一种覆岩模型构建方法、装置、系统及存储介质与流程

本技术涉及煤炭开采，特别涉及一种覆岩模型构建方法、装置、系统及存储介质。

背景技术：

1、地下煤层采出之后，采空区上方岩层原始应力状态遭到破坏，岩体发生垮落、破裂和移动，自下而上发展到地表，最终在地表形成塌陷坑、地裂缝、沉陷盆地等。如何在保护生态环境的前提下实现煤炭资源的安全高产高效开采，实现生态脆弱矿区大型煤炭基地资源与环境协调开发，成为当前众多学者关注的焦点。

2、目前，对于煤炭开采过程中覆岩移动变形的监测，主要是基于光纤传感技术的现场探测，由于数据量巨大，且杂乱无序，不利于研究人员或工作人员对数据形成直观了解，并及时监测覆岩的变化情况。因此，如何提供一种覆岩模型构建方法，通过数据的可视化实现对岩体变形状态的实时监测。

技术实现思路

1、本技术提供一种覆岩模型构建方法、装置、系统及存储介质，用以通过数据的可视化实现对岩体变形状态的实时监测。

2、本技术提供一种覆岩模型构建方法，包括：

3、获取布置于采空区的光纤传感设备的轴向应力以及应变数据；

4、根据所述光纤传感设备的轴向应力以及应变数据确定覆岩的裂隙信息、岩体变形带以及各个岩体区域的区域类型；

5、根据所述覆岩的裂隙信息、岩体变形带以及各个岩体区域的区域类型构建覆岩破坏及自修复程度模型。

6、本技术的有益效果在于：通过光纤传感设备的轴向应力以及应变数据，确定覆岩的裂隙信息、岩体变形带以及各个岩体区域的区域类型，并进一步构建覆岩破坏及自修复程度模型，实现了将监测数据的可视化表达。

7、在一个实施例中，所述根据所述光纤传感设备的轴向应力以及应变数据确定覆岩的裂隙信息，包括：

8、根据所述光纤传感设备的轴向应力以及应变数据确定光纤应变曲线；

9、根据所述光纤应变曲线确定覆岩的裂隙的位置和开闭程度。

10、在一个实施例中，所述覆岩的裂隙的位置确定方式如下：

11、确定所述光纤应变曲线斜率增大时的拐点位置所对应的光纤传感设备的位置为覆岩裂隙闭合区域所在的位置；

12、确定所述光纤应变曲线斜率减小时的拐点位置所对应的光纤传感设备的位置为覆岩裂隙张开区域所在的位置。

13、在一个实施例中，所述覆岩的裂隙的开闭程度的确定方式如下：

14、当所述光纤应变曲线斜率增大时，根据所述光纤应变曲线的斜率变化值确定所述覆岩的裂隙的闭合程度，其中，斜率变化值越大，闭合程度越大；

15、当所述光纤应变曲线斜率减小时，根据所述光纤应变曲线的斜率变化值确定所述覆岩的裂隙的张开程度，其中，斜率变化值越大，张开程度越大。

16、在一个实施例中，所述岩体变形带的确定方式如下：

17、当所述光纤传感设备的轴向应力以及应变数据满足以下至少一种情形时，所述光纤传感设备所在岩体变形带为岩体垮落带：

18、光纤传感设备的轴向应力骤减至原应力状态，或者光纤传感设备受到轴向应力大于0且应变数据的斜率大于0，或者连续监测的时间点对应的光纤传感设备的轴向应力方向发生改变且所述光纤传感设备的应变数据的极值方差大于第一预设值；

19、当所述光纤传感设备的应变数据的极值方差小于第一预设值且大于第二预设值时，所述光纤传感设备处于不规则变形状态，所述光纤传感设备所处的岩体变形带为岩体裂隙带；

20、当所述光纤传感设备的应变数据的极值方差小于第二预设值时，所述光纤传感设备处于规则变形状态，所述光纤传感设备所处的岩体变形带为弯曲变形带。

21、在一个实施例中，所述各个岩体区域的区域类型的确定方式如下：

22、当所述光纤传感设备的应变数据的斜率方差小于或等于第三预设值，且应变数据小于第四预设值时，确定所述光纤传感设备所处岩体变形带为覆岩稳定区；

23、当所述光纤传感设备的应变数据的斜率由正向变为负向时，确定所述光纤传感设备所处的岩体变形带为重新压实区；

24、当所述光纤传感设备的应变数据的斜率小于0时，且有部分光纤传感设备所在的区域处于拉应力递增态，也有部分光纤传感设备所在的区域处于拉应力递减态时，确定所述光纤传感设备所处的岩体变形带为离层区；

25、当存在所述光纤传感设备的应变数据的斜率大于0的压力集中区域，且其他光纤传感设备所处的区域与所述压力集中区域的距离越远受到的压应力越小时，确定光纤传感设备所处的岩体变形带为煤壁支承影响区。

