一种煤岩体稳定性检测方法、系统及可存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种煤岩体稳定性检测方法、系统及可存储介质，涉及煤矿开采技术领域，包括：通过三维扫描技术，获取空区数据并进行三维模型的建立；采集典型煤岩体的岩样，对干燥与饱水的煤岩体试件进行室内岩体力学测试，获取煤岩体的基本岩石力学参数指标与渗透性系数；根据地下水条件与室内岩体力学测试，采用H

【技术实现步骤摘要】
一种煤岩体稳定性检测方法、系统及可存储介质


[0001]本专利技术涉及煤矿开采
，更具体的说是涉及一种煤岩体稳定性检测方法、系统及可存储介质。

技术介绍

[0002]安全生产是煤矿运行之中的重中之重，煤炭作为重要的基础能源，在一次能源结构中占主导地位，在国民经济发展中具有不可替代的作用。地下煤层开采后会形成大面积采空区，而采空区赋水的具体水深及泡水之后围岩体的力学性质变化未知的情况，使得赋水采空区成为空区临近采场与巷道煤岩稳定性的重大安全隐患，易造成严重的地表塌陷、山体滑坡、地下水漏失、土地沙化、植被破坏等地质灾害和生态环境问题，影响着矿区和周边人民的正常生产和生活，制约矿区经济发展、社会稳定和生态环境的可持续发展，已经引起各部门的高度重视。
[0003]准确获取空区三维形态与空区含水量是保证矿山的开采工作与后续维护工作的重要环节，岩体力学性质特性与岩体力学参数是决定岩土工程稳定性的重要因素。只有准确了解矿山地下采空区的分布与空间形态调整，才能够针对性地采取处理措施，消除隐患。由于空区内部能见度低、通风条件较差、不具备通信条件，传统测量技术手段由于通视、通讯的原因，很难保障测量人员的人身安全和测绘生产的安全，无法适用于空区内部的测量，无法满足研究和开发的需要，必须探索和采用新的技术。
[0004]因此，如何实现采空区的精密探测以及煤岩体稳定性的分析，为煤矿的安全生产提供技术保障和安全支持是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种煤岩体稳定性检测方法、系统及可存储介质，能够对煤矿采空区进行精密探测，分析煤岩体稳定性，为煤矿的安全生产提供技术保障和安全支持。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种煤岩体稳定性检测方法，包括以下步骤：
[0008]通过三维扫描技术，获取空区数据并进行三维模型的建立；
[0009]采集典型煤岩体的岩样，对干燥与饱水的煤岩体试件进行室内岩体力学测试，获取煤岩体的基本岩石力学参数指标与渗透性系数；
[0010]根据地下水条件与室内岩体力学测试，采用H
‑
B强度准则进行煤岩体的宏观力学参数评估；
[0011]结合赋水空区三维形态、水体情况、地质条件、岩体力学特性，利用数值模拟进行煤岩体的流固耦合计算分析，获取煤岩体稳定性的评价结果。
[0012]上述技术方案达到的技术效果为：可以对煤矿采空区临近区域稳定性进行分析，为煤矿的安全生产提供技术保障和安全支持。
[0013]可选的，所述三维模型的建立，具体包括以下步骤：
[0014]根据煤矿采空区的位置，结合现场排水孔钻孔，利用激光点云技术对所述煤矿采空区进行三维扫描，获得点云数据；
[0015]利用三维地质软件对所述点云数据进行解译、滤噪处理，结合地质资料与前期施工图，建立赋水采空区水体与空区的三维几何模型。
[0016]上述技术方案达到的技术效果为：激光扫描头伸入空区后能进行水平和竖直360
°
旋转，直至完成整个空区扫描工作，可以对采空区进行精密探测，获取采空区三维形态并构建三维立体模型。
[0017]可选的，所述获取煤岩体的基本岩石力学参数指标与渗透性系数，具体包括以下步骤：
[0018]根据地质钻孔的岩芯情况，进行典型煤岩体的岩样采集，对所述岩样开展室内岩石加卸载实验，获取煤矿典型煤岩体的基本岩石力学参数指标；
[0019]利用流固耦合压力试验机开展煤岩体的渗透特性力学实验，获得煤岩体的渗透性系数。
[0020]可选的，所述基本岩石力学参数指标包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量、内聚力和内摩擦角。
[0021]可选的，所述进行煤岩体的宏观力学参数评估，具体包括以下步骤：
[0022]将所述煤岩体的基本岩石力学参数指标与渗透性系数作为煤岩体力学特性，并通过现场地质资料获得煤层地质结构特征；
[0023]基于得到的煤层地质结构特征及煤岩体力学特性，采用H
‑
B准则获得煤岩体的宏观力学参数，以进行典型煤岩体力学特性的定量化表达，为数值模拟分析提供基础数据支撑。
[0024]可选的，所述获取煤岩体稳定性的评价结果，具体包括以下步骤：
