煤层顶板钻孔图像二维小波处理及完整性分析

摘要

目前，我国煤矿生产集中，矿山开采处于高应力环境下，煤层顶板的变化和裂隙发育能够破坏顶板岩层的完整性和降低顶板岩层的强度，进而引起煤层顶板冒落和巷道变形。为了预测煤层顶板结构的完整性以及巷道围岩破坏状态，保护煤层顶板和巷道支护，使得矿井安全生产，论文针对煤层顶板进行了相关的探测研究。
　　本文分析了当前煤层顶板的探测方法，如钻孔取芯、地震层曲率属性预测、地震波形分类技术、地球物理测井和高密度直流电阻率法等，针对钻孔取芯可以直观观测煤层顶板和裂隙发育，但是取芯较难、运输麻烦的问题，本文以煤层结构钻孔图像、人工模拟环形图像和内蒙古神东矿区煤层顶板钻孔图像为研究对象，综合运用了图像处理技术、二维小波和MATLAB等相关知识，设计了煤层结构钻孔图像处理系统。
　　系统主要通过MATLAB软件的编程实现，在三种小波图像去噪的方法中针对煤层图像加性高斯白噪声的特点选择小波收缩阈值法对图像去噪，然后通过对比度增强提高图像质量。再通过模糊膨胀的方法确定图像的圆心，设置半径，根据原始图像与展开图像的坐标变换的关系，按照北-东-南-西-北的方位对图像展开，之后通过人工选择特征点将展开后的图像经过加权平均值依次融合拼接，得到了煤层顶板结构的钻孔全景图，最后通过图像边缘检测对比分析阈值法和小波多尺度方法，优选出二维小波分解多尺度方法对拼接得到的图像检测裂隙，求出裂隙率，进而得出顶板岩层的完整性。
　　根据全景展开图和裂隙率，可以直观的观测顶板岩层结构和顶板裂隙发育，通过观测的顶板岩层结构和裂隙发育以及裂隙率，得出煤层顶板的完整性，预测顶板结构强度以及巷道围岩的破坏状态，对预防顶板冒落、冲击地压、巷道支护和瓦斯突出有现实的指导意义，保障了煤矿的安全生产。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 问题的提出及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的研究内容

1．4 创新点

2 钻孔图像去噪

2．1 图像噪声及去噪质量评价

2．2 小波变换基本理论

2．3 小波去噪理论

2．4 小波去噪方法

2．5 去噪方法比较

2．6 MATLAB软件

2．7 本章小结

3 钻孔图像小波收缩阈值去噪

3．1 小波收缩阈值去噪原理

3．2 阈值函数的选取

3．3 小波收缩的阈值

3．4 煤层钻孔图像去噪分析

3．5 本章小结

4 图像的展开拼接

4．1 图像对比度增强

4．2 图像展开

4．3 图像拼接

4．4 本章小结

5 煤层顶板钻孔图像处理系统的实现与应用

5．1 顶板裂隙发育特征及影响

5．2 二维小波裂隙检测

5．3 煤层顶板钻孔图像处理系统的实现

5．4 煤层顶板钻孔图像处理系统的应用

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间的主要成果