[发明专利]倾斜煤层开采扰动岩层空隙率的随机分布特征的模拟方法

权利要求书

1.一种倾斜煤层开采扰动岩层空隙率的随机分布特征的模拟方法，其特征在于，包括：

S1，获取待开采煤层的厚度、倾角及采空区上覆各个岩层的岩性、厚度特征；

S2，根据煤层的倾角，设置好模拟装置的倾角，并通过扭动推进杆的螺母，使推进杆带动支撑块在合适的位置支撑住转板，使其能承受住上方岩块的重力并且不会改变所述倾角；其中，所述模拟装置包括底板、转板、两块夹板、四根带有螺纹的受力杆、两根推进杆、螺母、固定块、支撑块、铰支座和铰链；其中，所述铰支座和铰链固定在所述底板上，所述转板通过铰支座和铰链固定在底板上，且可绕铰支座和铰链旋转，所述夹板以一定倾斜角度固定在所述转板上，所述四根受力杆的一端固定在所述夹板上；所述推进杆通过螺母固定在所述底板的表面上，所述固定块和支撑块设置在所述推进杆的两端，且通过转动螺母挤压固定块，使推进杆活动，带动支撑块滑动，从而使转板转动，调节转板的倾角；

S3，根据各个岩层的物理力学性质，通过计算确定各岩层的破断长度；

S4，依据相似模拟比确定模拟各个岩层以及煤层的岩块尺寸；其中，由岩层的厚度，以及计算得到的破断长度，再根据相似几何比分别确定模拟岩层的岩块的厚度和长度，由煤层的厚度和长壁开采每步的开采步距分别确定模拟煤层的岩块的厚度和长度，模拟岩层和煤层的岩块的宽度拟定一个合适的值使岩块的排列叠加能够紧凑稳定；

S5，根据上覆岩层的实际分布顺序，在转板上由下往上依次放置好岩块，并扭动受力杆的螺母挤压夹板给予岩块一定的挤压力，使岩块挤压且岩块之间的缝隙最小；

S6，在模拟开挖前，用相机拍摄完整岩层面的照片，接着模拟煤层开挖一定的长度，待上部岩层破裂塌陷稳定后从垂直岩层面的位置拍摄照片，重复以上操作，依次获得各个开采长度后的岩层垮落后的照片并且保存；

S7，对于获取的照片，将其在煤层倾向方向上划分为无数条线，经图像处理，对每一张照片每一条线上的岩块和空隙的像素点的个数统计，并且计算其空隙率的值；

S8，根据空隙率的值，构建随机变量，获得倾斜煤层开采扰动岩层空隙率在倾向上各个点处的随机分布特征；其中，对于拍摄的多张照片以及每张照片每条线上的空隙率的值进行统计，并且通过构造关于渗透率的随机变量，获得倾斜煤层开采扰动岩层空隙率在倾向上各个点处的随机分布特征；所述的构造关于渗透率的随机变量，即构造随机变量，将重复进行多次实验所拍摄的照片在煤层倾向方向上的相同位置的线计算得到的空隙率带入构造的随机变量计算所得的值分别归类统计分析，得到照片每条线上随机变量值的频率分布直方图，将各直方的中点连线，其近似服从正态分布，并可以得到概率分布函数，通过随机变量与空隙率的关系，经反函数计算，从而获得在煤层倾向上各点处空隙率的随机离散化分布特征，由照片上沿煤层倾向方向上各点处的随机离散变化特征联合在一起，得到倾斜煤层开采扰动岩层空隙率在煤层倾向方向上的随机离散化分布特征。

2.根据权利要求1所述的倾斜煤层开采扰动岩层空隙率的随机分布特征的模拟方法，其特征在于，在步骤S1中，通过现场煤矿长壁开采上覆岩层的实际地质资料获取待开采的煤层的厚度、倾角及采空区上覆各个岩层的岩性、厚度特征。

3.根据权利要求1所述的倾斜煤层开采扰动岩层空隙率的随机分布特征的模拟方法，其特征在于，在步骤S2中，根据煤层的倾角，设置好模拟装置的倾角，并用支撑块支撑住转板，使其能承受住上方岩块的重力并且不会改变倾角；在确定倾角时，先转动转板，用量角器确定转板和底板的角度，待转到确定的角度后，扭动推进杆上的螺母，使推动杆带动支撑块移动到合适的位置，让支撑块支撑住底板，以固定转板和底板之间的角度。

4.根据权利要求1所述的倾斜煤层开采扰动岩层空隙率的随机分布特征的模拟方法，其特征在于：在步骤S3中，各岩层的物理力学性质包括各岩层厚度和抗拉强度以及各岩层所受的载荷；破断长度的计算公式：式中：l_i为破断长度，σ_ti为对应岩层的抗拉强度，q为对应岩层所受的载荷，α为煤层的倾角。