2，响应于第一函数值与第二函数值相同，且测点分别与其在最小水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最小水平应力迁移连续函数表达式满足函数连续条件，将第一函数值与第二函数值各自对应的最小水平应力迁移连续函数表达式进行合并处理，得到合并后的最小水平应力迁移连续函数表达式。
[0147]
步骤f3，响应于第一函数值与第二函数值不同，和/或测点分别与其在最小水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最小水平应力迁移连续函数表达式未满足函数连续条件，将测点分别与其在最小水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最小水平应力迁移连续函数表达式确定为第一分段函数。
[0148]
步骤f4，将合并后的最小水平应力迁移连续函数表达式和第一分段函数确定为目标区域的最小水平主应力矢量分布函数。
[0149]
举例来说，以相邻的3个区块i-1，i，i+1的区块两两连接为例说明，i-1与i区块之间应力函数f(x，y)(i-1≤x＜i，i-1≤y＜i)和i与i+1区块之间应力函数g(x，y)(i≤x＜i+1，i≤y＜i+1)，若连接点(x0，y0)(即区块i对应的测点)处对应函数值f(x0，y0)和g(x0，y0)
相同，且同时符合函数连续条件，即可直接将f(x，y)和g(x，y)合并为新函数；若连接点(x0，y0)处对应函数值f(x0，y0)和g(x0，y0)不同或不符合函数连续条件，则认为该连接点为不连续点，将f(x0，y0)和g(x0，y0)按照分段函数处理。
[0150]
步骤f5，基于每个测点分别与其在最大水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最大水平应力迁移连续函数表达式，分别确定每个测点的第三函数值和第四函数值。
[0151]
步骤f6，响应于第三函数值与第四函数值相同，且测点分别与其在最大水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最大水平应力迁移连续函数表达式满足函数连续条件，将第三函数值与第四函数值各自对应的最大水平应力迁移连续函数表达式进行合并处理，得到合并后的最大水平应力迁移连续函数表达式。
[0152]
步骤f7，响应于第三函数值与第四函数值不同，和/或测点分别与其在最大水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最大水平应力迁移连续函数表达式未满足函数连续条件，将测点分别与其在最大水平应力迁移方向上的相邻的两个测点之间的最大水平应力迁移连续函数表达式确定为第二分段函数。
[0153]
步骤f8，将合并后的最大水平应力迁移连续函数表达式和第二分段函数确定为目标区域的最大水平主应力矢量分布函数。
[0154]
可以理解的是，最大水平主应力矢量分布函数的确定方法和上述最小水平主应力矢量分布函数相同，在此不做赘述。
[0155]
根据本技术实施例的基于点面原位数据融合的区域水平应力确定方法，通过按照预设规则在煤矿工作面的目标区域内确定n个测点和n个测点各自的坐标值；获取n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值；针对每个测点，将测点确定为中心测点，确定中心测点的至少一个相邻测点；基于中心测点的坐标值、中心测点的最大水平主应力值和中心测点的最小水平主应力值，以及每个相邻测点各自的坐标值、每个相邻测点各自的最大水平主应力值和每个相邻测点各自的最小水平主应力值，分别确定中心测点的最大水平主应力迁移方向和中心测点的最小水平主应力迁移方向；基于n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值，分别确定任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率；基于每个测点各自的最大水平主应力迁移方向、最小水平主应力迁移方向，以及任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率，分别确定目标区域的最大水平主应力矢量分布数据和最小水平主应力矢量分布数据。通过对目标区域地震波ct探测和局部点地应力测试原位实测数据融合，显著提升了采区或工作面大范围区域水平应力的掌握程度，实现了区域水平应力定量化评估，直观地为矿井生产设计提供可靠数据支撑，进而显著提升了矿井设计与生产效率，大幅降低灾害发生风险，降低防灾治灾工作量。同时，为实现工作面区域水平应力连续在线监测提供了方法基础。
[0156]
图2为本技术实施例中的一种基于点面原位数据融合的区域水平应力确定装置的流程图。
[0157]
如图2所示，该基于点面原位数据融合的区域水平应力确定装置包括：
[0158]
第一确定模块201，用于按照预设规则在煤矿工作面的目标区域内确定n个测点和n个测点各自的坐标值；其中，n为大于或者等于9的整数；
[0159]
获取模块202，用于获取n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值；
[0160]
第二确定模块203，用于针对每个测点，将测点确定为中心测点，确定中心测点的至少一个相邻测点；
[0161]
第三确定模块204，用于基于中心测点的坐标值、中心测点的最大水平主应力值和中心测点的最小水平主应力值，以及每个相邻测点各自的坐标值、每个相邻测点各自的最大水平主应力值和每个相邻测点各自的最小水平主应力值，分别确定中心测点的最大水平主应力迁移方向和中心测点的最小水平主应力迁移方向；
[0162]
第四确定模块205，用于基于n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值，分别确定任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率；
[0163]
第五确定模块206，用于基于每个测点各自的最大水平主应力迁移方向、最小水平主应力迁移方向，以及任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率，分别确定目标区域的最大水平主应力矢量分布数据和最小水平主应力矢量分布数据。
[0164]
根据本技术的一个实施例，第五确定模块包括：
[0165]
第一连接子模块，用于将n个测点各自的最大水平主应力迁移方向头尾连接，得到目标区域的最大水平主应力迁移方向；
[0166]
第一确定子模块，用于基于目标区域的最大水平主应力迁移方向和任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率，确定目标区域的最大水平主应力矢量分布数据；
[0167]
第二连接子模块，用于将n个测点各自的最小水平主应力迁移方向头尾连接，得到目标区域的最小水平主应力迁移方向；
[0168]
第二确定子模块，用于基于目标区域的最小水平主应力迁移方向和任意两个相邻的测点之间的最小水平主应力变化率，确定目标区域的最小水平主应力矢量分布数据。
[0169]
根据本技术实施例的基于点面原位数据融合的区域水平应力确定装置，通过按照预设规则在煤矿工作面的目标区域内确定n个测点和n个测点各自的坐标值；获取n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值；针对每个测点，将测点确定为中心测点，确定中心测点的至少一个相邻测点；基于中心测点的坐标值、中心测点的最大水平主应力值和中心测点的最小水平主应力值，以及每个相邻测点各自的坐标值、每个相邻测点各自的最大水平主应力值和每个相邻测点各自的最小水平主应力值，分别确定中心测点的最大水平主应力迁移方向和中心测点的最小水平主应力迁移方向；基于n个测点各自的最大水平主应力值和最小水平主应力值，分别确定任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率；基于每个测点各自的最大水平主应力迁移方向、最小水平主应力迁移方向，以及任意两个相邻的测点之间的最大水平主应力变化率和最小水平主应力变化率，分别确定目标区域的最大水平主应力矢量分布数据和最小水平主应力矢量分布数据。通过对目标区域地震波ct探测和局部点地应力测试原位实测数据融合，显著提升了采区或工作面大范围区域水平应力的掌握程度，实现了区域水平应力定量化评估，直观地为矿井生产设计提供可靠数据支撑，进而显著提升了矿井设计与生产效率，大幅降低灾害发生风险，降低防灾治灾工作量。同时，为实现工作面区域水平应力连续在线监测提供了方法基础。
[0170]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0171]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0172]
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0173]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。