一种掘进巷道围岩破坏区形态的即时映射成像方法

本发明涉及巷道围岩破坏探测，特别是涉及一种掘进巷道围岩破坏区形态的即时映射成像方法。

背景技术：

1、我国煤矿井下巷道工程量巨大，据不完全统计，每年新开掘巷道达1.2万公里，目前巷道顶板事故的起数在煤矿各类事故中占比最高，顶板事故死亡人数占比始终保持在30％左右的高位，严重威胁了煤矿的安全高效生产。巷道穿越地下复杂多变的地质环境，同一条巷道的不同区域所处的围岩与应力环境存在巨大差异，盲目的标准化支护，会造成普通区域的过度支护以及风险区域的支护不足，为巷道顶板灾害埋下隐患。

2、目前，钻孔技术成熟，在井下易操作、易观测，超前钻孔通用来探水、探构造等取得了良好的应用效果。在研究中发现相同应力场中超前钻孔裂隙形态与掘进巷道围岩破坏区形态存在整体相似的特性。即时有效识别巷道围岩破坏区形态进而采取针对性的支护措施是问题解决的关键，而破坏区形态的识别及支护依据的获取是目前研究的难点。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种掘进巷道围岩破坏区形态的即时映射成像方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够即时精确地掌握掘进巷道围岩破坏区形态、范围、最大深度，为掘进巷道采取针对性的支护措施与灾害风险预估提供支持。

2、为实现上述目的，本发明采取了如下方案：

3、一种掘进巷道围岩破坏区形态的即时映射成像方法，包括以下2个步骤：

4、s1、掘进巷道端头中心钻进超前钻孔，成孔后高压注入示踪剂标记超前钻孔裂隙形态，注浆压力计波动后停止注入示踪剂，封孔保存，随着掘进巷道开挖使用矿用相机固定焦距拍摄标记的超前钻孔裂隙形态，获取超前钻孔裂隙图像后即时上传计算机存储；

5、s2、在计算机图像处理程序对所述图像预处理；

6、s3、对预处理后的所述图像后处理，映射掘进巷道围岩破坏区信息，包括：

7、掘进巷道围岩破坏区形态：检测示踪剂标记区域所有轮廓，重构嵌套轮廓的整个层次，绘制超前钻孔裂隙形态轮廓；

8、掘进巷道围岩破坏区范围：遍历统计所述图像中示踪剂标记颜色区间内的所有像素点数量，计算与所述图像总像素点数量的比值；

9、掘进巷道围岩破坏区最大深度：以掘进巷道断面矩形做内切椭圆形，矩形对角线过内切椭圆形的一半弦长与图像钻孔像素半径的比例为映射关系，计算掘进巷道围岩破坏区最大深度公式为：

10、

11、其中，r为图像钻孔像素半径，(a，b)为图像钻孔圆心像素坐标，m为掘进巷道宽度的二分之一，n为掘进巷道高度的二分之一，lmax为掘进巷道围岩破坏区最大深度，(x1，y1)为图像裂隙最大深度点坐标。

12、进一步地，步骤s2中所述的图像信息预处理，包括超前钻孔圆心与半径检测，记录所述图像圆心像素坐标(a，b)和钻孔像素半径r；示踪剂标记区域识别，提取示踪剂颜色区间中的所有像素点后，将图像二值化；统一图像格式，以圆心像素坐标(a，b)为中心向四周固定像素裁剪图像。

13、进一步地，步骤s3中所述的掘进巷道围岩破坏区最大深度包括检测所述破坏区最大深度位置相对巷道中心的角度。

14、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

15、1、本发明提供了一种掘进巷道围岩破坏区形态的即时映射成像方法，克服了现有技术中难以精确检测掘进巷道围岩破坏区信息的问题，实施本发明方法可在工程应用中即时准确、高效地为掘进巷道采取针对性的支护措施与灾害风险预估提供支持。

16、2、本发明基于相同应力场中超前钻孔裂隙形态与掘进巷道围岩破坏区形态存在整体相似的特性，获取超前钻孔裂隙形态图像时，超前钻孔与掘进巷道处于相同的应力场中，映射结果可靠。

17、3、本发明实现了超前钻孔裂隙形态图像映射掘进巷道围岩破坏区信息，克服了现在技术中采用人力手动或半自动处理图像信息耗时长与容易产生主观误差的不足，简单、准确、高效地输出掘进巷道围岩破坏区形态、破坏区范围、破坏区最大深度信息。

技术特征：

1.一种掘进巷道围岩破坏区形态的即时映射成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的掘进巷道围岩破坏区形态的即时映射成像方法，其特征在于：所述的图像信息预处理包括：超前钻孔圆心与半径检测，记录所述图像圆心像素坐标(a，b)和钻孔像素半径r；示踪剂标记区域识别，提取示踪剂颜色区间中的所有像素点后，将图像二值化；统一图像格式，以圆心像素坐标(a，b)为中心向四周固定像素裁剪图像。

3.根据权利要求1所述的掘进巷道围岩破坏区形态的即时映射成像方法，其特征在于：所述的掘进巷道围岩破坏区最大深度包括检测所述破坏区最大深度位置相对巷道中心的角度。

技术总结
本发明公开了一种掘进巷道围岩破坏区形态的即时映射成像方法，属于巷道围岩破坏探测技术领域，基于在相同应力场中超前钻孔裂隙形态与掘进巷道围岩破坏区形态存在整体相似的特性，通过获取超前钻孔裂隙形态图像，使用计算机图像处理程序映射掘进巷道围岩破坏区信息。本发明的即时映射成像方法可在巷道掘进中即时提供掘进巷道围岩破坏区形态、范围、最大深度，在工程应用中为掘进巷道采取针对性的支护措施与灾害风险预估提供支持。

技术研发人员：郭晓菲,刘臣毅,张红凯,李俊,郭一硕
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13