CN115993103A - 一种采空区体积确定方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于采空区领域，公开了一种采空区体积确定方法和装置。所述方法包括：在待测量采空区的目标平面分布范围内，采用钻探法进行钻孔钻探，获取目标平面分布范围内地层的地层数据；根据目标平面分布范围和地层数据，确定待测量采空区的三维空间；基于钻孔的位置构建地层剖面线，根据地层剖面线对三维空间分割，获得多个三维子空间；针对每个三维子空间，如果该三维子空间包括多个地层剖面，则根据该三维子空间对应地层剖面的剖面面积，确定该三维子空间对应的体积公式，否则，根据该三维子空间的形状，确定该三维子空间对应的体积公式；根据每个三维子空间的体积公式，确定为采空区体积。采用本申请可以确定年代久远丢失资料的采空区的体积。

Description

一种采空区体积确定方法和装置

技术领域

本申请涉及采空区技术领域，特别是涉及一种采空区体积确定方法和装置。

背景技术

目前，地下矿产资源的开采是推动社会经济发展的重要支撑。地下矿产资源的开采，形成了大范围的采空区。由于采空区较容易造成地表坍塌，严重威胁着人民的生命财产安全，所以，地下矿产资源开采后形成的采空区的治理尤为重要。

对采空区的治理可以为对采空区进行填充，对采空区填充就需要精准掌握采空区的体积。对于一些年代较为久远的矿井的采空区，采掘相关的资料已有缺失，并且采空区也会随着时间产生新的变形破坏，使得采空区的体积信息情况变得更加模糊，无法准确制定填充量，这也给采空区的治理带来极大的不便。因此，针对亟需一种精准的获取采空区体积的方法。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种采空区体积确定方法和装置。

第一方面，提供了一种采空区体积确定方法，所述方法包括：

在待测量采空区的目标平面分布范围内，采用钻探法进行钻孔钻探，获取所述目标平面分布范围内地层的地层数据；

根据所述目标平面分布范围和所述地层数据，确定所述待测量采空区的三维空间；

基于钻孔的位置构建地层剖面线，根据所述地层剖面线对所述待测量采空区的三维空间进行分割，获得多个三维子空间；

针对每个三维子空间，如果该三维子空间包括多个地层剖面，则根据该三维子空间对应的地层剖面的剖面面积，确定该三维子空间对应的体积公式，否则，根据该三维子空间的形状，确定该三维子空间对应的体积公式；

根据每个所述三维子空间对应的体积公式，分别确定每个所述三维子空间的子体积，并根据各所述三维子空间对应的子体积的总和，确定为所述待测量采空区的采空区体积。

作为一种可选的实施方式，所述方法还包括：

采用高精度磁测法对所述待测量采空区进行测量，确定所述待测量采空区的初始平面分布范围；

在所述初始平面分布范围内，采用钻探法进行钻孔钻探，确定所述待测量采空区的目标平面分布范围。

作为一种可选的实施方式，所述基于钻孔的位置构建地层剖面线，包括：

在所述钻孔中，将与所述目标平面分布范围外沿的距离小于预设距离阈值的钻孔作为基准钻孔；

在所述基准钻孔中，将纬度差值小于第一预设纬度差值，且大于第二预设纬度差值，且经度差值小于第一预设经度差值，且大于第二预设经度差值的两个基准钻孔添加到一个钻孔组中；

在除基准钻孔以外的其他钻孔中，针对每个钻孔组，将经度处于该钻孔组中的两个基准钻孔对应的经度范围内的钻孔，确定为该钻孔组对应的候选钻孔；

在该钻孔组对应的候选钻孔中，将与该钻孔组中的第一基准钻孔的纬度差值的绝对值小于第三预设纬度差值，或与该钻孔组中的第二基准钻孔的纬度差值的绝对值小于所述第三预设纬度差值的候选钻孔，确定为该钻孔组对应的中间钻孔；

基于每个钻孔组中所有钻孔形成的连线，构建所述地层剖面线。

作为一种可选的实施方式，所述该三维子空间包括第一地层剖面和第二地层剖面，所述第一地层剖面的面积大于所述第二地层剖面的面积，所述根据该三维子空间对应的地层剖面的剖面面积，确定该三维子空间对应的体积公式，包括：

若所述第一地层剖面与所述第二地层剖面两者的面积差值，与所述第一地层剖面的面积的比值，大于第一预设阈值，则确定所述该三维子空间对应的体积公式为截锥体的体积公式；

若所述第一地层剖面与所述第二地层剖面两者的面积差值，与所述第一地层剖面的面积的比值，小于等于所述第一预设阈值，则确定所述该三维子空间对应的体积公式为梯形体的体积公式。

