基于覆岩内部破坏特征的采空区覆岩层沉降计算方法技术

本申请提出了一种基于覆岩内部破坏特征的采空区覆岩层沉降计算方法，其中，该方法包括：获取探测图像；根据探测图像，利用数字图像处理技术和分形盒覆盖法确定损伤变量的分形描述；计算不同深度覆岩裂隙面积分布权重，根据信息空间维数与盒覆盖分形维数关系确定最佳分形盒尺寸；根据损伤变量的分形描述和最佳分形盒尺寸，通过确定覆岩体损伤因子建立分形损伤本构模型；根据应力平衡原理计算不同深度覆岩层附加应力，使用分层总和法计算得到不同深度覆岩层沉降量。本申请通过利用分形损伤本构关系，构建了采空区覆岩层沉降计算模型，从而实现不同深度覆岩层沉降量的计算，提高了计算精度，实现了利用分形理论对采空区覆岩沉降进行计算的目的。进行计算的目的。进行计算的目的。

【技术实现步骤摘要】
基于覆岩内部破坏特征的采空区覆岩层沉降计算方法


[0001]本申请涉及采空区覆岩沉降量计算
，尤其涉及一种基于覆岩内部破坏特征的采空区覆岩层沉降计算方法和装置。

技术介绍

[0002]地下矿产资源采出后，打破了原有的应力平衡状态，整个采空区覆岩体系在不平衡力的作用下通过变形、破坏最终达到新的应力平衡。宏观方面，采空区覆岩破坏过程是始于顶板而终于地表的空间立体演化过程；细观方面，覆岩变形与破坏的实质是采动影响下覆岩内部裂隙“萌生
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扩展
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贯通
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弥合”的动态发育过程。因此，采动覆岩破坏机理归根结底是采动裂隙动态发育问题。
[0003]近些年来，国内外学者对煤矿开采过程围岩应力场分布及演化规律取得了大量的研究成果，提出了自然平衡拱、压力拱和连续梁等假说，相继建立了砌体梁、传递岩梁和“三带”等理论。开采沉陷理论经过众多专家学者多年潜心研究取得了丰硕成果，覆岩内部岩层的变形与破坏受限于现场数据获取难度较大而成果较少。

