[发明专利]一种基于裂隙分维指标的采动覆岩质量评价方法

说明书

技术领域

本发明属于矿山安全技术领域，具体涉及一种基于对现场采动覆岩裂隙动 态演化测量的基础上，利用本区域裂隙分形维数对采动覆岩质量评价的方法。

背景技术

裂隙岩体是地下工程中最常见、最重要的介质之一，它直接影响了洞室的稳 定与安全，是研究岩体完整程度首先考虑的关键因素。

目前对于岩体质量的评价和判断多数依靠工程地质勘察规范等规范性文件， 这些规范往往是针对单因素的，缺乏对目标的整体评价适用性；而且随着采空 区的不断推进，上覆岩体裂隙也在不断的演化，裂隙的演化程度直接影响到岩 体的稳定性，目前许多采矿工程破坏失稳都与岩体中裂隙在受到外力作用相互 下扩展贯通有关，所以通过研究裂隙演化来评价岩体质量，以便及时采取措施 防止事故发生成了当务之急。

近年来，随着分形理论在研究工程岩体方面的应用，许多复杂的问题得到了 解决，大量的工程实验也表明裂隙岩体具有一定的自相似性。分形维数能够反 映岩体裂隙演化程度，但对于如何确定裂隙分维指标(评价岩体质量的指标)， 并科学的评价采动覆岩质量的好坏一直没有定论。

发明内容

本发明解决的技术问题在于克服了传统的岩体质量评价方法未考虑岩体中 裂隙的不足，导致对岩体质量评价不准确，影响安全开采等问题，提供一种利 用分形维数评价岩体质量的方法，并以此指标来评价采动覆岩质量的好坏，从 而指导矿层的支护工作，保证矿井的开采安全。

为了达到上述目的，本发明提出一种基于裂隙分维指标的采动覆岩质量评 价方法，包括以下步骤：

S1、构建裂隙分维指标：

S11、根据采空区位置进行地质勘探钻孔取芯，并对获得的岩芯进行单元划 分；

S12、获取岩芯壁图像，进行图像处理得到每一单元岩体裂隙网络分布图；

S13、获取每一单元的分形维数D及每一单元岩石的质量指标RQD并存储；

S14、根据步骤S13获得的分形维数D和岩石质量指标RQD，以RQD为横坐 标，分形维数D为纵坐标，建立岩石质量指标RQD与分形维数D的定量关系图， 并拟合直线方程：D＝A-B×RQD，其中,A为当RQD为零时对应分形维数D的大 小，B为直线的斜率；

S15、根据上述拟合直线方程并结合岩石质量指标RQD的分级标准构建裂隙 分维指标；

S2、根据上述裂隙分维指标评价采动覆岩质量：

进一步的，所述步骤S2中评价采动覆岩质量包括以下步骤：

S21、确定需要进行采动覆岩质量评价的矿层，布置测量孔；

S22、获取各测量孔的孔壁视频信息；

S23、对上述视频信息进行实时处理，获得每个测量孔的孔壁展开二值化图 像；

S24、根据上述二值化图像分析所有的裂隙网络分形维数D’并存储；

S25、依据裂隙分维指标获得采动覆岩质量等级。

进一步的，所述步骤S13中获取分形维数D包括以下步骤：

S131、用半径由大至小变化的n种不同半径的圆覆盖所述二值化图像，第i 种圆的半径记为r_i,用第i种圆覆盖后二值化图像上包含至少一条裂隙的圆的个 数记为N_i，其中，r_i＝kr_i-1，0<k<1，n为圆的种类数，且n≥9；

S132、对上述r_i和N_i分别取对数，以lgr为横坐标、lgN为纵坐标构建坐 标系，获得lgr-lgN拟合直线；

S133、求上述lgr-lgN拟合直线斜率的绝对值，即为分形维数D。

进一步的，所述步骤S13中，岩石质量指标RQD通过RQD(％)＝∑l_i/L×100％获 取，其中，l_i为单元岩芯未破坏岩块的长度，L为所取单元岩芯总长。

进一步的，步骤S21中在布置测量孔时，以开切眼为起点，沿着水平开采 方向每隔20m～30m布置一个测量孔，更准确的评价岩石质量。

进一步的，步骤S21中在每个测量孔内设置有长度与孔深一致的标尺，且 各测量孔内安装有钻孔成像仪。