步驟四中處理后的圖像中找出距煤層底板最遠(yuǎn)的裂縫發(fā)育圖像，裂縫距離煤層底板的距離分別為HA、HBA，SP導(dǎo)水裂縫高度分別為Ha、Hb。
[0049]步驟六:導(dǎo)水裂縫高度判定。對比分析同一個鉆孔中導(dǎo)水裂縫高度Ha、Hb，取Η =max(HA，Hb)為導(dǎo)水裂縫最終高度。綜合同一采煤工作面不同鉆孔導(dǎo)水裂縫高度，取最大值Hm為該采煤工作面導(dǎo)水裂縫高度。
[0050]步驟七:建立煤層開采厚度Μ與不同采煤工作面導(dǎo)水裂縫高度Hm的經(jīng)驗函數(shù)Hm=f (Μ)，指導(dǎo)煤礦安全開采及水資源保護。
[0051]運行原理:
[0052]本發(fā)明主要利用熒光粉和紫外光增強拍攝圖像清晰度的方法進行黃土層中采煤導(dǎo)水裂縫高度探測，同時采用MATLAB軟件對圖像進行了后處理。
[0053]其中，熒光粉在受到自然光、日光燈光、紫外光等照射后，把光能儲存起來，在停止光照射后，再緩慢地以熒光的方式釋放出來，所以在夜間或者黑暗處，仍能看到發(fā)光，持續(xù)時間長達(dá)幾小時至十幾小時。主要作用有:(1)增加鉆孔中攝像亮度，使較黑暗的鉆孔內(nèi)盡量達(dá)到日光條件下的拍攝環(huán)境；(2)增加黃土樣剖面裂縫的辨識度，為導(dǎo)水裂縫高度的判定提供基礎(chǔ)資料。
[0054]紫外光是電磁波譜中波長從lOOnm?400nm輻射的總稱，紫外光波長比可見光短，不能引起人們的視覺，但比X射線長。紫外光被劃分為A射線、B射線和C射線(簡稱UVA、UVB 和 UVC)，波長范圍分別為 400 ?315nm，315 ?280nm，280 ?190nm。
[0055]由于紫外線比一般的可見光更具有穿透能力，常以紫外線來進行透視或鑒定的工作，例如，利用紫外線來檢查金屬上細(xì)微的裂縫、圖畫的真?zhèn)?、食品安全，甚至于在探索太空時，紫外線都可以派上用場。本發(fā)明正是利用紫外光的透視功能，觀測、找出黃土層中導(dǎo)水裂縫，為判別煤層開采的導(dǎo)水裂縫高度提供清晰的圖像。
[0056]MATLAB軟件的應(yīng)用主要是將鉆孔內(nèi)拍攝的圖像和黃土樣剖面的圖像進行深度處理，利用圖像在裂縫發(fā)育區(qū)域與非裂縫發(fā)育區(qū)域具有不同的像素，從而對其二值化處理，獲得最佳的效果，輔助判別導(dǎo)水裂縫高度。
[0057]應(yīng)用實例:
[0058]某煤礦黃土層厚度158m，1209工作面煤層開采后，形成了導(dǎo)水裂縫，采用以下步驟探測了黃土層中煤層開采后導(dǎo)水裂縫高度，并指導(dǎo)了后續(xù)1210、1211等工作面的安全開采，保護了水資源。
[0059]步驟一:在該采煤工作面布置3個鉆孔，分別為孔1、孔2、孔3，其在采空區(qū)范圍沿走向和傾向的長度均大于50m，距回采工作面的始采線1的距離L1= 43m，距終采線4的距離L2= 21m，且處于回風(fēng)巷2和運輸巷3以內(nèi)。
[0060]步驟二:在黃土層中施工導(dǎo)水裂縫高度鉆孔，即孔1、孔2、孔3，鉆孔傾角1.8°。成孔工藝為:首先，各鉆孔以108mm的孔徑開孔，使用麻花鉆干鉆，鉆探進尺為25m后，至黃土層位；然后，采用濃度為1.05g/cm3的熒光粉與水的混合液進行循環(huán)鉆進，并使用雙層巖芯管取芯，控制每個回次長度為3.5m，裂縫為1.6m，熒光粉類型為光致儲能型，發(fā)光時間t= 20h，密度P為3.8g/cm3，發(fā)光顏色為白色，厚度H = 167um ;接下來，將取得的黃土樣按照距離煤層底板的距離由近及遠(yuǎn)編號，黃土樣高度為38cm，黃土的取芯率達(dá)到68%。