作为一种可选的实施方式，所述根据该三维子空间的形状，确定该三维子空间对应的体积公式，包括：

若所述该三维子空间的形状为楔形体，则所述该三维子空间对应的体积公式为楔形体的体积公式；

若所述该三维子空间的形状为斜楔形体，则所述该三维子空间对应的体积公式为斜楔形的体积公式。

作为一种可选的实施方式，所述截锥体的体积公式为:

；

其中，Vb表示截锥体体积，S₁表示第一剖面面积，S₂表示第二剖面面积，L₁表示第一地层剖面与第二地层剖面的间距。

作为一种可选的实施方式，所述梯形体的体积公式为：

；

其中，Va表示梯形体体积，S₁表示第一剖面面积，S₂表示第二剖面面积，L₁表示第一地层剖面与第二地层剖面的间距。

作为一种可选的实施方式，所述楔形体的体积公式为：

；

其中，Vc表示楔形体体积，S表示地层剖面面积，L₂表示外推距离。

作为一种可选的实施方式，所述斜楔形体的体积公式为：

；

其中，Vd表示斜楔形体体积，S表示地层剖面面积，L₂表示外推距离，a₀表示尖灭端块段厚度，a_s表示有效面积块段厚度。

第二方面，提供了一种采空区体积确定装置，所述装置包括：

钻探模块，用于在待测量采空区的目标平面分布范围内，采用钻探法进行钻孔钻探，获取所述目标平面分布范围内地层的地层数据；

第一确定模块，用于根据所述目标平面分布范围和所述地层数据，确定所述待测量采空区的三维空间；

构建模块，用于基于钻孔的位置构建地层剖面线，根据所述地层剖面线对所述待测量采空区的三维空间进行分割，获得多个三维子空间；

第二确定模块，用于针对每个三维子空间，如果该三维子空间包括多个地层剖面，则根据该三维子空间对应的地层剖面的剖面面积，确定该三维子空间对应的体积公式，否则，根据该三维子空间的形状，确定该三维子空间对应的体积公式；

第三确定模块，用于根据每个所述三维子空间对应的体积公式，分别确定每个所述三维子空间的子体积，并根据各所述三维子空间对应的子体积的总和，确定为所述待测量采空区的采空区体积。

作为一种可选的实施方式，所述装置还包括：

测量模块，用于采用高精度磁测法对所述待测量采空区进行测量，确定所述待测量采空区的初始平面分布范围；

第四确定模块，用于在所述初始平面分布范围内，采用钻探法进行钻孔钻探，确定所述待测量采空区的目标平面分布范围。

作为一种可选的实施方式，所述构建模块，具体用于：

在所述钻孔中，将与所述目标平面分布范围外沿的距离小于预设距离阈值的钻孔作为基准钻孔；

在所述基准钻孔中，将纬度差值小于第一预设纬度差值，且大于第二预设纬度差值，且经度差值小于第一预设经度差值，且大于第二预设经度差值的两个基准钻孔添加到一个钻孔组中；

在除基准钻孔以外的其他钻孔中，针对每个钻孔组，将经度处于该钻孔组中的两个基准钻孔对应的经度范围内的钻孔，确定为该钻孔组对应的候选钻孔；

在该钻孔组对应的候选钻孔中，将与该钻孔组中的第一基准钻孔的纬度差值的绝对值小于第三预设纬度差值，或与该钻孔组中的第二基准钻孔的纬度差值的绝对值小于所述第三预设纬度差值的候选钻孔，确定为该钻孔组对应的中间钻孔；

基于每个钻孔组中所有钻孔形成的连线，构建所述地层剖面线。

作为一种可选的实施方式，所述该三维子空间包括第一地层剖面和第二地层剖面，所述第一地层剖面的面积大于所述第二地层剖面的面积，所述第二确定模块，具体用于：

若所述第一地层剖面与所述第二地层剖面两者的面积差值，与所述第一地层剖面的面积的比值，大于第一预设阈值，则确定所述该三维子空间对应的体积公式为截锥体的体积公式；

若所述第一地层剖面与所述第二地层剖面两者的面积差值，与所述第一地层剖面的面积的比值，小于等于所述第一预设阈值，则确定所述该三维子空间对应的体积公式为梯形体的体积公式。

