一种用于无人化采掘工作面的适时精准建模方法技术

本发明专利技术公开了一种用于无人化采掘工作面的适时精准建模方法，属于矿山无人化采掘工作面建模领域，该方法充分获取并利用顶底板高程、煤厚、岩性、硬度、抗压及抗拉强度、取芯长度、取样率等煤体(矿体)、地质体的各种开采参数信息，通过创建自适应地质体插值、复杂地质体初始建模、多次适时逼真建模等方法，适时建立采掘对象的多参数、多属性三维精准模型，使无人化采掘工作始终处于煤体(矿体)、岩体精准模型已知的前提下进行，从而实现采掘工作面安全、可靠、高效、透明、低成本的无人化开采。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于矿山无人化采掘工作面建模领域，具体涉及一种用于无人化采掘工作面的适时精准建模方法。
技术介绍
矿山无人化采掘就是基于开采环境自动被探知的情况下，利用自动化采掘设备进行自动采掘，实现无人化采掘，其前提必要条件就是开采环境自动被探知。实现自动探知开采环境的方法主要有直接利用硬件探测设备被动探知局部信息和基于开采参数探知的精细建模技术主动提前确定两大类方法，其中与本方法最近似的方法“采区煤岩层动态精细建模技术”：煤岩三维模型数据结构的建立、基于勘探钻孔数据的地质插值建模技术、随掘随探与模型数据更新技术、补探方法与模型精修技术、随采随测与模型局部修正技术、三维建模误差分析技术。利用硬件探测设备被动探知局部信息的方法取决于硬件探测设备对于某类局部信息探测的性能，例如：γ射线、雷达探测、红外探测、有功功率监测、振动检测、粉尘探测、高压水射流—光测等仅能探测煤岩的相对信息，这些方法未考虑全局采掘环境(顶底板高程、煤厚、岩性、硬度、抗压及抗拉强度、取芯长度、取样率等煤体(矿体)、地质体)的变化，并且探测设备受采掘工作面的恶劣环境影响，探测性能较差，非常容易造成对于造价昂贵自动化采掘设备的损伤。“采区煤岩层动态精细建模技术”存在以下缺点：1、该方法只是讨论了煤岩三维模型数据结构的建立、基于勘探钻孔数据的地质插值建模技术、随掘随探与模型数据更新技术、补探方法与模型精修技术、随采随测与模型局部修正技术、三维建模误差分析技术等孤立有限的技术，没有形成可以集成实现的统一理论方法体系。2、该方法没有利用顶底板高程、煤厚、岩性、硬度、抗压及抗拉强度、取芯长度、取样率等煤体(矿体)、地质体等全局开采参数信息。3、该方法没有考虑建立地质体插值算法库，生成插值工具。4、该方法没有针对勘探数据对象，预测地质体平滑、起伏趋势，划分地质体区域空间。5、该方法没有建立初始的复杂地质体模型方法库，同时自动建立底板高程数据库。6、该方法没有面向开采参数控制进行多次适时逼真建模。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提出了一种用于无人化采掘工作面的适时精准建模方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的推广价值。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于无人化采掘工作面的适时精准建模方法，按照如下步骤进行：步骤1：根据各类勘探数据，建立地质体插值算法库，生成插值工具；所述地质体插值算法库包括地质样条插值、Kriging插值、三角剖分光滑插值以及与距离平方成反比权重插值；步骤2：针对勘探数据对象，预测地质体平滑、起伏趋势，划分地质体区域空间，并判断勘探数据对象；若判断结果是平滑的底板高程，则使用三角剖分光滑插值方法进行插值；或判断