基于自遍历演变的三维采矿应压力分析方法

摘要

本发明提供了一种通过对地测勘探空间点赋予属性类与体结构类，让其自我遍历寻找同属性类的空间差值点填充成同类地质体的基于自遍历演变的三维采矿应压力分析方法，包括如下步骤：(1)数据采集；(2)几何体构建；(3)样条曲线处理；(4)数据测算处理。本发明的基于自遍历演变的三维采矿应压力分析方法，能够很好的利用采矿工程过程中由于工程外力关系模拟新破碎带的产生、煤岩体结构的变化，来解决规避水害、采空区布置和开采工艺的设计管理问题，用户也可根据需要对建立的地质体赋予自己定义的其他遍历属性类。本方法具有广泛的用途，可应用于地质、水文、矿产等需要进行三维空间分析和资源管理的领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种采矿应压力分析方法，尤其是一种基于自遍历演变的三维 采矿应压力分析方法。

背景技术

目前，通常是利用微震微波探测仪来管理煤层顶板的来压用于对瓦斯的突 然涌出进行控制，并没有分析模型装置来提前预测和规避管理。

数字化矿山开采是新兴的技术，市场上也有数字开采的产品，该类产品通 过地测勘探点的数据进行三角网表面建模，并将两个面进行缝合形成体模型， 这类产品有以下几点缺陷：

1、勘探点的数据不真实，勘探点间的数据是推算出来的，模型边缘不真 实；

2、地质体的描述仅通过表面数据，地质体内不能赋值，随着采矿活动的 增加，地质体已经开始逐渐被改变，带有真实点的模型被拆分，只能表示体模 型的形状，紧有显示意义；

3、采矿过程模拟只能根据提前定制进行定量分析，描述采矿时间过程， 不能定性分析其他问题。

发明内容

本发明提供了一种通过对地测勘探空间点赋予属性类与体结构类，让其自 我遍历寻找同属性类的空间差值点填充成同类地质体的基于自遍历演变的三 维采矿应压力分析方法。

实现本发明目的的基于自遍历演变的三维采矿应压力分析方法，包括如下 步骤：

(1)数据采集：通过在实际中进行采样，可以得到近似等距的采样点的 属性值，将这些采样点进行连接，可以得到三维网状结构模型，该模型中的顶 点带有不同的属性，整个模型可以看成是一个三维数据集；

(2)几何体构建：对该三维网状结构模型遍历每个顶点，并以其作为体 心，构建一个三维的简单几何体，几何体的大小参数可以通过对三维数据集中 该顶点的属性及其临近顶点的属性判断得到，如果两者的属性相同，则平分两 点之前的距离作为该维度半径，不同属性的顶点，几何体某一维度的长度可以 插值得到，插值可以选择不同的方式，来达到不同的精度效果，通过上述剖分， 将得到一个由简单几何体组成的模型；

(3)表面曲线构建：对整个模型中形成的大小不同的简单几何体进行遍 历，将其中具有相同属性的几何体分成一组，将得到不同属性的组，然后对每 个组，分别进行排序，并找出其中相连的几何体，将相连的几何体进行分成一 类，最终得到具有相同属性的连通的几何体组，找出这些几何体组中最外围的 点，通过样条曲线，重构得到平滑的同属性模型模块，该结果可以用于模型的 绘制显示；

(4)细分与估测：根据不同的测算精度要求，可以得到不同的数据结果， 对于低精度的测算要求，可以通过简单的几何体大小及属性的基本运算操作完 成，而对于高精度的测算要求，可以通过对曲面模型进行所需精度的delaunay 剖分，对剖分的结果进行累加，得到测算结果。

本发明的基于自遍历演变的三维采矿应压力分析方法，能够很好的利用采 矿工程过程中由于工程外力关系模拟新破碎带的产生、煤岩体结构的变化，来 解决规避水害、采空区布置和开采工艺的设计管理问题，用户也可根据需要对 建立的地质体赋予自己定义的其他遍历属性类。本方法具有广泛的用途，可应 用于地质、水文、矿产等需要进行三维空间分析和资源管理的领域。

附图说明

图1为本发明基于自遍历演变的三维采矿应压力分析方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的基于自遍历演变的三维采矿应压力分析方法，包括 如下步骤：