作为一种可选的实施方式，所述第二确定模块，具体用于：

若所述该三维子空间的形状为楔形体，则所述该三维子空间对应的体积公式为楔形体的体积公式；

若所述该三维子空间的形状为斜楔形体，则所述该三维子空间对应的体积公式为斜楔形的体积公式。

第三方面，提供了一种采空区体积确定系统，所述采空区体积确定系统包括：如第一方面所述的采空区体积确定方法和如第二方面所述的采空区体积确定装置。

第四方面，提供了一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的方法步骤。

第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法步骤。

本申请提供了一种采空区体积确定方法和装置，本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：通过钻探法对待测量采空区的目标平面分布范围的地层进行钻孔钻探，获得采空区的目标平面分布范围的地层的地层数据。然后根据目标平面分布范围的和地层数据，构建待测量采空区的三维空间。根据钻孔连线构成地层剖面线对三维空间进行分割，分别确定每一分割后的三维空间的体积，从而确定了采空区的体积。这样就可以确定出一些年代久远丢失资料的矿井的采空区的采空区体积，从而对这些年代久远的采空区进行治理。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为本申请实施例提供的一种采空区体积确定系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种采空区体积确定方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的一种地层剖面线分割待测量采空区的平面示意图；

图4为本申请实施例提供的一种采空区体积确定装置的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例提供的采空区体积确定方法，可以应用于采空区体积确定系统。如图1所示，该采空区体积确定系统包括控制器101和钻探模块102。

控制器101，与钻探模块102连接，用于在待测量采空区的目标平面分布范围内，控制钻探模块102基于钻探法进行钻孔钻探，并接收钻探模块102发送的目标平面分布范围内地层的地层数据。然后，根据目标平面分布范围和地层数据，确定待测量采空区的三维空间。进一步的，基于钻孔的位置构建地层剖面线，根据地层剖面线对待测量采空区的三维空间进行分割，获得多个三维子空间。然后，针对每个三维子空间，如果该三维子空间包括多个地层剖面，则根据该三维子空间对应的地层剖面的剖面面积，确定该三维子空间对应的体积公式，否则，根据该三维子空间的形状，确定该三维子空间对应的体积公式。最后，根据每个三维子空间对应的体积公式，分别确定每个所述三维子空间的子体积，并根据各三维子空间对应的子体积的总和，确定为待测量采空区的采空区体积。

钻探模块102，用于根据控制器101下发的指令，基于钻探法对待测量采空区的目标平面分布范围内的地层进行钻孔钻探，并将获取到的地层数据，发送给控制器101。

下面将结合具体实施方式，对本申请实施例提供的一种采空区体积确定方法进行详细的说明，图2为本申请实施例提供的一种采空区体积确定方法的流程图，如图2所示，具体步骤如下：

步骤201，在待测量采空区的目标平面分布范围内，采用钻探法进行钻孔钻探，获取目标平面分布范围内地层的地层数据。

在实施中，对于一些年代久远的矿井的采空区，采空区的资料信息已经丢失，所以需要对待测量采空区进行测量。为了确定待测量采空区的体积，需要知道待测量采空区的目标平面分布范围内的地层岩性、地层的岩石厚度和采空区的高度等情况，这样，才能计算出采空区的体积。在确定出待测量采空区的目标分布范围后，可以采用钻探法对待测量采空区的目标平面分布范围的地层进行钻孔钻探，获取从该钻孔由地面开始，由上到下的地层的地层数据。其中，钻探法是指用钻机在地层中钻孔，以鉴别和划分地表下地层，并可以沿孔深取样的一种勘探方法。地层数据为地层岩性和地层厚度。地层厚度包括每一层的岩石厚度和待测量采空区的采空区高度。这样就获取到待测量采空区的目标平面分布范围的地层下面对应的情况。因此，可以在待测量采空区的目标平面分布范围内，采用钻探法进行钻孔钻探，获取目标平面分布范围内地层的地层数据。

进一步的，在步骤201之前，还可以执行以下步骤来预先来获取待测量采空区的目标平面分布范围，具体步骤如下。

步骤一，采用高精度磁测法对待测量采空区进行测量，确定待测量采空区的初始平面分布范围。

在实施中，地下矿产资源的开采，会形成大范围的采空区，并且采空区较容易地表坍塌，因此，采空区的治理尤为重要。现有技术中，对采空区的治理，通常为对采空区进行填充，防止采空区坍塌，对采空区进行填充这时就需要精准掌握采空区的体积。但是，对于一些年代久远的矿井的采空区，采掘资料很多都已经缺失，并且，随着时间的推移，采空区也会产生新的变形破坏，使得采空区的体积信息变得更加模糊。所以，对于那些采空区体积信息不清楚的，就需要重新测量采空区的体积，然后才可以对采空区进行治理。因此，可以采用高精度磁测法对待测量采空区进行测量，确定待测量采空区的初始平面分布范围。高精度磁测法具有探测深度大和精度高的优点。高精度磁测法为在待测量采空区的地面上按照一定距离布置多条测线，并对每以条测线，设置测点，采用质子磁力仪，对每一测点进行检测，获得待测量采空区的区域内的磁场强度，将磁场强度大于预设磁场强度阈值的区域，标定为铁矿采空影响区即采空区的大概范围。其中，预设磁场强度阈值可以为800nT。例如，在待测量采空区布置5条测线，自西向东线长分别为100米、100米、100米、80米和60米，每条线的测点间距为10米，采用PM-2型质子磁力仪对测点的磁场强度进行检测。其中，线长和测点间距都可以根据待测量采空区进行设置，在此不作限制。这样确定出来的待测量采空区的初始平面分布范围较为准确。

