一種地下采煤礦山精確監測防治方法技術

本發明專利技術公開了一種地下采煤礦山精確監測防治方法，主要利用無人機傾斜攝影技術獲取目標區域的高精度傾斜模型并生成精確地形圖，再結合目標區域的勘察及剖面數據和采空區數據，采用三維地質建模軟件對目標區域進行三維地質建模，建立地形線和地層界線等模型，最后利用數值模擬的方法，對模型在開采后天然工況及暴雨、地震工況下進行模擬計算，明確礦山現在以及未來變形破壞顯著區域，準確給出監測設備布置點位，給出科學安全的防治建議。給出科學安全的防治建議。給出科學安全的防治建議。

【技術實現步驟摘要】
一種地下采煤礦山精確監測防治方法


[0001]本申請涉及煤礦領域，尤其是涉及一種地下采煤礦山精確監測防治方法。

技術介紹

[0002]煤礦資源作為人類生存不可或缺的物質條件，對社會發展起著重要的基礎性作用。中國的煤炭資源總量大約是五萬億噸，每年中國煤炭資源的消耗量是四十億噸，由此可見，中國是世界上的煤炭資源大國和煤炭消耗量大國。近年來，煤礦資源開發力度不斷加強，煤礦山地質環境惡化帶來的危害也日趨嚴重。煤礦山地質環境及相伴的地質災害問題成為制約我國煤礦山發展的重大地質環境問題。
[0003]由于長時間、高強度的煤礦山開采，對地質環境造成了嚴重的破壞和影響。我國煤礦的開采大部分為地下開采，這不僅有誘發崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等突變性地質災害的可能，而且有誘發地面沉降、土壤荒漠化、水環境惡化等緩變性地質災害的可能。初步統計，全國因采礦引起的塌陷有180多處，塌陷坑1600多個，塌陷面積約1150km2，全國發生采礦塌陷的城市近40個,造成嚴重破壞的25個。近十年來，全國由于崩滑流造成的人員死亡已近萬人，每年因地質災害造成的經濟損失高達270億元。因此，地下采煤礦山進行精確監測防治對我國采煤礦山發展具有重要意義。
[0004]當前針對地下采煤礦山精確監測防治的研究，主要存在以下3個方面的問題：
[0005]1、對地形的獲取不夠精確和方便。目前常用的地形測繪方法面臨著工作效率低，成圖周期長，不能快速測圖的緊迫問題。如航空攝影測量技術測繪小面積地形花費的人力物力成本高，精度上不能滿足1∶500地形圖的測量精度；GPS
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RTK存在衛星限制、地物干擾、缺少多余觀測、高程數據不準確等問題；三維激光掃描測圖人工勾繪過程有局部地形精度損失且設備價格高技術難普及。
[0006]2、地下采煤礦山的變形預測不夠精確。目前對于煤礦山數值模擬的研究中，利用其他第三方軟件進行三維地質建模不夠精確，這導致地下采煤礦山的變形預測不夠精確。而SKUA GOCAD軟件針對地質數據具有的不連續性、不確定性特點，采用離散光滑插值法，基于對目標體的離散化，用一系列具有物體的幾何和物理特性的相互聯結的節點模擬地質體，這使得后面建立的模型十分精確。
[0007]3、大部分研究對現有的數值模擬采用的是概化模型，三維數值計算模型一般采用簡單概化，甚至多數情況只考慮單一的二維剖面進行模擬計算，難以反映真實礦山內部地質情況。

