CN110689612A - 一种煤层三维模型的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层三维模型的构建方法，包括根据地表三维等值线，生成地表模型；根据煤层底板等高线和煤层厚度，计算得到煤层顶板等高线；将工作面数据，得到工作面停采线；选取工作面停采线上的一点为基点并选取地表模型上的参考线为高度方向的参考线，利用钻孔柱状图生成的厚硬关键层顶底板三维坐标点，得到厚硬关键层顶底板的相对三维坐标点；利用煤层顶板等高线和厚硬关键层顶底板的相对三维坐标点，在地表模型的基础上生成煤层赋存模型；根据工作面数据，在地表模型和煤层赋层模型的基础上生成工作面模型，得到煤层三维模型。工作人员可利用该模型进行后续的顶煤冒放性、矿压显现规律等分析，满足工作需求。

Description

一种煤层三维模型的构建方法

技术领域

本发明涉及煤矿工程技术领域，特别涉及一种煤层三维模型的构建方法。

背景技术

由于煤矿工程处大多地质构造复杂，在进行地下工程建设之前，需要获取各种地层信息，以利于工程施工。通常，可以通过地质勘探、测量等手段获得大量的地质信息数据，包括地表地形、地层界面等信息，以便对施工提供有效的支持。但是，这些数据往往都是一些离散不连续的数据，地质工作者很难利用这些数据分析出它们在地质体中的分布规律。

现有技术中可以采用三维模型来展示地下的地质情况，但是现有的三维模型的建模方式是利用煤层底板等高线构建底板的表面模型，再利用各个标志点的厚度值映射出顶板面，最终形成煤层三维模型。这种三维模型主要侧重于展示，虽能反映厚度变化，但没有考虑覆岩层空间变化及地表状况，工作人员无法利用该模型进行后续的顶煤冒放性、矿压显现规律等分析，不能满足工作需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤层三维模型的构建方法，以解决现有的三维模型没有考虑覆岩层空间变化及地表状况，工作人员无法利用该模型进行后续的顶煤冒放性、矿压显现规律等分析，不能满足工作需求的问题。

根据本发明的实施例，提供了一种煤层三维模型的构建方法，包括：

获取地表三维等值线、煤层底板等高线、工作面数据和煤层厚度；

根据地表三维等值线，生成地表模型；

根据煤层底板等高线和煤层厚度，计算得到煤层顶板等高线；

将工作面数据，得到工作面停采线；

选取工作面停采线上的一点为基点并选取地表模型上的参考线为高度方向的参考线，利用钻孔柱状图生成的厚硬关键层顶底板三维坐标点，得到厚硬关键层顶底板的相对三维坐标点；

利用煤层顶板等高线和厚硬关键层顶底板的相对三维坐标点，在地表模型的基础上生成煤层赋存模型；

根据工作面数据，在地表模型和煤层赋层模型的基础上生成工作面模型，得到煤层三维模型。

进一步地，得到煤层三维模型之后还包括：

获取煤层的地应力值，地应力值包括最大主应力值、最小主应力值和中间主应力值；

将地应力值赋值于煤层三维模型上。

进一步地，煤层的地应力值由水力压裂或应力解除法测量得到。

进一步地，获取地表三维等值线包括：

获取井田在预设范围内的航拍图像；

根据航拍图像，生成相应的地理坐标和高程；

根据地理坐标和高程，生成地表三维等值线。

进一步地，根据所述根据地表三维等值线，生成地表模型之前还包括：

对地表三维等值线进行修正。

进一步地，对地表三维等值线进行修正包括：

对所有地表三维等值线进行筛选，得到相交叉的地表三维等值线或连接成封闭图形的三维等值线；

将相交叉的地表三维等值线中的一条地表三维等值线进行删除，或者将连接成封闭图形的三维等值线进行拆分。

本发明实施例提供了一种煤层三维模型的构建方法，该方法构建的模型不仅含有煤层赋存模型，还包含工作面模型和地表模型，工作人员可利用该模型进行后续的顶煤冒放性、矿压显现规律等分析，满足工作需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种煤层三维模型的构建方法的流程图；

图2为构建得到的煤层三维模型的结构图；

图3为步骤106之后的流程图；

图4为步骤101的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一实施例提供了一种煤层三维模型的构建方法，如图1所示，包括：

步骤101：获取地表三维等值线、煤层底板等高线、工作面数据和煤层厚度。

其中，地表三维等值线可由无人机进行航拍，再对得到的图像处理得到。煤层底板等高线、工作面数据和煤层厚度，由工作人员进行勘探得到。

步骤102：根据地表三维等值线，生成地表模型1。

利用现有的三维建模软件，将地表三维等值线生成地表模型1，如图2所示。

步骤103：根据煤层底板等高线和煤层厚度，计算得到煤层顶板等高线。

具体地，煤层顶板是指位于煤层上的岩层，煤层顶板分为伪顶、直接顶和基本顶，伪顶是紧贴煤层之上，极易随煤炭的采处而同时垮落的较薄岩层，厚度一般为0.3-0.5m，多由页岩、炭质页岩等组成。直接顶是位于伪顶或煤层(无伪顶)之上岩层，常随着回撤支架而垮落，厚度一般1-2m，多由泥岩、粉砂岩等易垮落的岩石组成。基本顶，是位于直接顶或直接位于煤层之上(无直接顶和伪顶)的厚而坚硬的岩层，达到相当面积之后才能垮落一次，通常由坚硬岩石组成。

