煤炭作為工業(yè)糧食之一，具有“黑金”之稱。在我國煤炭資源探明儲(chǔ)量中，厚煤層占總儲(chǔ)量的44%，其產(chǎn)量也占總產(chǎn)量的40%以上，厚煤層的安全高效開采仍然是一個(gè)業(yè)界不斷探索和研究的難題。
厚及特厚煤層在開采過程中，易導(dǎo)致煤層覆巖板向采空區(qū)空間彎曲下沉與跨斷，造成大范圍、大規(guī)模的頂板垮落，上覆巖層中的瓦斯大規(guī)模涌向采空區(qū)，極易引起瓦斯爆炸等災(zāi)害，為預(yù)防該情況下的礦井災(zāi)害，對(duì)煤層裂隙及跨落過程演化規(guī)律研究尤為重要。
在煤炭開采工程中，常要進(jìn)行多測點(diǎn)位移攝影測量，傳統(tǒng)的接觸式測量設(shè)備，需要將測試傳感器固定在所測結(jié)構(gòu)上，這給實(shí)際應(yīng)用帶來許多安裝困難。而且，傳統(tǒng)測試方法進(jìn)行多點(diǎn)測量的時(shí)候，耗時(shí)耗力費(fèi)用高。
攝影測量解決方案
攝影測量技術(shù)采用非接觸式測量方式，測量過程就像拍照一樣快捷，可實(shí)現(xiàn)全場靜態(tài)變形測量，在結(jié)構(gòu)位移測量中的應(yīng)用越來越廣，如檢測結(jié)構(gòu)在垮落過程中的變形、梁破壞過程中的變形、結(jié)構(gòu)振動(dòng)情況等。
為了安全、高效地開采厚煤層，某煤礦開采科研機(jī)構(gòu)采用相似材料模擬實(shí)驗(yàn)，使用新拓三維XTDP三維光學(xué)攝影測量系統(tǒng)測量煤層開采過程的破壞特征，揭示煤炭開采過程中結(jié)構(gòu)變形規(guī)律，為厚煤層開采的結(jié)構(gòu)變形研究提供數(shù)據(jù)支撐。
模型構(gòu)建
某煤礦開采研究機(jī)構(gòu)采用平面應(yīng)變模型，實(shí)體模型鋪設(shè)前，在卸壓層上方采用網(wǎng)格式布置位移測點(diǎn)，并在邊界處留設(shè)保護(hù)煤柱。
模擬煤礦實(shí)際條件及試驗(yàn)?zāi)Ｐ颓闆r，結(jié)合相似原理，并經(jīng)過多次配比試驗(yàn)，采用1.5mX4m相似材料模型，表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)，測量模型在垮落過程中標(biāo)志點(diǎn)的位移，進(jìn)而觀測模型整體的變形趨勢。
實(shí)驗(yàn)流程
1）模型表面布置標(biāo)志點(diǎn)、標(biāo)尺等。
2）每挖10cm停止，單反相機(jī)從各個(gè)角度進(jìn)行拍照，拍完后繼續(xù)挖。
3）實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)記錄垮落高度、垮落時(shí)間、裂紋長度等數(shù)據(jù)。
4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對(duì)圖片進(jìn)行計(jì)算，獲取每個(gè)狀態(tài)下，標(biāo)志點(diǎn)的變形數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)處理
1、初始狀態(tài)
初始狀態(tài)下，單反相機(jī)拍一組圖片，獲取標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)，作為初始狀態(tài)。
2、變形狀態(tài)
然后每挖10cm，停止采挖后，用單反相機(jī)進(jìn)行拍照，然后再采挖，用單反相機(jī)再拍照。用XTDP三維光學(xué)攝影測量系統(tǒng)計(jì)算一系列狀態(tài)下標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)，統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系下，可觀測標(biāo)志點(diǎn)的位移。
隨著工作面推進(jìn)，采空區(qū)頂部出現(xiàn)裂紋和斷裂，底部受壓細(xì)微下陷
采空區(qū)范圍繼續(xù)增大，采空區(qū)頂部出現(xiàn)垮落，底部出現(xiàn)了一定的輕微下陷。
采空區(qū)再推進(jìn)10cm，采空區(qū)頂部完全跨陷，周邊結(jié)構(gòu)向采空區(qū)移動(dòng)，底部承壓加大出現(xiàn)明顯下陷。
采用新拓三維XTDP攝影測量分析，通過數(shù)值模擬計(jì)算，相似模型以及現(xiàn)場實(shí)測相結(jié)合，分析煤層工作面采空區(qū)的斷裂帶和垮落的演變過程，可以更好地分析采空區(qū)垮落高度判定以及工作面變形的機(jī)理。
研究煤層開采過程結(jié)構(gòu)的破碎及運(yùn)移，對(duì)于實(shí)現(xiàn)開采的高產(chǎn)高效，進(jìn)而豐富、完善開采技術(shù)具有較大意義，尤其是對(duì)于勞動(dòng)成本日益提升的今天，工作面工效的提高，無疑具有實(shí)際的工程應(yīng)用價(jià)值。