步骤二，在初始平面分布范围内，采用钻探法进行钻孔钻探，确定待测量采空区的目标平面分布范围。

在实施中，通过高精度磁测法确定的待测量采空区的初始平面分布范围，但是初始平面分布范围虽然准确，但是范围较大，并不是很精确的完全对应采空区范围，并且，待测量采空区的地层里面的具体情况也是未知的。所以，还需要充分了解待测量采空区的地层里面的情况，才可以确定采空区的体积。因此，还需要对初始平面分布范围的地层里面的情况进行进一步的测量。为了确定待测量采空区的地层里面的情况，可以在初始平面分布范围内，采用钻探法进行钻孔钻探，也就是说由待测量采空区的地面通过钻机向地下打孔钻探，随着钻孔的深入，就可以确定该钻孔是否为采空区内的钻孔。然后，由高阻向低阻的梯级带，揭露采空区由已知向未知，由中间向外围逐步的间隔预设距离的打孔，这样，就可以精准掌握待测量采空区的目标平面分布范围了。

步骤202，根据目标平面分布范围和地层数据，确定待测量采空区的三维空间。

在实施中，对采空区的治理，需要获取采空区的体积信息。为了确定待测量采空区的采空区体积，需要对待测量采空区里面具体的空间结构和数据。所以，可以通过建立待测量采空区的三维地质模型的方法，确定待测量采空区的三维地质模型对应的待测量采空区的三维空间，这样，确定待测量采空区的采空区体积精确度较高。而建立待测量采空区的三维地质模型，需要待测量采空区的目标平面分布范围和地层数据。因此，可以通过获取的目标平面分布范围和地层数据，构建待测量采空区的三维地质模型，通过三维地质模型，确定待测量采空区的三维空间。

步骤203，基于钻孔的位置构建地层剖面线，根据地层剖面线对待测量采空区的三维空间进行分割，获得多个三维子空间。

在实施中，在确定待测量采空区的三维空间后，可以确定待测量采空区的三维空间的体积，而待测量采空区的三维空间的体积，即为待测量采空区的采空区体积。所以，需要先确定三维空间的体积。采空区是开采矿物后造成的空间，采空区大概不会是规则的形体，所以无法直接确定三维空间的体积。因此，为了方便计算待测量采空区的三维空间的体积，可以对三维空间进行分割。为了使得分割的后形成的三维子空间的体积比较容易确定且是比较准确，可以基于上述采用钻探法时的钻孔之间的连线，构建地层剖面线。根据地层剖面线对待测量采空区的三维空间进行分割，获得多个三维子空间。为了使得分割的三维子空间的体积较容易确定，可以根据钻孔的位置构建地层剖面线。这样就可以在后续步骤中，可以根据分割后的三维子空间的体积，确定待测量采空区的采空区体积。

进一步的，执行基于钻孔的位置构建地层剖面线的具体步骤如下。

步骤A，在钻孔中，将与目标平面分布范围外沿的距离小于预设距离阈值的钻孔作为基准钻孔。

在实施中，在确定由钻孔构建的地层剖面线时，可以采用先确定构成该地层剖面线的两端的钻孔，然后再确定该地层剖面线中间位置的钻孔的方法，构建该地层剖面线。构成该地层剖面线的两端的钻孔的位置处于接近目标平面分布范围外沿的区域，所以，在选取地层剖面线的两端的钻孔时，需要先确定出距离接近采空区目标平面分布范围外沿的基准钻孔，然后再从基准钻孔中选取两端钻孔。也就是说，可以将与目标平面分布范围外沿的距离小于预设距离阈值的钻孔作为基准钻孔。其中，基准钻孔为选取组成地层剖面线两端的钻孔的钻孔集，预设距离阈值可以根据实际情况进行设置，在此不作限制。所以，需要在钻孔中，将与目标平面分布范围外沿的距离小于预设距离阈值的钻孔作为基准钻孔。

步骤B，在基准钻孔中，将纬度差值小于第一预设纬度差值，且大于第二预设纬度差值，且经度差值小于第一预设经度差值，且大于第二预设经度差值的两个基准钻孔添加到一个钻孔组中。