(1)数据采集

通过在实际中进行采样，可以得到近似等距的采样点的属性值，将这些采 样点进行连接，可以得到三维网状结构模型，该模型中的顶点带有不同的属性， 整个模型可以看成是一个三维数据集；

(2)几何体构建

对该三维网状结构模型遍历每个顶点，并以其作为体心，构建一个三维的 简单几何体(例如长方体)。几何体的大小参数可以通过对三维数据集中该顶 点的属性及其临近顶点的属性判断得到，如果两者的属性相同，则平分两点之 前的距离作为该维度半径，不同属性的顶点，几何体某一维度的长度可以插值 得到。插值可以选择不同的方式，来达到不同的精度效果。通过上述剖分，将 得到一个由简单几何体组成的模型。

(3)表面曲线构建

对整个模型中形成的大小不同的简单几何体进行遍历，将其中具有相同属 性的几何体分成一组，将得到不同属性的组。然后对每个组，分别进行排序， 并找出其中相连的几何体，将相连的几何体进行分成一类，最终得到具有相同 属性的连通的几何体组。找出这些几何体组中最外围的点，通过样条曲线，重 构得到平滑的同属性模型模块。该结果可以用于模型的绘制显示。

(4)细分与估测

根据不同的测算精度要求，可以得到不同的数据结果。对于低精度的测 算要求，可以通过简单的几何体大小及属性的基本运算操作完成。而对于高精 度的测算要求，可以通过对曲面模型进行所需精度的delaunay剖分，对剖分 的结果进行累加，得到测算结果。该方法还可用于进行杂质的推断及测算，具 有重要意义。

本发明的基于自遍历演变的三维采矿应压力分析方法的优点如下：

1、可靠的初始分组

通过数据采集以及几何体构建，可以将区域分成很多小的几何体。这些几 何体的中心都是采样点，通过它们的属性来表征几何体的属性，可以有效保证 几何体核心部分的真实性。而通过分组，可以有效解决直接对整个模型进行剖 分带来的规模大、效率低的问题。

2、可以进行采样数据的扩充

当有新的测量数据出现的时候，将新的测量点所属于的几何体进行检测。 如果新的测量点和所属的几何体属性相同，则不作处理。如果属性不同，则将 几何体进行分裂，产生带有两种不同属性的不同的几何体。这样可以更好地保 持每个几何体属性的真实性。

3、拥有平滑的显示效果

通过对同属性区域的几何体组表面构建样条曲面，可以得到平滑的同属性 的子区域模型。这样可以更加直观地表示出各个区域的大小属性以及位置关 系。

4、适合多种精度的数据估测

对模型划分出的简单几何体进行属性分析，并按位置情况进行累计，可以 初步估算某些子区域的大小及属性情况。而通过借助不同精度的剖分，则可以 得到不同误差范围的大小属性等估测结果。通过剖分，还可以推测某属性子区 域的杂质的位置大小含量等情况，从而可以得到更加准确的估测结果。

5、建模单元的差值赋值结构

通过这种方式建立的模型，可根据其同属性类的单元被破坏而重新遍历组 成新的几何体，在几何体得建立过程中自动差值作为赋属性类和值的可控对 象，该对象被新的探测和离散面接触后，被认为是真，形成了一整套的自分裂 的真三维模型体。

本发明的基于自遍历演变的三维采矿应压力分析方法的作用如下：

1、在矿山开采中经常遇到巷道壁漏水透水事件，这些较多原因是井下矿 产开采过程中新的破碎带和隐藏在复杂地层中的缝隙小断层没有被识别和管 理起来，本发明的三维空间的系统帮助用户分析这些破碎带的生成和缝隙断层 的管理在采矿过程中合理的规避水害。

2、在矿山开采活动过后，要合理的进行采空区布置，进行地表沉陷预计， 合理的保护国土资源。

3、用于对矿井突然遇到冲击地压进行预判断，减少设备人员伤害。

4、对巷道维护和在开采过程中遇到的新断层能够更好的处理影像范围， 提高生产效率。

本发明还可以应用于矿业开采过程中的产品：

a.识别破碎带和小断层用于规避水害；

b.在煤层开采过程中用于预测瓦斯突出的分析系统；

c.在国土资源管理规定中用于地表沉陷预计；

d.复杂地质结构的矿体开采设计系统；

e.国土资源与水利部门的地下水的空间管理；

f.地质灾害后地壳运移变化分析系统。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发 明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人 员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确 定的保护范围内。