本发明专利技术提供了一种采动区域覆岩裂隙自修复程度的探测方法，包括如下步骤：S1确定采动区域的地表和覆岩结构情况；S2在采动区域打用于探测覆岩裂隙的钻孔1；S3在钻孔中安装套筒，并在套筒中下放摄像头；S4通过摄像头拍摄获取岩体图像，进而获得第1次测定时该钻孔处各覆岩裂隙的总张开面积S11总；S5重复步骤S3
【技术实现步骤摘要】
采动区域覆岩裂隙自修复程度的探测方法及其应用
[0001]本专利技术涉及一种采动区域覆岩裂隙自修复程度的探测方法及其应用，属于煤炭开采领域。
技术介绍
[0002]煤炭开采引起上覆岩层发生移动破坏，覆岩自下而上依次形成垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，地表形成下沉盆地。在垮落带和裂隙带的岩层中存在上下贯通裂隙，形成导水裂隙带。煤层埋藏较浅的地区，煤炭开采后导水裂隙带将沟通含水层甚至地表，导致地下水漏失，降低地表植被生长所需的合理水位，造成地下水和地表生态系统破坏，岩层裂隙是这一系列问题的地质根源。岩层裂隙闭合或被充填(岩层自修复)将减小过水面积，增强岩层的隔水性，精准掌握煤炭的采后裂隙自修复程度对煤层开采区地下水恢复和地表生态修复有重要意义。
[0003]目前，关于岩层自修复的研究方法主要是：通过观测地表水文观测钻孔中地下水位的变化来间接判断岩层裂隙自修复情况；通过采用“大井法”预测工作面涌水量大小来间接判断岩层裂隙自修复情况；通过判断关键层结构存在形式来定性判断深部岩层裂隙的自修复程度。然而上述研究方法都存在一定的局限性，都是通过研究间接或定性的分析深部岩层裂隙的自修复程度。因此，本专利技术提出一种基于钻孔探测的覆岩裂隙自修复程度的研究方法，相比以往的研究方法具有直接、定量及易实现的优点。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种采动区域覆岩裂隙自修复程度的探测方法，该方法采用高清摄像头成像，根据不同时间拍摄的岩层裂隙张开度的变化或裂隙被充填情况，用裂隙面积指标来定量表征岩层中裂隙的自修复程度，为西部生态脆弱区生态修复治理提供依据，该方法具有直接、定量、易实现的特点。
[0005]根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种采动区域覆岩裂隙自修复程度的探测方法，包括如下步骤：
[0006]S1确定采动区域的地表和覆岩结构情况；
[0007]S2在采动区域打用于探测覆岩裂隙的钻孔1；
[0008]S3在钻孔中安装套筒，并在套筒中下放摄像头；
[0009]S4通过摄像头拍摄获取岩体图像，进而获得第1次测定时该钻孔处测定深度范围内各覆岩裂隙的总张开面积S11总；
[0010]S5重复步骤S3-S4，获得第i次测定时该钻孔处测定深度范围内各覆岩裂隙的总张开面积S1i总；
[0011]S6计算获得第i次测定时该钻孔处覆岩裂隙的自修复程度R1i的数据：R1i＝(S11总-S1i总)/S11总。
[0012]根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤S1包括：收集采动区域的地表和覆岩结构
数据，确定采动区域的地表和覆岩结构情况，进而确定待探测的区域及打孔区域。
[0013]根据本专利技术的一些实施方式，为了能在最大程度上探测到采动区域覆岩裂隙的自修复程度，至少需要在以下位置分别打孔探测：采动区域开切眼位置对应的地表区域，采动区域停采线位置对应的地表区域，采动区域两侧边位置对应的地表区域，采动区域中心位置对应的地表区域。
[0014]根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤S2中钻孔的打孔深度根据所要探测的裂隙位置确定。
[0015]根据本专利技术的一些实施方式，所述步骤S3中的套筒的材质为高强度透明陶瓷材料。
[0016]根据本专利技术的优选实施方式，所述摄像头为可360
°
旋转的摄像头，例如为可360
°
旋转的高清摄像头。
[0017]根据本专利技术的优选实施方式，所述摄像头通过地面主机控制。
[0018]在一些具体的实施方式中，所述步骤S3包括：
[0019](1)布置三脚架和存储数据的主机于钻孔处，信号传输线连接存储数据的主机和可360
°
旋转的高清摄像头；
[0020](2)由三脚架上的滑轮将高清摄像头下放至钻孔导水裂隙带中的预定深度区域；
[0021]其中，高清摄像头防水、防撞击，避免钻孔中渗水及滑落岩块对其造成损伤。
[0022]根据本专利技术的优选实施方式，步骤S4包括：
[0023]4A控制摄像头旋转，摄取钻孔360
°
范围内的岩体图像；
[0024]优选地，在一些实施方式中，地面主机控制高清摄像头旋转，摄取钻孔360
°
范围内岩层中裂隙的岩体图像并由主机上的显示器查看探测孔中岩层裂隙的分布情况；
