一种地下采煤矿山精确监测防治方法技术

本发明专利技术公开了一种地下采煤矿山精确监测防治方法，主要利用无人机倾斜摄影技术获取目标区域的高精度倾斜模型并生成精确地形图，再结合目标区域的勘察及剖面数据和采空区数据，采用三维地质建模软件对目标区域进行三维地质建模，建立地形线和地层界线等模型，最后利用数值模拟的方法，对模型在开采后天然工况及暴雨、地震工况下进行模拟计算，明确矿山现在以及未来变形破坏显著区域，准确给出监测设备布置点位，给出科学安全的防治建议。给出科学安全的防治建议。给出科学安全的防治建议。

【技术实现步骤摘要】
一种地下采煤矿山精确监测防治方法


[0001]本申请涉及煤矿领域，尤其是涉及一种地下采煤矿山精确监测防治方法。

技术介绍

[0002]煤矿资源作为人类生存不可或缺的物质条件，对社会发展起着重要的基础性作用。中国的煤炭资源总量大约是五万亿吨，每年中国煤炭资源的消耗量是四十亿吨，由此可见，中国是世界上的煤炭资源大国和煤炭消耗量大国。近年来，煤矿资源开发力度不断加强，煤矿山地质环境恶化带来的危害也日趋严重。煤矿山地质环境及相伴的地质灾害问题成为制约我国煤矿山发展的重大地质环境问题。
[0003]由于长时间、高强度的煤矿山开采，对地质环境造成了严重的破坏和影响。我国煤矿的开采大部分为地下开采，这不仅有诱发崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等突变性地质灾害的可能，而且有诱发地面沉降、土壤荒漠化、水环境恶化等缓变性地质灾害的可能。初步统计，全国因采矿引起的塌陷有180多处，塌陷坑1600多个，塌陷面积约1150km2，全国发生采矿塌陷的城市近40个,造成严重破坏的25个。近十年来，全国由于崩滑流造成的人员死亡已近万人，每年因地质灾害造成的经济损失高达270亿元。因此，地下采煤矿山进行精确监测防治对我国采煤矿山发展具有重要意义。
[0004]当前针对地下采煤矿山精确监测防治的研究，主要存在以下3个方面的问题：
[0005]1、对地形的获取不够精确和方便。目前常用的地形测绘方法面临着工作效率低，成图周期长，不能快速测图的紧迫问题。如航空摄影测量技术测绘小面积地形花费的人力物力成本高，精度上不能满足1∶500地形图的测量精度；GPS
‑
RTK存在卫星限制、地物干扰、缺少多余观测、高程数据不准确等问题；三维激光扫描测图人工勾绘过程有局部地形精度损失且设备价格高技术难普及。
[0006]2、地下采煤矿山的变形预测不够精确。目前对于煤矿山数值模拟的研究中，利用其他第三方软件进行三维地质建模不够精确，这导致地下采煤矿山的变形预测不够精确。而SKUA GOCAD软件针对地质数据具有的不连续性、不确定性特点，采用离散光滑插值法，基于对目标体的离散化，用一系列具有物体的几何和物理特性的相互联结的节点模拟地质体，这使得后面建立的模型十分精确。
[0007]3、大部分研究对现有的数值模拟采用的是概化模型，三维数值计算模型一般采用简单概化，甚至多数情况只考虑单一的二维剖面进行模拟计算，难以反映真实矿山内部地质情况。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种地下采煤矿山精确监测防治方法解决了当前地下采煤矿山对地形获取不精确方便、对矿山变形预测不够精准以及难以对矿山建立精准模型的问题。
[0009]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种地下采煤矿山精确监测
防治方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
[0010]S1：利用无人机倾斜摄影技术采集煤矿山区域地质影像资料；
[0011]S2：将地质影像资料进行数据处理，利用三维建模软件获得区域三维模型；
[0012]S3：利用区域三维模型，分别制作现有采空区三维地质体和未来采空区三维地质体；
[0013]S4：根据现有采空区三维地质体和未来采空区三维地质体，分别制作现有采空区三维网格模型和未来采空区三维网格模型；
[0014]S5：对现有采空区三维网格模型和未来采空区三维网格模型分别进行分块赋参数，并分别构建现有采空区数值计算三维模型和未来采空区数值计算三维模型；
[0015]S6：对现有采空区数值计算三维模型和未来采空区数值计算三维模型进行模拟计算，分别获得天然状况下、地震状况下和暴雨状况下的现有采空区矿山稳定性结果，以及天然状况下、地震状况下和暴雨状况下的未来采空区矿山稳定性结果；
[0016]S7：根据天然状况下、地震状况下和暴雨状况下的现有采空区矿山稳定性结果，以及天然状况下、地震状况下和暴雨状况下的未来采空区矿山稳定性结果，分析得到推荐监测点、监测布置方案和防治措施建议。
[0017]上述方案的有益效果是：通过上述技术方案，将倾斜摄影技术，三维地质建模，三维数值模拟等技术结合在一起，构建综合的三维地质模型，并对模型进行数值模拟，为煤矿山的开采提供精确有效的监测防治方法。
[0018]进一步地，S1中利用无人机进行影像采集，通过编制任务计划，执行飞行任务，获得地质影像资料。
[0019]上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，利用无人机采集地质影像资料，能够精确获得地形数据，且该方法相比其他方式更加简单便捷。
[0020]进一步地，S2中包括以下步骤：
[0021]S2
‑
1：根据地质影像资料，进行空中三角测量，获得影像的高精度外方位元素；
[0022]S2
‑
2：对畸变校正后的倾斜影像和高精度的外方位元素通过多视影像密集匹配，获得高密度三维点云；
[0023]S2
‑
3：根据高密度三维点云，过滤植被，并提取等高线，生成研究区等高线文件；
[0024]S2
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4：将研究区等高线文件经处理后导出到三维建模软件中，获得地质影像资料线性模型；
[0025]S2
