CN114419983A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

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。

Description

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
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；
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。
优选地，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。
优选地，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底转板上，所述四根受力柱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。
优选地，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，让支撑块支撑住底转板，以固定转板和底板的角度。
优选地，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：
Figure BDA0003489999690000031
式中：li为破断长度，σti为对应岩层的抗拉强度，q为对应岩层所受的载荷，a为煤层的倾角。
优选地，在所述步骤S4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，其宽度可以拟定一个合适的值使岩块的排列叠加能够紧凑稳定。
优选地，在步骤S6中，对于放置整齐并且受力的岩块下方的煤层，依次从煤层的倾向方向抽出岩块，对于每次抽出的岩块，待上覆岩块下沉垮落稳定后，在垂直于叠放岩块面的方向上用相机拍摄照片并保存。
优选地，步骤S7具体包括：
将照片在煤层倾向方向上划分为无数条线，即将照片在倾向上由面分割为无数的相互平行的线的组合；
对照片进行灰度化和二值化处理，将照片转化为二值数据图像；
通过遍历线扫描整个二值数据图像，分别获取每张照片每条线上空隙和岩块的像素点的个数，计算上覆岩层垮落后的每条线上的空隙率；其中，岩层垮落后的空隙率：
Figure BDA0003489999690000041
其中
Figure BDA0003489999690000042
为空隙率，a为空隙像素点的个数，b为岩块像素点的个数。
优选地，在步骤S8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。
优选地，在步骤S8中，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。
本发明的上述实施例具有如下有益效果：
利用该装置对倾斜煤层开采扰动岩层空隙率的随机分布特征进行模拟，快捷简便，可以更好的模拟长壁开采扰动上覆岩层的垮落特性。利用数字图像图像处理技术对多次实验的照片处理，获得每次实验每张照片在煤层倾向方向上划分的各条线上的空隙率的值，并且通过构造关于空隙率的随机变量，统计分析得到其正态分布规律，从而得到各条线上空隙率的随机分布特征，利用照片在煤层倾向方向上的各条线的各自的随机分布特征组合到面上得到各个面上空隙率的随机分布特征，从而得到了倾斜煤层开采扰动岩层在倾向方向上各点处的空隙率的随机离散化分布特征，使空隙率的分布情况更接近与现场实际情况，提高了空隙率分布特征的真实性和适应性，为防治地下煤火，涌水，瓦斯突出和爆炸提供了更加科学的输入。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本发明第一实施例提供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的流程示意图。
图2是本发明实施例提供的模拟装置的结构示意图。
图3是图2的模拟装置的主视图。
图4是图2的模拟装置的左视图。
图5是图2的模拟装置的俯视图。
图6是本发明实施例的倾斜煤层开采扰动岩层垮落空隙率随机分布示意图。
其中：1为底板，2为转板，3为夹板，4为螺母，5为受力杆，6为推进杆， 7为固定块，8为支撑块，9为铰支座和铰链，10为煤层，11为岩层，12为碎石，13为空隙。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明第一实施例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，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。
在本实施例中，例如，可以通过获取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。
当然，也可以通过其他方式获取，本发明不做具体限定。
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。
