矿压分布规律三维可视化研究及应用

矿压分布规律三维可视化研究及应用
周侃
【摘要】采煤工作面矿山压力显现规律对工作面安全高效开采至关重要，为掌握工作面前方三维空间内矿山压力分布情况，根据试验工作面地质条件，利用地理信息化图形数据处理软件（Surfer软件），对工作面液压支架实时采集的数据进行分析处理，开发软件的图形三维可视化功能，实现了工作面开采地质条件下矿山压力分布规律的三维可视化成像，为后续开采工作面提供了技术指导。

为了避免因为矿压规律掌握不清而造成安全事故，工作面开采过程中，可以不断搜集液压支架监测数据，结合Surfer软件进行处理分析，实现矿压分布规律的三维成
像。

%Mining face mine pressure appeared law on face security efficient mining vital, for master face ahead three dimensional space within mine pressure distribution situation, according to test face geological conditions, using geographic information graphics data processing soft-ware (Surfer software), on face hydraulic bracket collection of data for analysis processing, combines software of graphics three dimensional vi-sual of function, achieved has face mining geological conditions Xia mine pressure distribution law of three dimensional visual of imaging, Pro-vides technical guidance for subsequent mining work face. In order to avoid the mine safety accidents caused by the pressure control is not clear, in the mining process, you can continue to collect monitoring data of hydraulic support, combined with the Surfer software for processing and analyzing, realize the pressure distribution in three dimensional imaging.
【期刊名称】《煤矿现代化》
【年(卷),期】2014(000)006
【总页数】3页(P60-61,65)
【关键词】Surfer软件;矿压监测;数据分析;三维可视化
【作者】周侃
【作者单位】六盘水市盘县安全生产监督管理局，贵州盘县 553500
【正文语种】中文
【中图分类】TD322
煤矿开采过程打破了矿山岩体的平衡状态,会使得岩体的应力得到重新分布,最终形成新的平衡状态,在这一变化过程中,会造成煤层顶板破坏、液压支架压垮、煤壁强烈片帮等矿压灾害事故,会对工作面安全生产造成威胁[1].因此,对于采场矿山压力规律进行深入研究对采煤工作面安全生产至关重要,长期以来,对矿山压力的研究以观测为主,通过对观测数据的处理分析,来确定采煤工作面前方矿压分布情况,然而,由于不能实时获取分析数据,而且对数据的分析做了大量的简化过程,目前矿压分析,主要针对工作面一维空间为主,不能够掌握三维空间内矿山压力分布情况[2-3].Surfer软件是一款优秀的图形化数据处理软件,尤其是能够生成直观、形象的三维图形,使其在地理、气象等方面有着广泛的应用[4-6].
基于此,笔者利用Surfer软件对工作面液压支架采集的数据进行分析实时处理,开发软件的图形三维可视化功能,实现了采煤工作面开采地质条件下矿山压力分布规律的三维可视化成像,为后续工作面开采提供技术指导.
某矿15101试验工作面属15号煤层1采区首采工作面,走向长为175m,倾斜长
1555m,倾斜面积272125m2,采用倾斜长壁煤方法,综采采煤工艺,全部垮落法管理顶板,对应地表位于庄头断层以东,鲍寨村以南,炉沟以西,吴皮沟以北,盖山厚度228~ 362m;井下位置位于井田中部,东侧为15号层集中回风大巷,南部、北部均为未开采煤田,西至庄头断层约600m,上部有3号煤层3301、3305、3307、3308工作面采空区,工作面标高最高为+847m,最低为+805m;工作面相对位置见图1.
工作面基本顶为K2灰岩,厚度为5.75~8.39m,平均厚度6.87m,深灰色,中厚层状,含生物碎屑,方解石,致密坚硬;直接顶为泥岩,厚度为0.6~2.0m:黑色、质地较密;伪顶为炭质泥岩:厚度0.05~0.2m,黑色,质地松软,随采随落;底板为泥岩及黄铁矿泥岩:平均厚度12.88m,黑色,含黄铁矿,有黄金色碎屑,工作面地质柱状图见图2.
2.1 监测方案
根据15101综采工作面实际情况,设置上、中、下三个测区,中部测区重点测区,共布置5条观测线,上、下两测区距区段平巷护巷煤柱的距离应大于15m,可分别设置1条观测线,在中部可以设置3条观测线,采煤工作面"三量"观测[1-7].测区、测线及测点布置可见图3.
2.2 数据处理及分析
把监测系统采集到的液压支架数据作为Z轴,将对应的时间数据作为X轴,再加上液压支架的编号作为Y轴,这就形成了一个在时间方向上的XYZ三维模型,通过分析模型解到整个工作面在时间上的支架受力状况.同样,可以把压力数据作为Z轴,将我们记录下来的工作面推进距离作为X轴,再把对应的液压支架的编号作为Y轴,从而形成一个在空间方向上的XYZ三维模型,在距离方向上总体把握整个工作面的受力情况[8].
图4是某日采集到的工作面液压支架的原始数据所绘制的三维曲线图,一天内工作面支架压力大概分布在150~250kN之间,凌晨时间段中部支架受力较大,达到
350kN左右.同时,可以对原始数据进行了进一步的加工处理,将24个小时的时间格
式的数据最后变成了0~100的数据.生成基于距离为X轴的空间方面的三维曲面图,从而更有利于我们对工作面进行分析.
工作面推进50m至100m阶段,100m至150m阶段压力分布见图5、图6所示. 由图5可知,在工作面的中部和上部出现了两个压力峰值,压力的最大值达到了
250kN左右,然后压力逐步下降,在推进到90m左右的时候又是在工作面的中部和上部出现了两个压力峰值,中部压力峰值较大,达到了230kN左右,上部较小,达到210kN;由图6可知,工作面推进140m左右迎来了第三个压力峰值,中部压力峰值达到了250kN以上,上下两部分峰值较平缓,达到200kN左右,纵观整个工作面推进距离上的压力曲面,可以发现中部支架的压力明显偏高,上下部压力比较平缓. (1)利用Surfer图形可视化和数据分析软件,结合矿压观测采集到的数据,生成矿压分布的二维和三维的数据图形,对工作面安全回采提供技术指导.
(2)结合试验工作面矿压观测数据,利用Surfer软件分析处理数据,生成了工作面某天的矿压分布三维图及不同距离压力分布三维图,分析了工作面矿压三维空间分布特征.
(3)除了手动输入数据之外,还可以将该软件与数据库系统相结合,通过编程软件驱动绘图软件自动化生成矿压分布图形,实现数据分析智能化操作.
周侃(1982-),男,河南新乡人,工学硕士,助理工程师,从事安全技术监督管理工作.【相关文献】
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[2]别小飞,翟新献,张帅.千秋煤矿特厚煤层综放工作面矿压显现规律研究[J].煤炭科学技
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[3]张飞,刘小超,李俊峰.永华一矿采场矿压理论研究与应用)[J].金属矿山,2013,4:46-53.
[4]卿湘涛,朱国光,段丽洁.VB与Surfer制作自定义控件绘制多种色斑图的方法[J].安徽农业科
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[5]崔芳鹏,胡瑞林,刘照连.基于Surfer平台的FLAC3D复杂三维地质建模研究[J].工程地质学报,2008,16(5): 699-702.
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