结果是起伏变化较大的底板高程，则使用地质样条插值方法进行插值；或判断结果是煤层，则使用与距离平方成反比权重插值方法进行插值；步骤3：建立初始的复杂地质体模型方法库，同时自动建立煤岩层底板高程数据库；步骤4：判断煤岩层是否有断层、褶皱现象；若判断结果是煤岩层有断层、褶皱现象，则执行步骤5；或判断结果是煤岩层没有断层、褶皱现象，则执行步骤6；步骤5：设计巷探、钻孔，进行局部补探，测量孔斜，对煤和顶底板岩层取芯，通过对包括岩性、硬度、抗压和抗拉强度、取芯长度和取样率在内的物理力学参数进行测试，获取煤岩层开采参数信息，补充钻孔数据，依据获取的开采参数进行控制更新煤岩层底板高程数据库、更新煤岩层模型；步骤6：判断是否有新掘进参数；若判断结果是有新掘进参数，则执行步骤7；或判断结果是无新掘进参数，则执行步骤8；步骤7：实时把已揭露的包括顶底板高程、煤厚在内的煤岩层信息开采参数描述成柱状信息，补充到柱状信息数据库中，依据获取的开采参数进行实时控制更新煤岩层模型；步骤8：判断是否有新开采参数；若判断结果是有新开采参数，则执行步骤9；或判断结果是无新开采参数，则执行步骤10；步骤9：利用随采的工作面煤壁煤岩界面探测信息，依据获取的开采参数进行实时更新修正工作面前方的预采煤岩层模型；步骤10：若判断结果是没有结束，则执行步骤4；或判断结果是建模结束，则结束建模。优选地，在步骤3中，所述初始的复杂地质体模型方法库包括层状建模法、基于离散点的块状地质体伪凸包建模法、基于断面图形的变分约束块状地质体建模法和复杂地质体减运算建模法。优选地，所述层状建模法包括基于钻孔数据的宏观建模及微观修正地质建模法、基于底板等高线图的内边界扩展地质建模法和基于地质剖面图的插入法地质建模法。优选地，所述基于钻孔数据的宏观建模及微观修正地质建模法，具体包括：先去掉断层影响的数据，进行Tin建模和光滑插值，再按照断裂顺序逐次加入各断层，使其与所有揭露数据吻合；所述基于底板等高线图的内边界扩展地质建模法，具体包括：先利用边界扩展法对逆断层和直立断层进行局部Tin，再把扩展的边界和正断层的交线作为内边界进行Tin,最后合并局部Tin的结果，形成整个模型；所述基于地质剖面图的插入法地质建模法，具体包括：先找剖面地质体和构造的对应关系，再插入中间帧和尖灭帧，而后进行三维重建。优选地，所述基于离散点的块状地质体伪凸包建模法，具体包括：先对离散点数据求凸包；然后逐次挖去体内边界点的控制区域，直到体内无边界点，最后得到一个伪凸包。优选地，所述基于断面图形的变分约束块状地质体建模法，具体包括：对于断面图形相差较大的情况，先用变分思想，按照约束条件，插入中间帧，用中轴的思想加入尖灭线；然后进行三维重建，对于有分支的情况，先单独建模，最后按体进行并运算。优选地，所述复杂地质体减运算建模法，具体包括：对于既有层状，又有块状和脉状的地质体，在不考虑块状和脉状边界的情况下，先按层状和块状分别建模；然后对用块状地质体对层状地质体进行减运算。本专利技术所带来的有益技术效果：本专利技术提出了一种用于无人化采掘工作面的适时精准建模方法，与现有技术相比，一种用于无人化采掘工作面的适时精准建模方法，该方法充分获取并利用顶底板高程、煤厚、岩性、硬度、抗压及抗拉强度、取芯长度、取样率等煤体(矿体)、地质体的各种开采参数信息，通过创建自适应地质体插值、复杂地质体初始建模、多次适时逼真建模等，适时建立采掘对象的多参数、多属性三维精准模型，使无人化采掘工作始终处于煤体(矿体)、岩体精准模型已知的前提下进行，从而实现采掘工作面安全、可靠、高效、透明、低成本的无人化开采。附图说明...

