一種用于無人化采掘工作面的適時(shí)精準(zhǔn)建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦山無人化采掘工作面建模領(lǐng)域，具體涉及一種用于無人化采掘工作面的適時(shí)精準(zhǔn)建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]礦山無人化采掘就是基于開采環(huán)境自動(dòng)被探知的情況下，利用自動(dòng)化采掘設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)采掘，實(shí)現(xiàn)無人化采掘，其前提必要條件就是開采環(huán)境自動(dòng)被探知。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)探知開采環(huán)境的方法主要有直接利用硬件探測(cè)設(shè)備被動(dòng)探知局部信息和基于開采參數(shù)探知的精細(xì)建模技術(shù)主動(dòng)提前確定兩大類方法，其中與本方法最近似的方法“采區(qū)煤巖層動(dòng)態(tài)精細(xì)建模技術(shù)”:煤巖三維模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立、基于勘探鉆孔數(shù)據(jù)的地質(zhì)插值建模技術(shù)、隨掘隨探與模型數(shù)據(jù)更新技術(shù)、補(bǔ)探方法與模型精修技術(shù)、隨采隨測(cè)與模型局部修正技術(shù)、三維建模誤差分析技術(shù)。
[0003]利用硬件探測(cè)設(shè)備被動(dòng)探知局部信息的方法取決于硬件探測(cè)設(shè)備對(duì)于某類局部信息探測(cè)的性能，例如:γ射線、雷達(dá)探測(cè)、紅外探測(cè)、有功功率監(jiān)測(cè)、振動(dòng)檢測(cè)、粉塵探測(cè)、高壓水射流一光測(cè)等僅能探測(cè)煤巖的相對(duì)信息，這些方法未考慮全局采掘環(huán)境(頂?shù)装甯叱?、煤厚、巖性、硬度、抗壓及抗拉強(qiáng)度、取芯長(zhǎng)度、取樣率等煤體(礦體)、地質(zhì)體)的變化，并且探測(cè)設(shè)備受采掘工作面的惡劣環(huán)境影響，探測(cè)性能較差，非常容易造成對(duì)于造價(jià)昂貴自動(dòng)化采掘設(shè)備的損傷。
[0004]“采區(qū)煤巖層動(dòng)態(tài)精細(xì)建模技術(shù)”存在以下缺點(diǎn):
[0005]1、該方法只是討論了煤巖三維模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的建立、基于勘探鉆孔數(shù)據(jù)的地質(zhì)插值建模技術(shù)、隨掘隨探與模型數(shù)據(jù)更新技術(shù)、補(bǔ)探方法與模型精修技術(shù)、隨采隨測(cè)與模型局部修正技術(shù)、三維建模誤差分析技術(shù)等孤立有限的技術(shù)，沒有形成可以集成實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)一理論方法體系。
[0006]2、該方法沒有利用頂?shù)装甯叱?、煤厚、巖性、硬度、抗壓及抗拉強(qiáng)度、取芯長(zhǎng)度、取樣率等煤體(礦體)、地質(zhì)體等全局開采參數(shù)信息。
[0007]3、該方法沒有考慮建立地質(zhì)體插值算法庫(kù)，生成插值工具。
[0008]4、該方法沒有針對(duì)勘探數(shù)據(jù)對(duì)象，預(yù)測(cè)地質(zhì)體平滑、起伏趨勢(shì)，劃分地質(zhì)體區(qū)域空間。
[0009]5、該方法沒有建立初始的復(fù)雜地質(zhì)體模型方法庫(kù)，同時(shí)自動(dòng)建立底板高程數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0010]6、該方法沒有面向開采參數(shù)控制進(jìn)行多次適時(shí)逼真建模。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種用于無人化采掘工作面的適時(shí)精準(zhǔn)建模方法，設(shè)計(jì)合理，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，具有良好的推廣價(jià)值。