技術實現思路

[0008]針對現有技術中的上述不足，本專利技術提供的一種地下采煤礦山精確監測防治方法解決了當前地下采煤礦山對地形獲取不精確方便、對礦山變形預測不夠精準以及難以對礦山建立精準模型的問題。
[0009]為了達到上述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案為：一種地下采煤礦山精確監測
防治方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：
[0010]S1：利用無人機傾斜攝影技術采集煤礦山區域地質影像資料；
[0011]S2：將地質影像資料進行數據處理，利用三維建模軟件獲得區域三維模型；
[0012]S3：利用區域三維模型，分別制作現有采空區三維地質體和未來采空區三維地質體；
[0013]S4：根據現有采空區三維地質體和未來采空區三維地質體，分別制作現有采空區三維網格模型和未來采空區三維網格模型；
[0014]S5：對現有采空區三維網格模型和未來采空區三維網格模型分別進行分塊賦參數，并分別構建現有采空區數值計算三維模型和未來采空區數值計算三維模型；
[0015]S6：對現有采空區數值計算三維模型和未來采空區數值計算三維模型進行模擬計算，分別獲得天然狀況下、地震狀況下和暴雨狀況下的現有采空區礦山穩定性結果，以及天然狀況下、地震狀況下和暴雨狀況下的未來采空區礦山穩定性結果；
[0016]S7：根據天然狀況下、地震狀況下和暴雨狀況下的現有采空區礦山穩定性結果，以及天然狀況下、地震狀況下和暴雨狀況下的未來采空區礦山穩定性結果，分析得到推薦監測點、監測布置方案和防治措施建議。
[0017]上述方案的有益效果是：通過上述技術方案，將傾斜攝影技術，三維地質建模，三維數值模擬等技術結合在一起，構建綜合的三維地質模型，并對模型進行數值模擬，為煤礦山的開采提供精確有效的監測防治方法。
[0018]進一步地，S1中利用無人機進行影像采集，通過編制任務計劃，執行飛行任務，獲得地質影像資料。
[0019]上述進一步方案的有益效果是：通過上述技術方案，利用無人機采集地質影像資料，能夠精確獲得地形數據，且該方法相比其他方式更加簡單便捷。
[0020]進一步地，S2中包括以下步驟：
[0021]S2
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1：根據地質影像資料，進行空中三角測量，獲得影像的高精度外方位元素；
[0022]S2
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2：對畸變校正后的傾斜影像和高精度的外方位元素通過多視影像密集匹配，獲得高密度三維點云；
[0023]S2
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3：根據高密度三維點云，過濾植被，并提取等高線，生成研究區等高線文件；
[0024]S2
?
4：將研究區等高線文件經處理后導出到三維建模軟件中，獲得地質影像資料線性模型；
[0025]S2
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5：對地質影像資料線性模型分別進行限制和擬合，獲得區域三維模型。
[0026]上述進一步方案的有益效果是：通過上述技術方案，對地質影像數據建立精確三維模型，便于對礦山進行準確分析。
[0027]進一步地，地質影像資料包括地形數據、剖面數據和采空區數據；所述區域三維模型包括精確地表模型、精確地質界面模型、現在采空區模型和未來采空區模型。
[0028]上述進一步方案的有益效果是：通過上述技術方案，對地形數據、剖面數據和采空區數據進行精確分析，從而建立精確模型。
[0029]進一步地，S2
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4中包括以下步驟：
[0030]S2
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1：根據地質影像資料數據，通過構建以及轉換空間三維坐標系，建立線性地質影像資料的三維圖形；
[0031]S2
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2：將線性地質影像資料的三維圖形轉換為三維地質影像資料模型文件；
[0032]S2
?4?
3：將三維地質影像資料模型文件逐一導入至三維建模軟件中，并利用離散光滑插值方法，使得原始數據點全部落在地層曲面上，分別獲得地形線模型、剖面線模型、現有采空區模型和未來采空區模型。
[0033]上述進一步方案的有益效果是：通過上述技術方案，將地形數據、剖面數據、現有采空區數據和未來采空區數據的CAD文件導入建模軟件中獲得地形模型、剖面模型、現有采空區模型和未來采空區模型。
[0034]進一步地，S2
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5中包括以下步驟：
[0035]S2
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1：利用地形線模型，確定地形線中平面；
[0036]S2
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種地下采煤礦山精確監測防治方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：S1：利用無人機傾斜攝影技術采集煤礦山區域地質影像資料；S2：將地質影像資料進行數據處理，利用三維建模軟件獲得區域三維模型；S3：利用區域三維模型，分別制作現有采空區三維地質體和未來采空區三維地質體；S4：根據現有采空區三維地質體和未來采空區三維地質體，分別制作現有采空區三維網格模型和未來采空區三維網格模型；S5：對現有采空區三維網格模型和未來采空區三維網格模型分別進行分塊賦參數，并分別構建現有采空區數值計算三維模型和未來采空區數值計算三維模型；S6：對現有采空區數值計算三維模型和未來采空區數值計算三維模型進行模擬計算，分別獲得天然狀況下、地震狀況下和暴雨狀況下的現有采空區礦山穩定性結果，以及天然狀況下、地震狀況下和暴雨狀況下的未來采空區礦山穩定性結果；S7：根據天然狀況下、地震狀況下和暴雨狀況下的現有采空區礦山穩定性結果，以及天然狀況下、地震狀況下和暴雨狀況下的未來采空區礦山穩定性結果，分析得到推薦監測點、監測布置方案和防治措施建議。2.根據權利要求1所述的一種地下采煤礦山精確監測防治方法，其特征在于，所述S1中利用無人機進行影像采集，通過編制任務計劃，執行飛行任務，獲得地質影像資料。3.根據權利要求2所述的一種地下采煤礦山精確監測防治方法，其特征在于，所述S2中包括以下步驟：S2
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1：根據地質影像資料，進行空中三角測量，獲得影像的高精度外方位元素；S2
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2：對畸變校正后的傾斜影像和高精度的外方位元素通過多視影像密集匹配，獲得高密度三維點云；S2
?
3：根據高密度三維點云，過濾植被，并提取等高線，生成研究區等高線文件；S2
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4：將研究區等高線文件經處理后導出到三維建模軟件中，獲得地質影像資料線性模型；S2
?
5：對地質影像資料線性模型分別進行限制和擬合，獲得區域三維模型。4.根據權利要求3所述的一種地下采煤礦山精確監測防治方法，其特征在于，所述地質影像資料包括地形數據、剖面數據和采空區數據；所述區域三維模型包括精確地表模型、精確地質界面模型、現在采空區模型和未來采空區模型。5.根據權利要求4所述的一種地下采煤礦山精確監測防治方法，其特征在于，所述S2
?
4中包括以下步驟：S2
?4?
1：根據地質影像資料數據，通過構建以及轉換空間三維坐標系，建立線性地質影像資料的三維圖形；S2
?4?
2：將線性地質影像資料的三維圖形轉換為三維地質影像資料模型文件；S2
?4?
3：將三維地質影像資料模型文件逐一導入至三維建模軟件中，并利用離散光滑插值方法，使得原始數據點全部落在地層曲面上，分別獲得地形線模型、剖面線模型、現有采空區模型和未來采空區模型。6.根據權利要求5所述的一種地下采煤礦山精確監測防治方法，其特征在于，所述S2
?
5中包括以下步驟：S2
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1：利用地形線模型，確定地形線中平面；
S2
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2：利用地形線中平面，以地形線作為限制條件，進行多次擬合，獲得精確地表模型；S2
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3：利用剖面線模型，確定剖面線中平面；S2
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4：利用剖面線中平面，以剖面線作為限制條件，進...

【專利技術屬性】
技術研發人員：巫恩歌，張東航，劉捷，趙建軍，賴琪毅，
申請(專利權)人：成都理工大學，
類型：發明
國別省市：