在实施中，在基于钻孔的位置构建地层剖面线时，需要对基准钻孔的位置进行限定，并且，可以采用先确定构建该地层剖面线的两端的钻孔，然后再确定该地层剖面线中间位置的钻孔的方法，确定该地层剖面线。所以，先确定构建该地层剖面线两端的钻孔。由于采空区形状较为复杂，为了确保被分割后的三维子空间的体积是较容易计算的，所以，在基准钻孔中，可以将纬度差值小于第一预设纬度差值，且大于第二预设纬度差值，且经度差值小于第一预设经度差值，且大于第二预设经度差值的两个基准钻孔添加到一个钻孔组中。这两个基准钻孔即为构建地层剖面线的两端的钻孔。其中，第一预设纬度差值、第二预设纬度差值、第一预设经度差值和第二预设经度差值可以根据实际采空区的目标平面分布范围的情况进行设置，在此不作限制。这样确定的两个基准钻孔的纬度差值的距离为该采空区的目标平面分布范围外沿且经度差值不大的两个端点或者两个基准为经度差值的距离为该采空区的目标平面分布范围外沿且纬度差值不大的两个端点，也就是说，确定出的两个基准钻孔的连线尽量选择平行于经线或纬线。

步骤C，在除基准钻孔以外的其他钻孔中，针对每个钻孔组，将经度处于该钻孔组中的两个基准钻孔对应的经度范围内的钻孔，确定为该钻孔组对应的候选钻孔。

在实施中，为了获得由钻孔连线构成的地层剖面线，在确定基准钻孔后，还需要根据钻孔位置，从除基准钻孔以外的其他钻孔中挑选一些钻孔，并将挑选出的钻孔作为中间钻孔，与上述的两个基准钻孔连接，构建地层剖面线的钻孔。由于，为了保证构建的地层剖面线尽量平行于经线，可以将除基准钻孔以外的其他钻孔的经度，分别与该钻孔组中的两个基准钻孔的经度进行比较，将经度处于该钻孔组中的两个基准钻孔对应的经度范围内的钻孔，确定为该钻孔组对应的候选钻孔。通过上述方法，选出的每个钻孔组的候选钻孔连线构建的地层剖面线较容易平行经线。

步骤D，在该钻孔组对应的候选钻孔中，将与该钻孔组中的第一基准钻孔的纬度差值的绝对值小于第三预设纬度差值，或与该钻孔组中的第二基准钻孔的纬度差值的绝对值小于第三预设纬度差值的候选钻孔，确定为该钻孔组对应的中间钻孔。

在实施中，如果经度处于该钻孔组中的两个基准钻孔对应的经度范围内的候选钻孔数量较多，若将两个基准钻孔对应的经度范围内的候选钻孔都作为中间钻孔的话，构建的地层剖面线一直处于波浪状态。所以，为了使钻孔连线构建的地层剖面线更加平滑，且分割的三维子空间更加的规则化，还需要对该钻孔组对应的候选钻孔进行纬度的限制。在该钻孔组对应的候选钻孔中，将与该钻孔组中的第一基准钻孔的纬度差值的绝对值小于第三预设纬度差值，或与该钻孔组中的第二基准钻孔的纬度差值的绝对值小于第三预设纬度差值的候选钻孔，确定为该钻孔组对应的中间钻孔。

进一步的，还可以在除基准钻孔以外的其他钻孔中，针对每个钻孔组，将纬度处于该钻孔组中的两个基准钻孔对应的纬度范围内的钻孔，确定为该钻孔组对应的候选钻孔。然后，在该钻孔组对应的候选钻孔中，将与该钻孔组中的第一基准钻孔的经度差值的绝对值小于第三预设经度差值，或与该钻孔组中的第二基准钻孔的经度差值的绝对值小于第三预设经度差值的候选钻孔，确定为该钻孔组对应的中间钻孔。

步骤E，基于每个钻孔组中所有钻孔形成的连线，构建地层剖面线。

在实施中，将每个钻孔组中的所有的钻孔，按照经度或者纬度的顺序进行连接，这样就构建了地层剖面线。

步骤204，针对每个三维子空间，如果该三维子空间包括多个地层剖面，则根据该三维子空间对应的地层剖面的剖面面积，确定该三维子空间对应的体积公式，否则，根据该三维子空间的形状，确定该三维子空间对应的体积公式。

在实施中，针对每个三维子空间，如果该三维子空间包括多个地层剖面，则根据该三维子空间对应的地层剖面的剖面面积，确定该三维子空间对应的体积公式。如果该三维子空间只有一个地层剖面，则根据该三维子空间的形状，确定该三维子空间对应的体积公式。