如图2至图5所示，在本实施例中，所述模拟装置包括底板1、转板2、两块夹板3、四根带有螺纹的受力杆5、两根推进杆6、螺母4、固定块7、支撑块 8、铰支座和铰链9；其中，所述铰支座和铰链9固定在所述底板1上，所述转板2通过铰支座和铰链9固定在底板1上，且可绕铰支座和铰链9旋转，所述夹板3以一定倾斜角度固定在所述转板2上，所述四根受力杆5的一端固定在所述夹板3上；所述推进杆6通过螺母4固定在所述底板1的表面上，所述固定块7和支撑块8设置在所述推进杆6的两端，且通过转动螺母4挤压固定块7，使推进杆6活动，带动支撑块8滑动，从而使转板2转动，调节转板2的倾角。
在本实施例中，具体地，底板1的作用是支撑整个模拟装置，使其保持稳定性。转板2的作用是绕着铰支座和铰链9旋转，停留在夹板3和底板1的夹角等于设定的倾角的位置，并为岩块提供支撑面。夹板3的作用是让四根受力杆5的在夹板3上的受力位置由点向面转变，均匀的作用于岩块的侧面。而四根受力杆5的作用是通过转动夹板3之外受力杆5上的螺母4，传递挤压力。两根推进杆6和螺母4的作用是，通过转动螺母4挤压固定块7，使推进杆6活动，带动支撑块8滑动，从而使转板2转动，调节转板2的倾角。固定块7、支撑块 8、铰支座和铰链9的作用分别是通过螺母4给推进杆6提供相互作用力，在设定的角度处支撑住转板2，为转板2的转动提供支点和空间。
在本实施例中，在前期准备时，先根据煤层的倾角，设置好模拟装置的倾角，并用支撑块8支撑住转板2，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2，用量角器确定转板2和底板1的角度，待转到确定的角度后，扭动推进杆6上的螺母4，使推动杆6带动支撑块8移动到合适的位置，让支撑块8支撑住转板2，以固定转板2和底板1的角度。
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。
如图6所示，具体的，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：
Figure BDA0003489999690000071
式中：li为破断长度，σti为对应岩层的抗拉强度，q为对应岩层所受的载荷，a为煤层的倾角。对于相应岩层的抗拉强度σti可通过试验获得，岩层所受的载荷根据各岩层的长、宽、高和相应的容重由公式q＝γabh计算可得，式中：γ为岩层的容重， a，b，h分别为岩层的长度、宽度和厚度。由岩层的厚度，以及计算得到的破断长度，根据相似几何比分别确定模拟岩层11的岩块的厚度和长度，由煤层10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，其宽度可以拟定一个合适的值使岩块的排列叠加能够紧凑稳定。
在相似模拟实验时，先根据煤层10的倾角设定转板2与底板1之间的倾角，即扭动推进杆6上的螺母4，使螺母4挤压固定块7，让推进杆6带动支撑块8 滑动，直到底板1和转板2的倾角等于煤层10的倾角后停止扭动。接着先将上部夹板3旁边一端的螺母4松开，夹板3稍微往外移动，待岩块按照实际覆岩赋存状态排列好之后，再将夹板3靠近岩块，并往里端旋动螺母4，使夹板3受力，从而传递给岩块，即挤压岩块，使岩块之间紧密排列。
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，接着煤层模拟开挖一定的长度，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。
具体地，对于放置整齐并且受力的岩块下方的煤层，依次从煤层的走倾向方向抽出岩块，对于每次抽出的岩块，待上覆岩块下沉垮落稳定后，在垂直于叠放岩块面的方向上用相机拍摄照片并保存。
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。
具体的，对于实验获得的原始照片，进行数字图像处理。所述的数字图像处理技术包括：
根据实验的光照条件选定合适的阈值，如果实验在同一光照条件下，则可以选定同一阈值，对照片进行灰度化和二值化处理，将照片转化为二值化数据图像。再将照片沿着煤层的倾向方向上划分为无数条线的组合，然后分别获取每条线上空隙和岩块的像素点的个数，通过空隙和岩块各自的像素点的总数来表示空隙和岩块的面积，推广到三维空间，即是空隙与岩块的体积，从而计算上覆岩层垮落后的空隙率。同时可选定和岩层塌陷面大小成相似几何比的矩形遍历窗口，在整个塌陷岩层面搜寻，从而得到了岩层空隙率的分布云图。
具体过程如下：
1)导入相机拍摄的原始照片；
2)对照片进行均衡化增强处理；
3)增强后的图像进行平滑、高斯去噪、提取边缘和骨架化处理；
4)对图像进行二值化处理，根据光照强度设定一定的阈值，使灰度值0代表空隙，灰度值255代表岩石。
5)计算获取空隙和岩块的像素点的个数
由公式计算岩层垮落后的空隙率：
Figure BDA0003489999690000091
其中，
Figure BDA0003489999690000092
为空隙率，a为空隙像素点的个数，b为岩块像素点的个数。
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。
具体的，渗透率与空隙率的关系式为：
Figure BDA0003489999690000093
式中k为渗透率，k0为基准渗透率，可取值103μm2，
Figure BDA0003489999690000094
为空隙率，将等式右边的变量
Figure BDA0003489999690000095
对数化可得
Figure BDA0003489999690000096
构造的随机变量为
Figure BDA0003489999690000097