26、在一个实施例中，所述根据所述覆岩的裂隙的位置、裂隙的开闭程度、岩体变形带以及各个岩体区域的区域类型构建覆岩破坏及自修复程度模型，包括：

27、将覆岩的裂隙信息导入gis中，以形成裂隙散点；

28、通过插值法将裂隙散点转换为连续空间数据；

29、根据所述连续空间数据在gis中生成云图；

30、剔除所述云图中的冗余数据；

31、将岩体形变带以及各个岩体区域的区域类型信息添加至云图中，以形成覆岩破坏及自修复程度模型。

32、本技术还提供一种覆岩模型构建装置，包括：

33、获取模块，用于获取布置于采空区的光纤传感设备的轴向应力以及应变数据；

34、确定模块，用于根据所述光纤传感设备的轴向应力以及应变数据确定覆岩的裂隙信息、岩体变形带以及各个岩体区域的区域类型；

35、构建模块，用于根据所述覆岩的裂隙信息、岩体变形带以及各个岩体区域的区域类型构建覆岩破坏及自修复程度模型。

36、在一个实施例中，所述确定模块，包括：

37、第一确定子模块，用于根据所述光纤传感设备的轴向应力以及应变数据确定光纤应变曲线；

38、第二确定子模块，用于根据所述光纤应变曲线确定覆岩的裂隙的位置和开闭程度。

39、在一个实施例中，所述确定模块还用于：

40、确定所述光纤应变曲线斜率增大时的拐点位置所对应的光纤传感设备的位置为覆岩裂隙闭合区域所在的位置；

41、确定所述光纤应变曲线斜率减小时的拐点位置所对应的光纤传感设备的位置为覆岩裂隙张开区域所在的位置。

42、在一个实施例中，所述确定模块还用于：

43、当所述光纤应变曲线斜率增大时，根据所述光纤应变曲线的斜率变化值确定所述覆岩的裂隙的闭合程度，其中，斜率变化值越大，闭合程度越大；

44、当所述光纤应变曲线斜率减小时，根据所述光纤应变曲线的斜率变化值确定所述覆岩的裂隙的张开程度，其中，斜率变化值越大，张开程度越大。

45、在一个实施例中，所述确定模块还用于：

46、当所述光纤传感设备的轴向应力以及应变数据满足以下至少一种情形时，所述光纤传感设备所在岩体变形带为岩体垮落带：

47、光纤传感设备的轴向应力骤减至原应力状态，或者光纤传感设备受到轴向应力大于0且应变数据的斜率大于0，或者连续监测的时间点对应的光纤传感设备的轴向应力方向发生改变且所述光纤传感设备的应变数据的极值方差大于第一预设值；

48、当所述光纤传感设备的应变数据的极值方差小于第一预设值且大于第二预设值时，所述光纤传感设备处于不规则变形状态，所述光纤传感设备所处的岩体变形带为岩体裂隙带；

49、当所述光纤传感设备的应变数据的极值方差小于第二预设值时，所述光纤传感设备处于规则变形状态，所述光纤传感设备所处的岩体变形带为弯曲变形带。

50、在一个实施例中，所述确定模块还用于：

51、当所述光纤传感设备的应变数据的斜率方差小于或等于第三预设值，且应变数据小于第四预设值时，确定所述光纤传感设备所处岩体变形带为覆岩稳定区；

52、当所述光纤传感设备的应变数据的斜率由正向变为负向时，确定所述光纤传感设备所处的岩体变形带为重新压实区；

53、当所述光纤传感设备的应变数据的斜率小于0时，且有部分光纤传感设备所在的区域处于拉应力递增态，也有部分光纤传感设备所在的区域处于拉应力递减态时，确定所述光纤传感设备所处的岩体变形带为离层区；

54、当存在所述光纤传感设备的应变数据的斜率大于0的压力集中区域，且其他光纤传感设备所处的区域与所述压力集中区域的距离越远受到的压应力越小时，确定光纤传感设备所处的岩体变形带为煤壁支承影响区。

55、在一个实施例中，所述构建模块，包括：

56、导入子模块，用于将覆岩的裂隙信息导入gis中，以形成裂隙散点；

57、转换子模块，用于通过插值法将裂隙散点转换为连续空间数据；

58、生成子模块，用于根据所述连续空间数据在gis中生成云图；

59、剔除子模块，用于剔除所述云图中的冗余数据；

60、形成子模块，用于将岩体形变带以及各个岩体区域的区域类型信息添加至云图中，以形成覆岩破坏及自修复程度模型。

61、本技术还提供一种覆岩模型构建系统，包括：

62、至少一个处理器；以及，

63、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

64、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行以实现上述任一实施例所记载的覆岩模型构建方法。

65、本技术还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，当存储介质中的指令由覆岩模型构建系统对应的处理器执行时，使得覆岩模型构建系统能够实现上述任一实施例所记载的覆岩模型构建方法。

66、本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

67、下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。