【技术保护点】
一种用于无人化采掘工作面的适时精准建模方法，其特征在于：按照如下步骤进行：步骤1：根据各类勘探数据，建立地质体插值算法库，生成插值工具；所述地质体插值算法库包括地质样条插值、Kriging插值、三角剖分光滑插值以及与距离平方成反比权重插值；步骤2：针对勘探数据对象，预测地质体平滑、起伏趋势，划分地质体区域空间，并判断勘探数据对象；若判断结果是平滑的底板高程，则使用三角剖分光滑插值方法进行插值；或判断结果是起伏变化较大的底板高程，则使用地质样条插值方法进行插值；或判断结果是煤层，则使用与距离平方成反比权重插值方法进行插值；步骤3：建立初始的复杂地质体模型方法库，同时自动建立煤岩层底板高程数据库；步骤4：判断煤岩层是否有断层、褶皱现象；若判断结果是煤岩层有断层、褶皱现象，则执行步骤5；或判断结果是煤岩层没有断层、褶皱现象，则执行步骤6；步骤5：设计巷探、钻孔，进行局部补探，测量孔斜，对煤和顶底板岩层取芯，通过对包括岩性、硬度、抗压和抗拉强度、取芯长度和取样率在内的物理力学参数进行测试，获取煤岩层开采参数信息，补充钻孔数据，依据获取的开采参数进行控制更新煤岩层底板高程数据库、更新煤岩层模型；步骤6：判断是否有新掘进参数；若判断结果是有新掘进参数，则执行步骤7；或判断结果是无新掘进参数，则执行步骤8；步骤7：实时把已揭露的包括顶底板高程、煤厚在内的煤岩层信息开采参数描述成柱状信息，补充到柱状信息数据库中，依据获取的开采参数进行实时控制更新煤岩层模型；步骤8：判断是否有新开采参数；若判断结果是有新开采参数，则执行步骤9；或判断结果是无新开采参数，则执行步骤10；步骤9：利用随采的工作面煤壁煤岩界面探测信息，依据获取的开采参数进行实时更新修正工作面前方的预采煤岩层模型；步骤10：判断建模是否结束；若判断结果是没有结束，则执行步骤4；或判断结果是建模结束，则结束建模。...

【技术特征摘要】
1.一种用于无人化采掘工作面的适时精准建模方法，其特征在于：按照如下步骤进行：
步骤1：根据各类勘探数据，建立地质体插值算法库，生成插值工具；
所述地质体插值算法库包括地质样条插值、Kriging插值、三角剖分光滑插值以及与距
离平方成反比权重插值；
步骤2：针对勘探数据对象，预测地质体平滑、起伏趋势，划分地质体区域空间，并判
断勘探数据对象；
若判断结果是平滑的底板高程，则使用三角剖分光滑插值方法进行插值；
或判断结果是起伏变化较大的底板高程，则使用地质样条插值方法进行插值；
或判断结果是煤层，则使用与距离平方成反比权重插值方法进行插值；
步骤3：建立初始的复杂地质体模型方法库，同时自动建立煤岩层底板高程数据库；
步骤4：判断煤岩层是否有断层、褶皱现象；
若判断结果是煤岩层有断层、褶皱现象，则执行步骤5；
或判断结果是煤岩层没有断层、褶皱现象，则执行步骤6；
步骤5：设计巷探、钻孔，进行局部补探，测量孔斜，对煤和顶底板岩层取芯，通过对
包括岩性、硬度、抗压和抗拉强度、取芯长度和取样率在内的物理力学参数进行测试，获取
煤岩层开采参数信息，补充钻孔数据，依据获取的开采参数进行控制更新煤岩层底板高程数
据库、更新煤岩层模型；
步骤6：判断是否有新掘进参数；
若判断结果是有新掘进参数，则执行步骤7；
或判断结果是无新掘进参数，则执行步骤8；
步骤7：实时把已揭露的包括顶底板高程、煤厚在内的煤岩层信息开采参数描述成柱状
信息，补充到柱状信息数据库中，依据获取的开采参数进行实时控制更新煤岩层模型；
步骤8：判断是否有新开采参数；
若判断结果是有新开采参数，则执行步骤9；
或判断结果是无新开采参数，则执行步骤10；
步骤9：利用随采的工作面煤壁煤岩界面探测信息，依据获取的开采参数进行实时更新
修正工作面前方的预采煤岩层模型；
步骤10：判断建模是否结束；
若判断结果是没有结束，则执行步骤4；
或判断结果是建模结束，则结束建模。
2.根据权利要求1所述的用于无人化采掘工作面的适时精准建模方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢新明，彭延军，尹红，李旭建，
申请(专利权)人：山东科技大学，山东蓝光软件有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37