[0012]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0013]—種用于無人化采掘工作面的適時(shí)精準(zhǔn)建模方法，按照如下步驟進(jìn)行:
[0014]步驟1:根據(jù)各類勘探數(shù)據(jù)，建立地質(zhì)體插值算法庫(kù)，生成插值工具；
[0015]所述地質(zhì)體插值算法庫(kù)包括地質(zhì)樣條插值、Kriging插值、三角剖分光滑插值以及與距離平方成反比權(quán)重插值；
[0016]步驟2:針對(duì)勘探數(shù)據(jù)對(duì)象，預(yù)測(cè)地質(zhì)體平滑、起伏趨勢(shì)，劃分地質(zhì)體區(qū)域空間，并判斷勘探數(shù)據(jù)對(duì)象；
[0017]若判斷結(jié)果是平滑的底板高程，則使用三角剖分光滑插值方法進(jìn)行插值；
[0018]或判斷結(jié)果是起伏變化較大的底板高程，則使用地質(zhì)樣條插值方法進(jìn)行插值；
[0019]或判斷結(jié)果是煤層，則使用與距離平方成反比權(quán)重插值方法進(jìn)行插值；
[0020]步驟3:建立初始的復(fù)雜地質(zhì)體模型方法庫(kù)，同時(shí)自動(dòng)建立煤巖層底板高程數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0021]步驟4:判斷煤巖層是否有斷層、褶皺現(xiàn)象；
[0022]若判斷結(jié)果是煤巖層有斷層、褶皺現(xiàn)象，則執(zhí)行步驟5 ;
[0023]或判斷結(jié)果是煤巖層沒有斷層、褶皺現(xiàn)象，則執(zhí)行步驟6 ;
[0024]步驟5:設(shè)計(jì)巷探、鉆孔，進(jìn)行局部補(bǔ)探，測(cè)量孔斜，對(duì)煤和頂?shù)装鍘r層取芯，通過對(duì)包括巖性、硬度、抗壓和抗拉強(qiáng)度、取芯長(zhǎng)度和取樣率在內(nèi)的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，獲取煤巖層開采參數(shù)信息，補(bǔ)充鉆孔數(shù)據(jù)，依據(jù)獲取的開采參數(shù)進(jìn)行控制更新煤巖層底板高程數(shù)據(jù)庫(kù)、更新煤巖層模型；
[0025]步驟6:判斷是否有新掘進(jìn)參數(shù)；
[0026]若判斷結(jié)果是有新掘進(jìn)參數(shù)，則執(zhí)行步驟7 ;
[0027]或判斷結(jié)果是無新掘進(jìn)參數(shù)，則執(zhí)行步驟8 ;
[0028]步驟7:實(shí)時(shí)把已揭露的包括頂?shù)装甯叱?、煤厚在?nèi)的煤巖層信息開采參數(shù)描述成柱狀信息，補(bǔ)充到柱狀信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，依據(jù)獲取的開采參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制更新煤巖層模型；
[0029]步驟8:判斷是否有新開采參數(shù)；
[0030]若判斷結(jié)果是有新開采參數(shù)，則執(zhí)行步驟9 ;
[0031]或判斷結(jié)果是無新開采參數(shù)，則執(zhí)行步驟10 ;
[0032]步驟9:利用隨采的工作面煤壁煤巖界面探測(cè)信息，依據(jù)獲取的開采參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新修正工作面前方的預(yù)采煤巖層模型；
[0033]步驟10:若判斷結(jié)果是沒有結(jié)束，則執(zhí)行步驟4 ;
[0034]或判斷結(jié)果是建模結(jié)束，則結(jié)束建模。
[0035]優(yōu)選地，在步驟3中，所述初始的復(fù)雜地質(zhì)體模型方法庫(kù)包括層狀建模法、基于離散點(diǎn)的塊狀地質(zhì)體偽凸包建模法、基于斷面圖形的變分約束塊狀地質(zhì)體建模法和復(fù)雜地質(zhì)體減運(yùn)算建模法。
[0036]優(yōu)選地，所述層狀建模法包括基于鉆孔數(shù)據(jù)的宏觀建模及微觀修正地質(zhì)建模法、基于底板等高線圖的內(nèi)邊界擴(kuò)展地質(zhì)建模法和基于地質(zhì)剖面圖的插入法地質(zhì)建模法。
[0037]優(yōu)選地，所述基于鉆孔數(shù)據(jù)的宏觀建模及微觀修正地質(zhì)建模法，具體包括:先去掉斷層影響的數(shù)據(jù)，進(jìn)行Tin建模和光滑插值，再按照斷裂順序逐次加入各斷層，使其與所有揭露數(shù)據(jù)吻合；
