一种构建煤矿三维透视采场的方法及系统

本发明属于工业大数据分析，尤其涉及一种构建煤矿三维透视采场的方法及系统。

背景技术：

1、煤炭资源长期以来一直是中国的主体能源，我国95％的煤矿开采是地下作业，由于应力转移的破坏与岩壁变薄，很容易造成顶板大面积垮落、巷道急速变形、冲击地压、瓦斯凸出等动力灾害性事故，煤矿安全生产尤为重要。

2、煤矿地质条件比较复杂，安全隐患难以排查，其根本原因在于地质的未知性以及地质体在空间的位置难以量化。针对以上问题，使其采场透视化，将采场内部结构以一种三维透视的形式显示出来，监测出地下煤矿的具体状态。透视采场是一套算法体系，通过这套算法体系使空间地质体的位置能够迅速准确的定位。三维透视采场随着矿山的开采不断地进行更新，使其更加的精确反应地下采煤工作面的真实情况。从而使工作人员更加直观地了解采煤工作面的变化情况，应对其突发状况。

3、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的技术只能把原有勘探好纸质的信息用数字的形式表达出来，并不能用计算机的方式将信息展现出来，导致精度高的三维透视采场无人建立成功，即使建立出了静态模型，动态模型也依旧仅存在于公开的资料或者数学模型之中，无法将动态模型进行计算机仿真出来，不能将仿真结构更加直观进行可视化表达，而且现有技术表达出静态模型空间内准确定位精度低，使得应对突发状况，不能有效保证煤矿的安全高效生产。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种构建煤矿三维透视采场的方法及系统，本发明目的在于利用规则格网(grid)和不规则三角网法(tin)对煤矿钻孔数据进行处理，在其基础上实现煤矿三维透视化采场建模。

2、所述技术方案如下：构建煤矿三维透视采场的方法，该方法运行于计算机，包括以下步骤：

3、s1，在计算机界面确定三维透视采场的空间尺寸；

4、s2，基于三维透视采场的空间尺寸构建静态模型，构建地表等高线、煤层底板等高线，并利用规则格网和不规则三角网法对地表等高线、煤层底板等高线进行处理，获取地表等高线和煤层底板等高线的起伏状态，根据起伏状态构建断层、水体地质体；

5、s3，动态模型构建：对构建的断层、水体地质体的采煤工作面进行工作面推进，获取任意岩层的运动规律、裂断拱、开口距、岩梁初次来压，形成周期裂断；

6、s4，使用三维建模工具，通过描述点线面体的方式建模并进行可视化示出。

7、在步骤s1中，确定三维透视采场的空间尺寸具体包括：

8、s1.1，确定平面尺寸；

9、s1.2，确定高度范围。

10、根据权利要求1所述的构建煤矿三维透视采场的方法，其特征在于，在步骤s2中，构建地表等高线包括：获取等高线控制点的坐标，对于任一岩层，确定边界后，在确定岩层外围边界的基础上等距离的画出单元格并在单元格找交点，用插值方法标记交点所受的压力，形成由多个点阵组成的等高线；

11、通过构建地表等高线步骤流程构建煤层底板等高线。

12、在步骤s2中，构建断层、水体地质体包括：

13、a.平面投影，利用凸集点表示边缘区域的点；

14、b.空间上，获取边缘区域中心线的倾角，上向下向上延伸，获取边缘区域空间上的边缘点。

15、在步骤s2中，构建断层、水体地质体后，还需进行岩层建模，根据z10-z11，z12-z13的距离计算煤层在岩层中的厚度；z10,z11,z12,z13均表示岩层；

16、基于估算的煤层在岩层中的厚度，对生产信息进行定位，生产信息包括巷道，采煤机，液压支架。

17、在步骤s3工作面推进中，进尺为fx，采煤机，液压支架随工作面推进而移动；

18、获取任意岩层的裂断拱中获取预警半径：根据σ＝w/a，计算出垂直应力，水平应力的应力；式中，w为拉伸或压缩载荷，a为截面积。

19、在步骤s3中，获取任意岩层的开口距包括：选定任意岩层zi,当采煤工作面推进进尺fx，开口距离bi0，当前岩层的开采高度h；开口距表达式为：

20、bi0＝fx-2htana

21、式中，bi0为开口距离，fx为进尺，h为当前岩层的开采高度，a为工作面倾斜角度。

22、在步骤s3中，获取任意岩层的岩梁初次来压为：

23、

24、式中，l0为岩梁的初次断裂步距，ms为岩梁支托层的厚度，mc为岩梁随动层的厚度，σx为岩梁支托层的抗拉强度，γ为岩梁的平均容重，a为工作面倾斜角度，a的取值范围为(-90°，90°)。