[0025]利用FLAC3D软件进行基于流固耦合的赋水空区煤岩体稳定性研究，通过数值模拟计算手段，获取赋水空区临近区域煤岩体的围岩位移场、应力场的分布特征；
[0026]通过FLAC3D的数值模拟，计算采空区的岩体应力值和塑性区变化范围，获得煤岩体稳定性的评价结果。
[0027]上述技术方案达到的技术效果为：可利用流固耦合方法计算赋水空区周围岩体的稳定性并提供安全评价，还能进一步研究采空区塌陷规律，提前预测采空区积水量，向生产中心提供相应的出水量，合理布置巷道内排水管的大小，避免重复投工铺设排水管，同时为安全生产提供保证。
[0028]本专利技术还提供了一种煤岩体稳定性检测系统，包括：模型建立模块、试验模块、评估模块、稳定性评价模块，且各结构依次连接；
[0029]所述模型建立模块，通过三维扫描技术，获取空区数据并进行三维模型的建立；
[0030]所述试验模块，用于采集典型煤岩体的岩样，对干燥与饱水的煤岩体试件进行室内岩体力学测试，获取煤岩体的基本岩石力学参数指标与渗透性系数；
[0031]所述评估模块，根据地下水条件与室内岩体力学测试，采用H
‑
B强度准则进行煤岩体的宏观力学参数评估；
[0032]所述稳定性评价模块，通过结合赋水空区三维形态、水体情况、地质条件、岩体力
学特性，利用数值模拟进行煤岩体的流固耦合计算分析，获取煤岩体稳定性的评价结果。
[0033]可选的，所述基本岩石力学参数指标包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量、内聚力和内摩擦角。
[0034]本专利技术还提供了一种计算机可存储介质，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以上所述煤岩体稳定性检测方法的步骤。
[0035]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种煤岩体稳定性检测方法、系统及可存储介质，具有以下有益效果：
[0036](1)本专利技术可以对煤矿采空区三维形态进行精准建模，通过三轴流固耦合压力试验机获得卸荷岩体渗透力学特性，并利用H
‑
B强度准则全面、科学、系统的评价煤矿岩体力学参数，最终利用流固耦合数值模拟方法对煤矿采空区临近区域进行煤岩体稳定性分析，为煤矿的安全生产提供技术保障和安全支持；
[0037](2)本专利技术采用三维激光进行采空区探测，空区激光三维扫描仪能够发射和接收激光，并通过软件记录反射点的空区坐标信息；激光扫描头伸入空区后能进行水平和竖直360
°
旋转，直至完成整个空区扫描工作，再通过对扫描数据进行处理和编辑，在建模软件中构建采空区三维立体模型，可实现对采空区的精密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤岩体稳定性检测方法，其特征在于，包括以下步骤：通过三维扫描技术，获取空区数据并进行三维模型的建立；采集典型煤岩体的岩样，对干燥与饱水的煤岩体试件进行室内岩体力学测试，获取煤岩体的基本岩石力学参数指标与渗透性系数；根据地下水条件与室内岩体力学测试，采用H
‑
B强度准则进行煤岩体的宏观力学参数评估；结合赋水空区三维形态、水体情况、地质条件、岩体力学特性，利用数值模拟进行煤岩体的流固耦合计算分析，获取煤岩体稳定性的评价结果。2.根据权利要求1所述的一种煤岩体稳定性检测方法，其特征在于，所述三维模型的建立，具体包括以下步骤：根据煤矿采空区的位置，结合现场排水孔钻孔，利用激光点云技术对所述煤矿采空区进行三维扫描，获得点云数据；利用三维地质软件对所述点云数据进行解译、滤噪处理，结合地质资料与前期施工图，建立赋水采空区水体与空区的三维几何模型。3.根据权利要求1所述的一种煤岩体稳定性检测方法，其特征在于，所述获取煤岩体的基本岩石力学参数指标与渗透性系数，具体包括以下步骤：根据地质钻孔的岩芯情况，进行典型煤岩体的岩样采集，对所述岩样开展室内岩石加卸载实验，获取煤矿典型煤岩体的基本岩石力学参数指标；利用流固耦合压力试验机开展煤岩体的渗透特性力学实验，获得煤岩体的渗透性系数。4.根据权利要求1所述的一种煤岩体稳定性检测方法，其特征在于，所述基本岩石力学参数指标包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量、内聚力和内摩擦角。5.根据权利要求1所述的一种煤岩体稳定性检测方法，其特征在于，所述进行煤岩体的宏观力学参数评估，具体包括以下步骤：将所述煤岩体的基本岩石力学参数指标与渗透性系数作为煤岩体力学特性，并通过现场地质资料获得煤...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗海周，赵杰，王攀峰，闫超，崔凯，
申请(专利权)人：山西潞安环保能源开发股份有限公司常村煤矿，
类型：发明
国别省市：