技术实现思路

[0004]本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0005]为此，本申请的第一个目的在于提出一种基于覆岩内部破坏特征的采空区覆岩层沉降计算方法，解决了现有方法由于覆岩内部数据获取难度较大，导致无法确定覆岩内部岩层的变形与破坏情况的技术问题，通过利用应力平衡原理，确定了煤矿开采过程对覆岩应力的影响，同时通过利用分形损伤本构关系，构建了采空区覆岩层沉降计算模型，从而实现采动引起的覆岩内部不同深度岩层附加应力增加量和不同深度覆岩层沉降量的计算，提高了计算精度，实现了利用分形理论对采空区覆岩沉降进行计算的目的。
[0006]本申请的第二个目的在于提出一种基于覆岩内部破坏特征的采空区覆岩层沉降计算装置。
[0007]本申请的第三个目的在于提出一种计算机设备。
[0008]本申请的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
[0009]为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种基于覆岩内部破坏特征的采空区覆岩层沉降计算方法，包括：获取探测图像；根据探测图像，利用数字图像处理技术和分形盒覆盖法确定损伤变量的分形描述；计算不同深度覆岩裂隙面积分布权重，根据信息空间维数与盒覆盖分形维数关系确定最佳分形盒尺寸；根据损伤变量的分形描述和最佳分形盒尺寸，通过确定覆岩体损伤因子建立分形损伤本构模型；根据应力平衡原理计算不同深度覆岩层附加应力，使用分层总和法计算得到不同深度覆岩层沉降量。
[0010]可选地，在本申请的一个实施例中，根据探测图像，利用数字图像处理技术和分形盒覆盖法确定裂隙单元的损伤变量的分形描述，包括：
[0011]对探测图像进行二值化处理，获得最佳阈值下的二值化图像；
[0012]对二值化图像进行处理，得到损伤区域面积；
[0013]使用分形盒覆盖法确定损伤变量的分形描述。
[0014]可选地，在本申请的一个实施例中，计算不同深度覆岩裂隙面积分布权重，根据信息空间维数与盒覆盖分形维数关系确定最佳分形盒尺寸，包括：
[0015]将裂隙面积按照从小到大的顺序排列，并将数据总区间分成预设数量的子区间，得到裂隙面积分布的信息量，不断的改变区间尺寸，得到裂隙信息空间维数；
[0016]根据信息空间维数与盒覆盖分形维数关系确定最佳分形盒尺寸；
[0017]其中，信息空间维数与盒覆盖分形维数关系表示为：
[0018]D≤D
I
<2
[0019]其中，D1为信息空间维数，D为盒覆盖分形维数；
[0020]最佳分形盒尺寸表示为：
[0021][0022]其中，r为最佳分形盒尺寸，n0为初始孔隙率，D1为信息空间维数。
[0023]可选地，在本申请的一个实施例中，根据损伤变量的分形描述和最佳分形盒尺寸，通过确定覆岩体损伤因子建立分形损伤本构模型，包括：
[0024]将损伤变量的分形描述，带入损伤本构关系，得到分形损伤本构模型；
[0025]其中，分形损伤本构模型表示为：
[0026][0027]其中，ε为采空区覆岩应变，σ1为小主应力，ν为覆岩泊松比，σ2为中主应力，σ3为大主应力，E为初始弹性模量，A为采后裂隙面积，a为裂隙的D维长度，r为最佳分形盒尺寸，D为盒覆盖分形维数，F为覆岩单元体强度，F0为Weibull统计参数。
[0028]可选地，在本申请的一个实施例中，根据应力平衡原理计算不同深度覆岩层附加应力，使用分层总和法计算得到不同深度覆岩层沉降量，包括：
[0029]根据应力平衡关系，计算不同深度覆岩层的正应力，并计算开采前的不同深度覆岩层的总应力；
[0030]根据不同深度覆岩层的正应力和开采前的不同深度覆岩层的总应力，计算得到不同深度覆岩层附加应力；
[0031]分别将各个深度的覆岩层分成预设数量的子层，计算沉降量，得到分层沉降量；
[0032]根据分层沉降量，求和计算得到不同深度覆岩层沉降量。
[0033]可选地，在本申请的一个实施例中，分别将各个深度的覆岩层分成预设数量的子层，计算沉降量，得到分层沉降量，包括：
[0034]将附加应力带入分形损伤本构模型，得到每分层沉降量。
[0035]为达上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种基于覆岩内部破坏特征的采空区覆岩层沉降计算装置，包括：
[0036]获取模块，用于获取探测图像；
[0037]处理模块，用于根据探测图像，利用数字图像处理技术和分形盒覆盖法确定损伤变量的分形描述；
[0038]尺寸确定模块，用于计算不同深度覆岩裂隙面积分布权重，根据信息空间维数与盒覆盖分形维数关系确定最佳分形盒尺寸；
[0039]构建模块，用于根据损伤变量的分形描述和最佳分形盒尺寸，通过确定覆岩体损伤因子建立分形损伤本构模型；
[0040]计算模块，用于根据应力平衡原理计算不同深度覆岩层附加应力，使用分层总和法计算得到不同深度覆岩层沉降量。
[0041]可选地，在本申请的一个实施例中，处理模块，具体用于：
[0042]对探测图像进行二值化处理，获得最佳阈值下的二值化图像；
[0043]对二值化图像进行处理，得到损伤区域面积；
[0044]使用分形盒覆盖法确定损伤变量的分形描述。
[0045]为达上述目的，本申请第三方面实施例提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现上述施例所述的基于覆岩内部破坏特征的采空区覆岩层沉降计算方法。
[0046]为了实现上述目的，本申请第四方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由处理器被执行时，使得能够执行一种基于覆岩内部破坏特征的采空区覆岩层沉降计算方法。
[0047]本申请实施例的基于覆岩内部破坏特征的采空区覆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于覆岩内部破坏特征的采空区覆岩层沉降计算方法，其特征在于，包括以下特征：获取探测图像；根据所述探测图像，利用数字图像处理技术和分形盒覆盖法确定损伤变量的分形描述；计算不同深度覆岩裂隙面积分布权重，根据信息空间维数与盒覆盖分形维数关系确定最佳分形盒尺寸；根据所述损伤变量的分形描述和所述最佳分形盒尺寸，通过确定覆岩体损伤因子建立分形损伤本构模型；根据应力平衡原理计算不同深度覆岩层附加应力，使用分层总和法计算得到不同深度覆岩层沉降量。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述探测图像，利用数字图像处理技术和分形盒覆盖法确定裂隙单元的损伤变量的分形描述，包括：对所述探测图像进行二值化处理，获得最佳阈值下的二值化图像；对所述二值化图像进行处理，得到损伤区域面积；使用分形盒覆盖法确定损伤变量的分形描述。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算不同深度覆岩裂隙面积分布权重，根据信息空间维数与盒覆盖分形维数关系确定最佳分形盒尺寸，包括：将裂隙面积按照从小到大的顺序排列，并将数据总区间分成预设数量的子区间，得到裂隙面积分布的信息量，不断的改变区间尺寸，得到裂隙信息空间维数；根据信息空间维数与盒覆盖分形维数关系确定最佳分形盒尺寸；其中，信息空间维数与盒覆盖分形维数关系表示为：D≤D
I
<2其中，D1为信息空间维数，D为盒覆盖分形维数；最佳分形盒尺寸表示为：其中，r为最佳分形盒尺寸，n0为初始孔隙率，D1为信息空间维数。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述损伤变量的分形描述和所述最佳分形盒尺寸，通过确定覆岩体损伤因子建立分形损伤本构模型，包括：将所述损伤变量的分形描述，带入损伤本构关系，得到分形损伤本构模型；其中，所述分形损伤本构模型表示为：其中，ε为采空区覆岩应变，σ1为小主应力，ν为覆岩泊松比，σ2为中主应力，σ3为大主应力，E为初始弹性模量，A为采后裂隙面积，a为裂隙的D维长度，r为最佳分形盒尺寸，D为盒覆盖分形维数，F为覆岩单元体强度，F0为Weib...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩科明，吴作启，李凤明，赵立钦，韩震，郭文砚，贾林刚，蓝航，孙凯华，赵晗博，周源，许可，
申请(专利权)人：中煤科工生态环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：