一种回采工作面高精度建模与地表沉降监测模拟方法技术

本发明专利技术属于矿体开采沉陷模拟仿真技术领域，具体为一种回采工作面高精度建模与地表沉降监测模拟方法；包括提取地表等高线并导入

【技术实现步骤摘要】
一种回采工作面高精度建模与地表沉降监测模拟方法


[0001]本专利技术属于矿体开采沉陷模拟仿真
，具体为一种回采工作面高精度建模与地表沉降监测模拟方法
。

技术介绍

[0002]煤层开采易诱发覆岩垮落，导致地表变形，威胁地表生态环境及工业
、
民用建筑设施安全
。
煤矿地表沉降监测方法主要有水准测量
、GPS
测量及合成孔径干涉雷达监测，精度高且应用广泛，但受生产实际的限制，监测工作范围有限
、
耗时且工作量繁重
。
另外，受地表形貌起伏不平整的影响，实测结果为离散点的变形量，无法表征不同地貌下煤层开采对地表沉降的影响，不利于对开采扰动所导致全地表形变规律的全面分析，难以准确指导保护煤柱及安全回采方案的设计
。
因此，需要全面
、
高效且准确的掌握工作面回采对地表变形的影响规律，指导矿井安全生产
。
[0003]当前，利用
Rhino
实现的矿井三维建模，多为借助/>Itasca...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种回采工作面高精度建模方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.
精确建立地表曲面
S11.
从井上下对照图中提取初始地表等高线，划定地表边框范围，并使地表边框范围大于煤层平面模拟范围，保存文件为
*.3DM
格式；
S12.
导入
Rhino
建模软件中，在
Top
视图里令所有初始地表等高线与地表边框线相交；
S13.
建立
Grasshopper
电池组，将初始地表等高线内置到
CURVE
电池中，然后由
CURVE LENGTH
电池获取初始地表等高线长度值；将初始地表等高线长度值赋予
BOUNDS
电池，作为
REMAP NUMBERS
电池的
Source
输入值；设置
CONSTRUCT DOMAIN
电池的点区间范围，作为
REMAP NUMBERS
电池的
Target
输入值，借助
ROUND
电池将划分的数量取整，然后由
DIVIDE CURVE
电池在初始地表等高线上划分点；将初始地表等高线上划分的点经
MESH
电池的
FLATTEN
操作全部拍平到同一平面上，再经
MESH
电池生成初始地表曲面；
S14.
借助
DECONSTRUCT
电池提取划分的点的坐标值，赋予
BOUNDS
电池保存为数组数据，作为
DOMAIN CONSTRUCT
电池的输入参数，保持数组数据中点的
X、Y
坐标值不变，由
CONSTRUCT POINT
电池提取数组数据中点的
Z
值，在
Z
值范围内由
CONTOUR
电池插入新地表等高线；
S15.
对全部地表等高线进行参数化调整；
S16.
参考上述步骤
S13
的操作，在全部地表等高线上划分点，把划分的点经
FLATTEN
操作全部拍平到同一平面上，再由
MESH
电池生成最终地表曲面，对最终地表曲面进行参数化调整保证其圆滑程度；
S2.
建立数值模拟模型
S21.
在
Rhino
建模软件中，利用
Bake
命令将生成的最终地表曲面转化成地表网格，在
TOP
视图中绘制煤层平面模拟范围边框；采用
DRAPE
命令框选一个大于煤层平面模拟范围小于地表网络范围的范围，拓扑所框选范围内的地表网络形成地表曲面；
S22.
切换俯视图，基于煤层平面模拟范围边框向上垂直绘制一个长方体与地表曲面相交，利用
SPLIT
命令分割地表曲面为煤层平面模拟范围边框大小；
S23.
删除长方体与地表曲面切割残余部分，只保留切割后的地表曲面；使用
EXTRUDESRF
命令沿垂直方向挤出地表曲面，挤出长度要大于实际煤层埋深，以
JOIN
命令缝合地表曲面与挤出的周向的四个矩形面；
S24.
根据煤层平面模拟范围边框绘制一个大小
、
位置相同的煤层平面模拟范围曲面，删除煤层平面模拟范围边框；划分三维地质模型，使用
delete
命令删除煤层实体；
S25.
框选全部分割面，借助
JOIN SURFACES
命令缝合形成一个开放的多重曲面，以
