基于钻孔全景图像的覆岩破坏状况分析

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在煤矿开采过程中,由于煤层的采出破坏了原岩应力,导致覆岩出现了破坏和变形的情况。覆岩的破坏变形引发的一系列变化也极大制约着深部开采发展的进程,如覆岩卸压破坏造成煤壁片帮、冲击地压和开采过深、开采矿体过厚引起地表沉陷情况等,它们不但制约的深部开采的发展,同时也对人们造成很大的不利影响,煤壁片帮和冲击地压极大的威胁着井下工作人员,开采沉陷区会破坏生态环境。因此对于开采过程中覆岩破坏变形的研究是势在必行的,同时覆岩的破坏变形研究也对灾害防治具有一定的指导意义。  本文采用理论分析、图像处理及数值模拟相结合的方法进行了研究。通过图像处理与理论分析相结合的方法获取数值模拟所需的数据,通过FLAC3D数值模拟软件对采动中覆岩的破坏状况进行了分析。本文研究过程中得到的主要研究成果如下:  (1)利用原始孔壁、钻孔全景图像及钻孔壁图三者之间的相互转化关系,实现了全景图像的平面化展开,获得了2101工作面顶板0~17.9m的孔壁展开图;  (2)通过对孔壁展开图的分析与计算,共得到57条结构面产状信息,并且根据岩体种类的不同将钻孔分为3段,其优势结构面分别是S65°E<35°、N35°E<15°和N45°E<18°;  (3)结合孔壁展开图上的结构面信息,利用量化的 RMR岩体分类指标和Hoek-Brown强度准则获取了2101工作面顶板岩体力学参数,与实验室得到的岩石力学参数相比较,可发现其参数均有较大幅度的缩减,这是由于岩体内较为发育的结构面导致的;  (4)运用FLAC3D数值模拟软件对2101工作面回采过程进行模拟,可发现随着工作面的推进,开切眼处和煤壁前方出现应力增高区,采空区内覆岩出现应力降低区;煤层顶板表现出垂直向下的位移,且最大位移量达到3.0m;塑性区最终成中间低、两端高的马鞍形态分布。
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