进一步的，该三维子空间包括第一地层剖面和第二地层剖面，第一地层剖面的面积大于第二地层剖面的面积。执行步骤根据该三维子空间对应的地层剖面的剖面面积，确定该三维子空间对应的体积公式的具体情况如下。

情况一，若第一地层剖面与第二地层剖面两者的面积差值，与第一地层剖面的面积的比值，大于第一预设阈值，则确定该三维子空间对应的体积公式为截锥体的体积公式。

在实施中，当第一地层剖面与第二地层剖面两者的面积差值，与第一地层剖面的面积的比值，大于第一预设阈值时，表示第二地层剖面与第一地层剖面的面积比值越小，也就是说第一地层剖面与第二地层剖面两者的面积相差较大。由第一地层剖面与第二地层剖面构成的三维子空间的形状与截锥体的形状更为接近，所以确定该三维子空间对应的体积公式为截锥体的体积公式。其中，第一预设阈值可以为40%。

其中，截锥体的体积公式为:

；

其中，Vb表示截锥体体积，S₁表示第一剖面面积，S₂表示第二剖面面积，L₁表示第一地层剖面与第二地层剖面的间距。

情况二，若第一地层剖面与第二地层剖面两者的面积差值，与第一地层剖面的面积的比值，小于等于第一预设阈值，则确定该三维子空间对应的体积公式为梯形体的体积公式。

在实施中，当第一地层剖面与第二地层剖面两者的面积差值，与第一地层剖面的面积的比值，小于等于第一预设阈值时，表示第二地层剖面与第一地层剖面的面积比值越大，也就是说第一地层剖面与第二地层剖面两者的面积相差较小。由第一地层剖面与第二地层剖面构成的三维子空间的形状与梯形体的形状更为接近，所以确定该三维子空间对应的体积公式为梯形体的体积公式。其中，第一预设阈值可以为40%。

其中，梯形体的体积公式为：

；

其中，Va表示梯形体体积，S₁表示第一剖面面积，S₂表示第二剖面面积，L₁表示第一地层剖面与第二地层剖面的间距。

进一步的，执行根据该三维子空间的形状，确定该三维子空间对应的体积公式的具体操作步骤如下。

若该三维子空间的形状为楔形体，则该三维子空间对应的体积公式为楔形体的体积公式。

其中，楔形体的体积公式为：

；

其中，Vc表示楔形体体积，S表示地层剖面面积，L₂表示外推距离。

若该三维子空间的形状为斜楔形体，则该三维子空间对应的体积公式为斜楔形的体积公式。

其中，斜楔形体的体积公式为：

；

其中，Vd表示斜楔形体体积，S表示地层剖面面积，L₂表示外推距离，a₀表示尖灭端块段厚度，a_s表示有效面积块段厚度。

步骤205，根据每个三维子空间对应的体积公式，分别确定每个三维子空间的子体积，并根据各三维子空间对应的子体积的总和，确定为待测量采空区的采空区体积。

在实施中，根据每个三维子空间对应的体积公式，在待测量采空区的三维空间中获取对应的参数数据，并分别确定每个三维子空间的子体积，并将各三维子空间对应的子体积的总和，确定为待测量采空区的采空区体积。这样，就确定了待测量采空区的采空区体积。

图3为本申请实施例提供的一种地层剖面线分割待测量采空区的平面示意图，如图3所示，4为待测量采空区的目标平面分布范围，5为钻孔，6为地层剖面线，zk201、zk202、zk203、zk204、zk205、zk206、zk207、zk208、zk209、zk210、zk211、zk212、zk213、zk214、zk215、zk216、zk217、zk218和zk219为钻孔，D-D’、E-E’、F-F’、G-G’和H-H’分别为由钻孔构建的五条地层剖面线。五条剖面线将待测量采空区的目标平面分布范围分割为六块块段。然后通过分别计算每一块段的体积，并根据所有块段的体积之和，确定待测量采空区的总体积。表1为该待测量采空区被五条地层剖面线分割后形成的六个块段分别对应的公式、公式的参数和体积。

表1

这样，就可以对采空区进行分割，并分别计算分割后的体积，然后确定待测量采空区的体积。

本申请实施例提供了一种采空区体积确定方法，通过钻探法对待测量采空区的目标平面分布范围的地层进行钻孔钻探，获得采空区的目标平面分布范围的地层的地层数据。然后根据目标平面分布范围的和地层数据，去构建待测量采空区的三维空间。根据钻孔连线构成地层剖面线对三维空间进行分割，分别确定每一分割后的三维空间的体积，从而确定了采空区的体积。这样就可以确定出一些年代久远的矿井的采空区的采空区体积，从而对这些年代久远的采空区进行治理。