煤层底板分为伪底，直接底和基本底。伪底直接位于煤层之下的薄层软弱岩层，厚度一般为0.2-0.3m。直接底直接位于煤层之下硬度较低的岩层。基本底指位于直接底之下，比较坚硬的岩层。由于上述的各类煤层顶板是否需要进行模拟，工作人员可根据钻孔柱状信息进行确定。

将煤层底板等高线与煤层厚度相加，就得到煤层顶板等高线。

步骤104：将工作面数据，得到工作面停采线。

步骤105：选取工作面停采线上的一点为基点并选取地表模型上的参考线为高度方向的参考线，利用钻孔柱状图生成的厚硬关键层顶底板三维坐标点，得到厚硬关键层顶底板的相对三维坐标点。厚硬关键层为对采场上覆岩层局部或直至地表的全部岩层活动期控制作用的岩层。

步骤106：利用煤层顶板等高线和厚硬关键层顶底板的相对三维坐标点，在地表模型的基础上生成煤层赋存模型。

利用现有的三维建模软件，煤层顶板等高线和厚硬关键层顶底板的相对三维坐标点，生成煤层赋存模型。例如，参见图2，生成的煤层赋存模型包括普通岩层2、厚硬关键层3、煤层4、基本底5、直接底6和基本顶7。

步骤107：根据工作面数据，在地表模型1和煤层赋层模型的基础上生成工作面模型8，得到煤层三维模型。

具体地，利用现有的三维建模软件，通过工作面数据生成工作面模型8。

本发明实施例提供了一种煤层三维模型的构建方法，该方法构建的模型不仅含有煤层4赋存模型，还包含工作面模型8和地表模型1，工作人员可利用该模型进行后续的顶煤冒放性、矿压显现规律等分析，满足工作需求。

在本发明的另一实施中，如图3所示，步骤106之后还包括：

步骤301：获取煤层的地应力值，地应力值包括最大主应力值、最小主应力值和中间主应力值。

其中，煤层的地应力为煤层受到周围岩体对它的挤压力。

具体地，煤层的地应力值由水力压裂或应力解除法测量得到。

水力压裂法的原理是测量时首先取一段基岩裸露的钻孔，用封隔器将上下两端密封起来；然后注入液体，加压直到孔壁破裂，并记录压力随时间的变化，并用印模器或井下电视观测破裂方位。根据记录的破裂压力、关泵压力和破裂方位，利用相应的公式算出原地主应力的大小和方向。

应力解除法的原理是当需要测定岩体中某点的应力状态时，人为地将该处的岩体单元与周围岩体分离，此时岩体单元上所受的应力被解除。该岩体单元将产生弹性恢复的应变值或变形值，用传感器测量应变和位移，再根据应力、应变或位移之间的关系计算得到应力。

步骤302：将地应力值赋值于煤层三维模型上。工作人员在后续的数据分析中，可直接利用该煤层三维模型上的地应力值，方便工作人员对数据的调用，提高分析效率。

在本发明的另一实施例中，如图4所示，步骤101包括：

步骤401：获取井田在预设范围内的航拍图像。

步骤402：根据航拍图像，生成相应的地理坐标和高程。

具体地，对航拍图像进行过滤处理，去除噪声，然后进行二值化处理，再利用现有算法，将航拍图像的图像坐标转换为地理坐标和高程。

步骤403：根据地理坐标和高程，生成地表三维等值线。

在本发明的另一实施中，根据在步骤102之前还包括：对地表三维等值线进行修正。

具体地，对所有地表三维等值线进行筛选，得到相交叉的地表三维等值线或连接成封闭图形的三维等值线；将相交叉的地表三维等值线中的一条地表三维等值线进行删除，或者将连接成封闭图形的三维等值线进行拆分，具体可利用CAD制图软件进行删除或拆分，即将三维等值线变为不封闭且为连续的线段，以提高后续生成地表模型1的准确性。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种煤层三维模型的构建方法，其特征在于，包括：

获取地表三维等值线、煤层底板等高线、工作面数据和煤层厚度；

根据所述地表三维等值线，生成地表模型；

根据所述煤层底板等高线和煤层厚度，计算得到煤层顶板等高线；

将所述工作面数据，得到工作面停采线；

选取所述工作面停采线上的一点为基点并选取所述地表模型上的参考线为高度方向的参考线，利用钻孔柱状图生成的厚硬关键层顶底板三维坐标点，得到厚硬关键层顶底板的相对三维坐标点；

利用所述煤层顶板等高线和厚硬关键层顶底板的相对三维坐标点，在所述地表模型的基础上生成煤层赋存模型；

根据所述工作面数据，在所述地表模型和煤层赋层模型的基础上生成工作面模型，得到煤层三维模型。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述得到煤层三维模型之后还包括：

获取煤层的地应力值，所述地应力值包括最大主应力值、最小主应力值和中间主应力值；

将所述地应力值赋值于煤层三维模型上。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述煤层的地应力值由水力压裂或应力解除法测量得到。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述获取地表三维等值线包括：

获取井田在预设范围内的航拍图像；

根据所述航拍图像，生成相应的地理坐标和高程；

根据所述地理坐标和高程，生成地表三维等值线。

5.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述根据所述根据地表三维等值线，生成地表模型之前还包括：

对地表三维等值线进行修正。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于，所述对地表三维等值线进行修正包括：

对所有地表三维等值线进行筛选，得到相交叉的地表三维等值线或连接成封闭图形的三维等值线；

将相交叉的地表三维等值线中的一条地表三维等值线进行删除，或者将连接成封闭图形的三维等值线进行拆分。

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