[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

说明书

本发明提供了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，包括：获取煤层的厚度、倾角及上覆岩层的岩性、厚度；根据煤层倾角，设置模拟装置倾角，通过扭动推进杆的螺母，使其带动支撑块滑动并支撑住转板；计算确定岩层的破断长度；依据相似模拟比确定模拟岩层以及煤层的岩块尺寸；根据上覆岩层的实际分布顺序，在转板上放置好岩块，扭动螺母挤压夹板使岩块的缝隙最小；拍摄岩层面的照片，模拟开挖一定的煤层长度，从垂直岩层面的位置拍摄，获得煤层开采后的岩层垮落后的照片；对照片将其在煤层倾向上划分为无数条线，对每条线的岩块和空隙的像素点统计，计算空隙率，获得倾斜煤层开采扰动岩层空隙率在倾向上各个点的随机分布特征。

技术领域

本发明涉及上覆岩层空隙率的分布领域，具体涉及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。

背景技术

倾斜煤层广泛存在于新疆、宁夏、山西、贵州、重庆、淮南、甘肃等许多产煤地区。随着我国主要矿区向西部转移，一半的煤矿开采急倾斜煤层，倾斜煤层的开采研究已成为当务之急。倾斜煤层与水平煤层在开采方法、覆岩结构、矿压规律、支护稳定性控制等方面存在显著差异。覆岩沿倾角的结构决定了围岩控制的重点，是采场支护设计的主要依据之一。

煤矿开采会引起一系列的岩层移动，而这些移动都是朝着采空区内的方向进行的。地下开采中面临的最困难的地质开采问题之一是煤层及其周围地层中不连续性的影响。煤层倾角大，地下开采难度大。通过地下开采倾斜煤层本身就涉及许多岩土和操作问题。倾斜煤层的机械化开采是对地下采煤工业的一大挑战。在设计倾斜煤层的机械化采煤方法时，需要解决许多问题，如矿柱失稳、操作不便、机器打滑的可能性，包括高度不对称的应力分布和沿顺层面的剪切滑移。这些问题主要是由于倾斜的影响，以及煤层和周围地层不连续性的存在。地层移动和地表沉降的预测精度对塌陷区的土地复垦、施工稳定性的安全评价具有重要的影响。如何准确预测采矿引起的沉陷是几十年来深入研究的课题。一些调查和实测表明，地质背景特别是倾角对地层运动起着重要的作用。因此，研究倾斜煤层开采引起的岩层移动和地表沉陷具有重要意义。

岩层移动和地表沉陷会产生大量的空隙，产生的空隙为地下为氧气，二氧化碳，瓦斯，水，消防材料等热质传递提供了通道，因此，研究了解采空区扰动上覆岩层空隙率的分布规律，对于治理地下煤火、地下水涌、瓦斯突出和爆炸具有重要的意义。覆岩的破裂移动是一个复杂随机的过程，受多方面因素的影响。受煤层厚度和倾角，松散层厚度，埋藏深度等几何条件；褶皱程度、断层程度、裂隙程度等构造因素；岩石硬度，湿度，膨胀效能等物理力学性质；长壁工作面的距离和推进速度，长壁工作面的长度，以及双采盘之间的工作面间距等开采技术因素的影响，长壁开采上覆岩层的破裂下沉是一个随机离散非均质的过程。因此，上覆岩层破裂下沉后的空隙率分布也具有随机分布的特征。

发明内容

本发明的主要目的在于针对倾斜煤层开采扰动上覆岩层的空隙率随机分布特征确定的重要性和困难性，提供一种基于数字图像处理技术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，具体技术方案如下：

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，其包括：

S1，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；

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；

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；

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；