应该理解的是，虽然图2的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

可以理解的是，本说明书中上述方法的各个实施例之间相同/相似的部分可互相参见，每个实施例重点说明的是与其他实施例的不同之处，相关之处参见其他方法实施例的说明即可。

本申请实施例还提供了一种采空区体积确定装置，如图4所示，该装置包括：

钻探模块401，用于在待测量采空区的目标平面分布范围内，采用钻探法进行钻孔钻探，获取所述目标平面分布范围内地层的地层数据；

第一确定模块402，用于根据所述目标平面分布范围和所述地层数据，确定所述待测量采空区的三维空间；

构建模块403，用于基于钻孔的位置构建地层剖面线，根据所述地层剖面线对所述待测量采空区的三维空间进行分割，获得多个三维子空间；

第二确定模块404，用于针对每个三维子空间，如果该三维子空间包括多个地层剖面，则根据该三维子空间对应的地层剖面的剖面面积，确定该三维子空间对应的体积公式，否则，根据该三维子空间的形状，确定该三维子空间对应的体积公式；

第三确定模块405，用于根据每个所述三维子空间对应的体积公式，分别确定每个所述三维子空间的子体积，并根据各所述三维子空间对应的子体积的总和，确定为所述待测量采空区的采空区体积。

作为一种可选的实施方式，所述装置还包括：

测量模块，用于采用高精度磁测法对所述待测量采空区进行测量，确定所述待测量采空区的初始平面分布范围；

第四确定模块，用于在所述初始平面分布范围内，采用钻探法进行钻孔钻探，确定所述待测量采空区的目标平面分布范围。

作为一种可选的实施方式，所述构建模块403，具体用于：

在所述钻孔中，将与所述目标平面分布范围外沿的距离小于预设距离阈值的钻孔作为基准钻孔；

在所述基准钻孔中，将纬度差值小于第一预设纬度差值，且大于第二预设纬度差值，且经度差值小于第一预设经度差值，且大于第二预设经度差值的两个基准钻孔添加到一个钻孔组中；

在除基准钻孔以外的其他钻孔中，针对每个钻孔组，将经度处于该钻孔组中的两个基准钻孔对应的经度范围内的钻孔，确定为该钻孔组对应的候选钻孔；

在该钻孔组对应的候选钻孔中，将与该钻孔组中的第一基准钻孔的纬度差值的绝对值小于第三预设纬度差值，或与该钻孔组中的第二基准钻孔的纬度差值的绝对值小于所述第三预设纬度差值的候选钻孔，确定为该钻孔组对应的中间钻孔；

基于每个钻孔组中所有钻孔形成的连线，构建所述地层剖面线。

作为一种可选的实施方式，所述该三维子空间包括第一地层剖面和第二地层剖面，所述第一地层剖面的面积大于所述第二地层剖面的面积，所述第二确定模块404，具体用于：

若所述第一地层剖面与所述第二地层剖面两者的面积差值，与所述第一地层剖面的面积的比值，大于第一预设阈值，则确定所述该三维子空间对应的体积公式为截锥体的体积公式；

若所述第一地层剖面与所述第二地层剖面两者的面积差值，与所述第一地层剖面的面积的比值，小于等于所述第一预设阈值，则确定所述该三维子空间对应的体积公式为梯形体的体积公式。

作为一种可选的实施方式，所述第二确定模块404，具体用于：

若所述该三维子空间的形状为楔形体，则所述该三维子空间对应的体积公式为楔形体的体积公式；

若所述该三维子空间的形状为斜楔形体，则所述该三维子空间对应的体积公式为斜楔形的体积公式。

本申请实施例提供了一种采空区体积确定装置，通过钻探法对待测量采空区的目标平面分布范围的地层进行钻孔钻探，获得采空区的目标平面分布范围的地层的地层数据。然后根据目标平面分布范围的和地层数据，去构建待测量采空区的三维空间。根据钻孔连线构成地层剖面线对三维空间进行分割，分别确定每一分割后的三维空间的体积，从而确定了采空区的体积。这样就可以确定出一些年代久远的矿井的采空区的采空区体积，从而对这些年代久远的采空区进行治理。

关于采空区体积装置的具体限定可以参见上文中对于采空区体积方法的限定，在此不再赘述。上述采空区体积装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，如图5所示，包括存储器及处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述采空区体积的方法步骤。

在一个实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述采空区体积的方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink）DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

还需要说明的是，本申请所涉及的用户信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于展示的数据、分析的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种采空区体积确定方法，其特征在于，所述方法包括：