[0038]所述基于底板等高線圖的內(nèi)邊界擴(kuò)展地質(zhì)建模法，具體包括:先利用邊界擴(kuò)展法對(duì)逆斷層和直立斷層進(jìn)行局部Tin，再把擴(kuò)展的邊界和正斷層的交線作為內(nèi)邊界進(jìn)行Tin，最后合并局部Tin的結(jié)果，形成整個(gè)模型；
[0039]所述基于地質(zhì)剖面圖的插入法地質(zhì)建模法，具體包括:先找剖面地質(zhì)體和構(gòu)造的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再插入中間幀和尖滅幀，而后進(jìn)行三維重建。
[0040]優(yōu)選地，所述基于離散點(diǎn)的塊狀地質(zhì)體偽凸包建模法，具體包括:先對(duì)離散點(diǎn)數(shù)據(jù)求凸包；然后逐次挖去體內(nèi)邊界點(diǎn)的控制區(qū)域，直到體內(nèi)無邊界點(diǎn)，最后得到一個(gè)偽凸包。
[0041]優(yōu)選地，所述基于斷面圖形的變分約束塊狀地質(zhì)體建模法，具體包括:對(duì)于斷面圖形相差較大的情況，先用變分思想，按照約束條件，插入中間幀，用中軸的思想加入尖滅線；然后進(jìn)行三維重建，對(duì)于有分支的情況，先單獨(dú)建模，最后按體進(jìn)行并運(yùn)算。
[0042]優(yōu)選地，所述復(fù)雜地質(zhì)體減運(yùn)算建模法，具體包括:對(duì)于既有層狀，又有塊狀和脈狀的地質(zhì)體，在不考慮塊狀和脈狀邊界的情況下，先按層狀和塊狀分別建模；然后對(duì)用塊狀地質(zhì)體對(duì)層狀地質(zhì)體進(jìn)行減運(yùn)算。
[0043]本發(fā)明所帶來的有益技術(shù)效果:
[0044]本發(fā)明提出了一種用于無人化采掘工作面的適時(shí)精準(zhǔn)建模方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，一種用于無人化采掘工作面的適時(shí)精準(zhǔn)建模方法，該方法充分獲取并利用頂?shù)装甯叱獭⒚汉?、巖性、硬度、抗壓及抗拉強(qiáng)度、取芯長(zhǎng)度、取樣率等煤體(礦體)、地質(zhì)體的各種開采參數(shù)信息，通過創(chuàng)建自適應(yīng)地質(zhì)體插值、復(fù)雜地質(zhì)體初始建模、多次適時(shí)逼真建模等，適時(shí)建立采掘?qū)ο蟮亩鄥?shù)、多屬性三維精準(zhǔn)模型，使無人化采掘工作始終處于煤體(礦體)、巖體精準(zhǔn)模型已知的前提下進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)采掘工作面安全、可靠、高效、透明、低成本的無人化開采。
【附圖說明】
[0045]圖1為本發(fā)明一種用于無人化采掘工作面的適時(shí)精準(zhǔn)建模方法的流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046]下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0047]如圖1所示，一種用于無人化采掘工作面的適時(shí)精準(zhǔn)建模方法，按照如下步驟進(jìn)行:
[0048]步驟1:根據(jù)各類勘探數(shù)據(jù)，建立地質(zhì)體插值算法庫(kù)，生成插值工具；
[0049]所述地質(zhì)體插值算法庫(kù)包括地質(zhì)樣條插值、Kriging插值、三角剖分光滑插值以及與距離平方成反比權(quán)重插值；
[0050]步驟2:針對(duì)勘探數(shù)據(jù)對(duì)象，預(yù)測(cè)地質(zhì)體平滑、起伏趨勢(shì)，劃分地質(zhì)體區(qū)域空間，并判斷勘探數(shù)據(jù)對(duì)象；
[0051]若判斷結(jié)果是平滑的底板高程，則使用三角剖分光滑插值方法進(jìn)行插值；
[0052]或判斷結(jié)果是起伏變化較大的底板高程，則使用地質(zhì)樣條插值方法進(jìn)行插值；
[0053]或判斷結(jié)果是煤層，則使用與距離平方成反比權(quán)重插值方法進(jìn)行插值；
[0054]步驟3:建立初始的復(fù)雜地質(zhì)體模型方法庫(kù)，同時(shí)自動(dòng)建立煤巖層底板高程數(shù)據(jù)庫(kù)，為后期充實(shí)補(bǔ)測(cè)數(shù)據(jù)作基礎(chǔ)，初始的復(fù)雜地質(zhì)體模型方法庫(kù)包