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5：对地质影像资料线性模型分别进行限制和拟合，获得区域三维模型。
[0026]上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，对地质影像数据建立精确三维模型，便于对矿山进行准确分析。
[0027]进一步地，地质影像资料包括地形数据、剖面数据和采空区数据；所述区域三维模型包括精确地表模型、精确地质界面模型、现在采空区模型和未来采空区模型。
[0028]上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，对地形数据、剖面数据和采空区数据进行精确分析，从而建立精确模型。
[0029]进一步地，S2
‑
4中包括以下步骤：
[0030]S2
‑4‑
1：根据地质影像资料数据，通过构建以及转换空间三维坐标系，建立线性地质影像资料的三维图形；
[0031]S2
‑4‑
2：将线性地质影像资料的三维图形转换为三维地质影像资料模型文件；
[0032]S2
‑4‑
3：将三维地质影像资料模型文件逐一导入至三维建模软件中，并利用离散光滑插值方法，使得原始数据点全部落在地层曲面上，分别获得地形线模型、剖面线模型、现有采空区模型和未来采空区模型。
[0033]上述进一步方案的有益效果是：通过上述技术方案，将地形数据、剖面数据、现有采空区数据和未来采空区数据的CAD文件导入建模软件中获得地形模型、剖面模型、现有采空区模型和未来采空区模型。
[0034]进一步地，S2
‑
5中包括以下步骤：
[0035]S2
‑5‑
1：利用地形线模型，确定地形线中平面；
[0036]S2
‑5‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地下采煤矿山精确监测防治方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：利用无人机倾斜摄影技术采集煤矿山区域地质影像资料；S2：将地质影像资料进行数据处理，利用三维建模软件获得区域三维模型；S3：利用区域三维模型，分别制作现有采空区三维地质体和未来采空区三维地质体；S4：根据现有采空区三维地质体和未来采空区三维地质体，分别制作现有采空区三维网格模型和未来采空区三维网格模型；S5：对现有采空区三维网格模型和未来采空区三维网格模型分别进行分块赋参数，并分别构建现有采空区数值计算三维模型和未来采空区数值计算三维模型；S6：对现有采空区数值计算三维模型和未来采空区数值计算三维模型进行模拟计算，分别获得天然状况下、地震状况下和暴雨状况下的现有采空区矿山稳定性结果，以及天然状况下、地震状况下和暴雨状况下的未来采空区矿山稳定性结果；S7：根据天然状况下、地震状况下和暴雨状况下的现有采空区矿山稳定性结果，以及天然状况下、地震状况下和暴雨状况下的未来采空区矿山稳定性结果，分析得到推荐监测点、监测布置方案和防治措施建议。2.根据权利要求1所述的一种地下采煤矿山精确监测防治方法，其特征在于，所述S1中利用无人机进行影像采集，通过编制任务计划，执行飞行任务，获得地质影像资料。3.根据权利要求2所述的一种地下采煤矿山精确监测防治方法，其特征在于，所述S2中包括以下步骤：S2
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1：根据地质影像资料，进行空中三角测量，获得影像的高精度外方位元素；S2
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2：对畸变校正后的倾斜影像和高精度的外方位元素通过多视影像密集匹配，获得高密度三维点云；S2
‑
3：根据高密度三维点云，过滤植被，并提取等高线，生成研究区等高线文件；S2
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4：将研究区等高线文件经处理后导出到三维建模软件中，获得地质影像资料线性模型；S2
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5：对地质影像资料线性模型分别进行限制和拟合，获得区域三维模型。4.根据权利要求3所述的一种地下采煤矿山精确监测防治方法，其特征在于，所述地质影像资料包括地形数据、剖面数据和采空区数据；所述区域三维模型包括精确地表模型、精确地质界面模型、现在采空区模型和未来采空区模型。5.根据权利要求4所述的一种地下采煤矿山精确监测防治方法，其特征在于，所述S2
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4中包括以下步骤：S2
‑4‑
1：根据地质影像资料数据，通过构建以及转换空间三维坐标系，建立线性地质影像资料的三维图形；S2
‑4‑
2：将线性地质影像资料的三维图形转换为三维地质影像资料模型文件；S2
‑4‑
3：将三维地质影像资料模型文件逐一导入至三维建模软件中，并利用离散光滑插值方法，使得原始数据点全部落在地层曲面上，分别获得地形线模型、剖面线模型、现有采空区模型和未来采空区模型。6.根据权利要求5所述的一种地下采煤矿山精确监测防治方法，其特征在于，所述S2
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5中包括以下步骤：S2
‑5‑
1：利用地形线模型，确定地形线中平面；
S2
‑5‑
2：利用地形线中平面，以地形线作为限制条件，进行多次拟合，获得精确地表模型；S2
‑5‑
3：利用剖面线模型，确定剖面线中平面；S2
‑5‑
4：利用剖面线中平面，以剖面线作为限制条件，进...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫恩歌，张东航，刘捷，赵建军，赖琪毅，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：