[0025]4B将岩体图像导出，通过岩体图像获得该钻孔测定深度范围内各覆岩裂隙的总张开面积S11总；
[0026]4C取出摄像头，对钻孔进行密封处理，以防止地表降水及异物进入。
[0027]根据本专利技术的优选实施方式，所述步骤4B包括：
[0028]B1根据岩体图像分别计算测定深度范围内各裂隙C1、C2、C3
……
Cn-k
……
Cn-1、Cn的张开面积S1、S2、S3
……
Sn-k
……
Sn-1、Sn；
[0029]B2根据各裂隙的张开面积获取测定深度范围内各覆岩裂隙的总张开面积S1总＝S1+S2+S3+
……
+Sn-k+
……
+Sn-1+Sn。
[0030]根据本专利技术的优选实施方式，所述步骤B1包括：
[0031](1)将摄像头所拍摄的圆柱形岩体图像展开为平面裂隙图像；
[0032](2)用Photoshop软件将平面裂隙图像转化为二维灰度图像，然后再用MATLAB软件将二维灰度图转化为二值图；
[0033](3)将二值图中的每个裂隙放入二维坐标系中，用图像数字化软件GetData Graph Digitizer获取每个裂隙两个边界上足够数量点的坐标值；
[0034](4)利用获得的裂隙边界上的点坐标求出裂隙两边界的函数表达式，边界曲线复杂用分段函数表示，上边界曲线分段函数f1(x)、f2(x)、
…
f
n
(x)，下边界曲线分段函数g1(x)、g2(x)、
…
g
n
(x)，则单个裂隙的面积S根据下式获得：
[0035][0036]其中，x0、x
n
是裂隙两边界的端点坐标，x1到x
n-1
为函数f(x)的端点对应的x轴坐标，x
′1到x
′
n-1
为函数g(x)的端点对应的x轴坐标。
[0037]根据本专利技术的优选实施方式，所述方法还包括：
[0038]重复步骤S2-S6，在采动区域的其他位置打用于探测覆岩裂隙的钻孔2、钻孔3、钻孔4
……
钻孔a-2、钻孔a-1和钻孔a，并获得第i次测定时各钻孔处覆岩的自修复程度R2i、R3i、R4i、
……
R
a-2
i、R
a-1
i和R
a
i的数据。
[0039]在一些具体的实施方式中，在采动区域的其他位置打用于探测覆岩裂隙本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种采动区域覆岩裂隙自修复程度的探测方法，包括如下步骤：S1确定采动区域的地表和覆岩结构情况；S2在采动区域打用于探测覆岩裂隙的钻孔1；S3在钻孔中安装套筒，并在套筒中下放摄像头；S4通过摄像头拍摄获取岩体图像，进而获得第1次测定时该钻孔处各覆岩裂隙的总张开面积S11总；S5重复步骤S3-S4，获得第i次测定时该钻孔处各覆岩裂隙的总张开面积S1i总；S6计算获得第i次测定时该钻孔处覆岩裂隙的自修复程度R1i的数据：R1i＝(S11总-S1i总)/S11总。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中钻孔的打孔深度根据所要探测的裂隙位置确定。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中的套筒的材质为高强度透明陶瓷材料；和/或，所述摄像头为可360
°
旋转的摄像头；和/或，所述摄像头通过地面主机控制。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤S4包括：4A控制摄像头旋转，摄取钻孔360
°
范围内的岩体图像；4B将岩体图像导出，通过岩体图像获得该钻孔测定深度范围内各覆岩裂隙的总张开面积S11总；4C取出摄像头，对钻孔进行密封处理。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤4B包括：B1根据岩体图像分别计算测定深度范围内各裂隙C1、C2、C3
……
Cn-k
……
Cn-1、Cn的张开面积S1、S2、S3
……
Sn-k
……
Sn-1、Sn；B2根据各裂隙的张开面积获取测定深度范围内各覆岩裂隙的总张开面积S1总＝S1+S2+S3+
……
+Sn-k+
……
+Sn-1+Sn。6.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤B1包括：(1)将摄像头所拍摄的圆柱形岩体图像展开为平面裂隙图像；(2)用Photoshop软件将平面裂隙图像转化为二维灰度图像...
【专利技术属性】
技术研发人员：李全生，徐祝贺，郭俊廷，潘金，何瑞敏，
申请(专利权)人：北京低碳清洁能源研究院国家能源投资集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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