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非均一随机离散化分布特征。
具体的，对于随机变量Xi所服从的正态分布，由
Figure BDA0003489999690000098
服从正态分布N～(μ，σ2)，从而有点(x,y)处的随机变量Xi是一个围绕在其均值处波动的一个随机变化的值。根据此特点，由理论公式计算得到的空隙率可将其作为均值并带入所构造的随机变量式子
Figure BDA0003489999690000099
中，得到理论的随机变量的值，再根据Xi所服从的正态分布规律N～(μ，σ2)得到动态随机离散化的随机变量Xi的值，由Xi，
Figure BDA0003489999690000101
的关系
Figure BDA0003489999690000102
求其反函数
Figure BDA0003489999690000103
从而得到各点处的空隙率
Figure BDA0003489999690000104
的随机离散化分布特征。同理，将获得的照片沿煤层倾向方向上各条线处的正态分布Ni～(μi，σi 2)特性统计分析，从而得到各条线处的随机离散化分布特征，将照片上整个面上各条线的随机特性组合，从而得到倾斜煤层开采扰动岩层空隙率的随机离散化分布特征。
本发明的上述实施例具有如下有益效果：
利用模拟装置对倾斜煤层开采扰动岩层空隙率的随机分布特征进行模拟，快捷简便，可以更好的模拟长壁开采扰动上覆岩层的垮落特性。利用数字图像图像处理技术对多次实验的照片处理，获得每次实验每张照片在煤层倾向方向上划分的各条线上的空隙率的值，并且通过构造的随机变量，统计分析得到其正态分布规律，从而得到各条线上空隙率的随机分布特征，利用照片在煤层倾向方向上的各条线的各自的随机分布特征组合到面上得到各个面上空隙率的随机分布特征，从而得到了倾斜煤层开采扰动岩层在倾向方向上各点处的空隙率的随机离散化分布特征，使空隙率的分布情况更接近与现场实际情况，提高了空隙率分布特征的真实性和适应性，为防治地下煤火，涌水，瓦斯突出和爆炸提供了更加科学的输入。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

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；
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；
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。
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：
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。
4.根据权利要求3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，以固定转板和底板的角度。
5.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：
Figure FDA0003489999680000021
式中：li为破断长度，σti为对应岩层的抗拉强度，q为对应岩层所受的载荷，a为煤层的倾角。
6.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：在所述步骤S4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，其宽度可以拟定一个合适的值使岩块的排列叠加能够紧凑稳定。
7.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S6中，对于放置整齐并且受力的岩块下方的煤层，依次从煤层的倾向抽出岩块，对于每次抽出的岩块，待上覆岩块下沉垮落稳定后，在垂直于叠放岩块面的方向上用相机拍摄照片并保存。
8.根据权利要求7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：步骤S7具体包括：
将照片在煤层倾向方向上划分为无数条线，即将照片在倾向上由面分割为无数的相互平行的线的组合；
对照片进行灰度化和二值化处理，将照片转化为二值数据图像；
通过遍历线扫描整个二值数据图像，分别获取每张照片每条线上空隙和岩块的像素点的个数，计算上覆岩层垮落后的每条线上的空隙率；其中，岩层垮落后的空隙率：
Figure FDA0003489999680000031
其中
Figure FDA0003489999680000032
为空隙率，a为空隙像素点的个数，b为岩块像素点的个数。
9.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S8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。
10.根据权利要求9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S8中，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。
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