在待测量采空区的目标平面分布范围内，采用钻探法进行钻孔钻探，获取所述目标平面分布范围内地层的地层数据；

根据所述目标平面分布范围和所述地层数据，确定所述待测量采空区的三维空间；

基于钻孔的位置构建地层剖面线，根据所述地层剖面线对所述待测量采空区的三维空间进行分割，获得多个三维子空间；

针对每个三维子空间，如果该三维子空间包括多个地层剖面，则根据该三维子空间对应的地层剖面的剖面面积，确定该三维子空间对应的体积公式，否则，根据该三维子空间的形状，确定该三维子空间对应的体积公式；

根据每个所述三维子空间对应的体积公式，分别确定每个所述三维子空间的子体积，并根据各所述三维子空间对应的子体积的总和，确定为所述待测量采空区的采空区体积。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

采用高精度磁测法对所述待测量采空区进行测量，确定所述待测量采空区的初始平面分布范围；

在所述初始平面分布范围内，采用钻探法进行钻孔钻探，确定所述待测量采空区的目标平面分布范围。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于钻孔的位置构建地层剖面线，包括：

在所述钻孔中，将与所述目标平面分布范围外沿的距离小于预设距离阈值的钻孔作为基准钻孔；

在所述基准钻孔中，将纬度差值小于第一预设纬度差值，且大于第二预设纬度差值，且经度差值小于第一预设经度差值，且大于第二预设经度差值的两个基准钻孔添加到一个钻孔组中；

在除基准钻孔以外的其他钻孔中，针对每个钻孔组，将经度处于该钻孔组中的两个基准钻孔对应的经度范围内的钻孔，确定为该钻孔组对应的候选钻孔；

在该钻孔组对应的候选钻孔中，将与该钻孔组中的第一基准钻孔的纬度差值的绝对值小于第三预设纬度差值，或与该钻孔组中的第二基准钻孔的纬度差值的绝对值小于所述第三预设纬度差值的候选钻孔，确定为该钻孔组对应的中间钻孔；

基于每个钻孔组中所有钻孔形成的连线，构建所述地层剖面线。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述该三维子空间包括第一地层剖面和第二地层剖面，所述第一地层剖面的面积大于所述第二地层剖面的面积，所述根据该三维子空间对应的地层剖面的剖面面积，确定该三维子空间对应的体积公式，包括：

若所述第一地层剖面与所述第二地层剖面两者的面积差值，与所述第一地层剖面的面积的比值，大于第一预设阈值，则确定所述该三维子空间对应的体积公式为截锥体的体积公式；

若所述第一地层剖面与所述第二地层剖面两者的面积差值，与所述第一地层剖面的面积的比值，小于等于所述第一预设阈值，则确定所述该三维子空间对应的体积公式为梯形体的体积公式。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据该三维子空间的形状，确定该三维子空间对应的体积公式，包括：

若所述该三维子空间的形状为楔形体，则所述该三维子空间对应的体积公式为楔形体的体积公式；

若所述该三维子空间的形状为斜楔形体，则所述该三维子空间对应的体积公式为斜楔形的体积公式。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述截锥体的体积公式为:

；

其中，Vb表示截锥体体积，S₁表示第一剖面面积，S₂表示第二剖面面积，L₁表示第一地层剖面与第二地层剖面的间距。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述梯形体的体积公式为：

；

其中，Va表示梯形体体积，S₁表示第一剖面面积，S₂表示第二剖面面积，L₁表示第一地层剖面与第二地层剖面的间距。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述楔形体的体积公式为：

；

其中，Vc表示楔形体体积，S表示地层剖面面积，L₂表示外推距离。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述斜楔形体的体积公式为：

；

其中，Vd表示斜楔形体体积，S表示地层剖面面积，L₂表示外推距离，a₀表示尖灭端块段厚度，a_s表示有效面积块段厚度。

10.一种采空区体积确定装置，其特征在于，所述装置包括：

钻探模块，用于在待测量采空区的目标平面分布范围内，采用钻探法进行钻孔钻探，获取所述目标平面分布范围内地层的地层数据；

第一确定模块，用于根据所述目标平面分布范围和所述地层数据，确定所述待测量采空区的三维空间；

构建模块，用于基于钻孔的位置构建地层剖面线，根据所述地层剖面线对所述待测量采空区的三维空间进行分割，获得多个三维子空间；

第二确定模块，用于针对每个三维子空间，如果该三维子空间包括多个地层剖面，则根据该三维子空间对应的地层剖面的剖面面积，确定该三维子空间对应的体积公式，否则，根据该三维子空间的形状，确定该三维子空间对应的体积公式；

第三确定模块，用于根据每个所述三维子空间对应的体积公式，分别确定每个所述三维子空间的子体积，并根据各所述三维子空间对应的子体积的总和，确定为所述待测量采空区的采空区体积。

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