MESH
命令将开放的多重曲面转换为网格结构，设定各岩层网格大小；
S26.
通过
Grasshopper
电池组参数化生成煤层，利用
CONSTRUCT POINT
电池输入煤层的起始点坐标；由
XY PLANE
电池确定煤层下表面为水平方向建立，并分别由
X SIZE
和
Y SIZE
输入煤层走向长度和倾向长度；利用
RECTANGLE
电池产生煤层下表面；通过
EXTRUDE
电池将煤层下表面往上挤出一定高度，为煤层厚度，通过
CAP HOLES
电池将煤层转换为封闭的实体；
S27.
由4个点组成一个曲面作为
4POINT SURFACE
电池的输入参数，分别建立巷道和分步式开挖模块的下表面，通过
EXTRUDE
电池将巷道和分步式开挖模块的下表面挤出一定高
度；通过
CAP HOLES
电池将巷道和分步式开挖模块挤出物体转换为封闭实体；采用
GEOMETRY
电池读取煤层内巷道和分步式开挖模块封闭实体，采用
BREP
电池读取步骤
S26
建立的煤层封闭实体；利用
SPLIT BREP MULTIPLE
电池进行切割操作将巷道
、
分步式开挖模块与煤层切割，
BREP
输入煤层封闭物体，
CUTTERS
输入煤层内巷道和分步式开挖模块封闭物体；
S28.
将建立的模型保存并导入
3DEC
数值模拟软件
。2.
一种回采工作面高精度建模与地表沉降监测模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.
精确建立地表曲面
S11.
从井上下对照图中提取初始地表等高线，划定地表边框范围，并使地表边框范围大于煤层平面模拟范围，保存文件为
*.3DM
格式；
S12.
导入
Rhino
建模软件中，在
Top
视图里令所有初始地表等高线与地表边框线相交；
S13.
建立
Grasshopper
电池组，将初始地表等高线内置到
CURVE
电池中，然后由
CURVE LENGTH
电池获取初始地表等高线长度值；将初始地表等高线长度值赋予
BOUNDS
电池，作为
REMAP NUMBERS
电池的
Source
输入值；设置
CONSTRUCT DOMAIN
电池的点区间范围，作为
REMAP NUMBERS
电池的
Target
输入值，借助
ROUND
电池将划分的数量取整，然后由
DIVIDE CURVE
电池在初始地表等高线上划分点；将初始地表等高线上划分的点经
MESH
电池的
FLATTEN
操作全部拍平到同一平面上，再经
MESH
电池生成初始地表曲面；
S14.
借助
DECONSTRUCT
电池提取划分的点的坐标值，赋予
BOUNDS
电池保存为数组数据，作为
DOMAIN CONSTRUCT
电池的输入参数，保持数组数据中点的
X、Y
坐标值不变，由
CONSTRUCT POINT
电池提取数组数据中点的
Z
值，在
Z
值范围内由
CONTOUR
电池插入新地表等高线；
S15.
对全部地表等高线进行参数化调整；
S16.
参考上述步骤
S13
的操作，在全部地表等高线上划分点，把划分的点经
FLATTEN
操作全部拍平到同一平面上，再由
MESH
电池生成最终地表曲面，对最终地表曲面进行参数化调整保证其圆滑程度；
S2.
建立数值模拟模型
S21.
在
Rhino
建模软件中，利用
Bake
命令将生成的最终地表曲面转化成地表网格，在
TOP
视图中绘制煤层平面模拟范围边框；采用
DRAPE
命令框选一个大于煤层平面模拟范围小于地表网络范围的范围，拓扑所框选范围内的地表网络形成地表曲面；
S22.
切换俯视图，基于煤层平面模拟范围边框向上垂直绘制一个长方体与地表曲面相交，利用
SPLIT
命令分割地表曲面为煤层平面模拟范围边框大小；
S23.
删除长方体与地表曲面切割残余部分，只保留切割后的地表曲面；使用
EXTRUDESRF
命令沿垂直方向挤出地表曲面，挤出长度要大于实际煤...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱德福，张宏忠，王德玉，陈大星，夏慧波，王仲伦，高鹏，于彪彪，霍昱名，程占国，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：