25、在步骤s3中，形成周期裂断包括：在短边控制长边，ft长度的限制，裂断拱h不再向上发展下，h＝l0/2为周期裂断。

26、本发明的另一目的在于提供一种构建煤矿三维透视采场系统，运行于计算机，并实施所述的构建煤矿三维透视采场的方法，该系统包括：

27、选定采煤工作面模块，用于确定三维透视采场的空间尺寸；

28、静态模型构建模块，用于构建地表等高线、煤层底板等高线、利用规则格网和不规则三角网法对等高线进行处理，获取地表等高线和煤层底板等高线的起伏状态，以及构建断层、水体地质体；

29、动态模型构建模块，用于对构建断层、水体地质体进行开采、工作面推进、获取任意一个岩层z运动规律、决定裂断拱、确定开口距、岩梁初次来压判定，以及判定形成的周期裂断；

30、建模模块，用于使用三维建模工具，通过描述点线面体的方式建模。

31、结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明公开一种构建煤矿三维透视采场的方法。静态模型是将地质条件(水体，老塘，断层)和生产条件(上、下顺槽，巷道，钻孔)，用计算机的方式表达出其在空间内的真实坐标，动态模型是由于采煤工作面推进，引起上覆岩层变化，当波及到空间结构内水体，断层等，引起初次来压、周期来压与x裂段、周期裂段的参数变化。该方法将静态模型与动态模型两者相结合，真实地反映采煤工作面在地下的真实的生产状况，解决了传统方法上空间信息缺失的缺陷，表达出矿山地质体的地层信息及空间构造。使工作人员更加直观地了解采煤工作面的变化情况，以此来应对突发状况，保证煤矿的安全高效生产。

技术特征：

1.一种构建煤矿三维透视采场的方法，其特征在于，该方法运行于计算机，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的构建煤矿三维透视采场的方法，其特征在于，在步骤s1中，确定三维透视采场的空间尺寸具体包括：

3.根据权利要求1所述的构建煤矿三维透视采场的方法，其特征在于，在步骤s2中，构建地表等高线包括：获取等高线控制点的坐标，对于任一岩层，确定边界后，在确定岩层外围边界的基础上等距离的画出单元格并在单元格找交点，用插值方法标记交点所受的压力，形成由多个点阵组成的等高线；

4.根据权利要求1所述的构建煤矿三维透视采场的方法，其特征在于，在步骤s2中，构建断层、水体地质体包括：

5.根据权利要求1所述的构建煤矿三维透视采场的方法，其特征在于，在步骤s2中，构建断层、水体地质体后，还需进行岩层建模，根据z10-z11，z12-z13的距离计算煤层在岩层中的厚度；z10,z11,z12,z13均表示岩层；

6.根据权利要求1所述的构建煤矿三维透视采场的方法，其特征在于，在步骤s3工作面推进中，进尺为fx，采煤机，液压支架随工作面推进而移动；

7.根据权利要求1所述的构建煤矿三维透视采场的方法，其特征在于，在步骤s3中，获取任意岩层的开口距包括：选定任意岩层zi,当采煤工作面推进进尺fx，开口距离bi0，当前岩层的开采高度h；开口距表达式为：

8.根据权利要求1所述的构建煤矿三维透视采场的方法，其特征在于，在步骤s3中，获取任意岩层的岩梁初次来压为：

9.根据权利要求1所述的构建煤矿三维透视采场的方法，其特征在于，在步骤s3中，形成周期裂断包括：在短边控制长边，ft长度的限制，裂断拱h不再向上发展下，h＝l0/2为周期裂断。

10.一种构建煤矿三维透视采场系统，其特征在于，运行于计算机，并实施权利要求1-9任意一项所述的构建煤矿三维透视采场的方法，该系统包括：

技术总结
本发明属于工业大数据分析技术领域，公开了一种构建煤矿三维透视采场的方法及系统。该方法包括：在计算机界面确定三维透视采场的空间尺寸；基于三维透视采场的空间尺寸构建静态模型，对构建的断层、水体地质体的采煤工作面进行工作面推进，获取任意岩层的运动规律、裂断拱、开口距、岩梁初次来压，形成周期裂断；使用三维建模工具，通过描述点线面体的方式建模并进行可视化示出。本发明将静态模型与动态模型两者相结合，真实地反映采煤工作面在地下的真实的生产状况，解决了传统方法上空间信息缺失的缺陷，表达出矿山地质体的地层信息及空间构造。更加直观地了解采煤工作面的变化情况，以此来应对突发状况，保证煤矿的安全高效生产。

技术研发人员：卢国志,刘桂恺,张娜,李鑫,王涛,姚春卉,朱子泉,闫圣召
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15