[0061]步驟三:將帶紫外光攝像探管7從孔口逐漸放至孔底，紫外光波長λ為368nm，透射率為65%，同時通過攝像頭6獲取每個深度的孔內(nèi)影像，攝像頭彩色低照度0.006LUX，像素1200萬，360°全景，防水。從地面監(jiān)視器9中觀測鉆孔內(nèi)孔壁的裂縫發(fā)育狀況。對獲取的圖像按照距煤層由近及遠(yuǎn)的順序進行存儲。
[0062]步驟四:進行步驟二所取黃土樣剖面涂熒光粉觀測。將所取的黃土樣采用切土刀從中間剖開，并采用與步驟三相同技術(shù)參數(shù)的攝像頭拍攝剖面，拍攝順序按照距離煤層底板獲得導(dǎo)水裂縫高度圖像。對獲取的圖像按照距煤層由近及遠(yuǎn)的順序進行存儲。
[0063]步驟五:對步驟三和步驟四所獲取的圖像進行后處理。采用MATLAB軟件的圖像處理功能，將步驟三和步驟四的圖像進行處理，軟件處理經(jīng)過圖像灰度化、中值濾波、圖像二值化及平滑處理得到增強低灰度圖、中值濾波后圖、二進制圖及平滑處理后的圖，最終獲得處理后的圖像，其中異常區(qū)域即圖5中黑色區(qū)域為裂縫，從步驟三中處理后的圖像中獲得孔1、孔2、孔3的煤層底板至導(dǎo)水裂縫發(fā)育最遠(yuǎn)的距離氏分別為68m、74m、71m，從步驟四中處理后的圖像中獲得孔1、孔2、孔3的煤層底板至導(dǎo)水裂縫發(fā)育最遠(yuǎn)的距離H2分別為67m、73m、70mo
[0064]步驟六:導(dǎo)水裂隙高度判定。對比分析同一個鉆孔中導(dǎo)水裂縫高度Ha、Hb，取Η =max(HA，Hb)為導(dǎo)水裂縫最終高度，即孔1的導(dǎo)水裂縫高度為68m，孔2的導(dǎo)水裂縫高度為74m，孔3的導(dǎo)水裂縫高度為71m。同一采煤工作面不同鉆孔導(dǎo)水裂縫高度取Η中的最大值，即 74m。
[0065]步驟七:通過多個采煤工作面的導(dǎo)水裂縫高度探測建立建立煤層開采厚度Μ與不同采煤工作面導(dǎo)水裂縫高度Hm的經(jīng)驗函數(shù)Hm = f (M)，即Hm = 23.2M+9.6。未采工作面1210煤層平均厚度為3m，根據(jù)經(jīng)驗函數(shù)Hm = 23.2M+9.6，得出該工作面煤層開采后導(dǎo)水裂縫高度為79.2m，指導(dǎo)煤礦安全開采及水資源保護。
【主權(quán)項】
1.一種黃土層中利用紫外光探測導(dǎo)水裂縫高度的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)在采空區(qū)上方布置導(dǎo)水裂縫高度探測鉆孔，以黃土層底界面為目標(biāo)層位進行鉆孔，并取黃土樣，其中黃土樣按照距離煤層底板由近及遠(yuǎn)的順序進行編號； (2)采集鉆孔內(nèi)壁的圖像A，以獲取鉆孔內(nèi)壁的裂縫發(fā)育狀態(tài)，對獲取的圖像按照距離煤層由近及遠(yuǎn)的順序存儲，分別為A1、A2……； (3)將步驟(1)獲得的黃土樣剖開，采集該剖面的圖像B，對獲取的圖像按照距離煤層底板由近及遠(yuǎn)的順序存儲，分別為B1、B2……； (4)對步驟(2)和步驟(3)獲得的圖像A和B進行后處理，處理后的圖像中黑色區(qū)域為裂縫，分別從步驟(2)和步驟(3)后處理后的圖像中確定出距離煤層底板最遠(yuǎn)的裂縫發(fā)育圖像Ha、Hb; (5)同一鉆孔中的導(dǎo)水裂縫高度Η為H= max (HA，HB)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種黃土層中利用紫外光探測導(dǎo)水裂縫高度的方法，其特征在于:步驟(1)中，布置導(dǎo)水裂縫高度探測鉆孔的要求為:鉆孔所在采空區(qū)范圍沿走向和傾向的長度均大于50m，多個鉆孔的中心連線所形成的區(qū)域，距離回采工作面的始采線的最小距離為30米，距離回采工作面的終采線的最小距離15米，每個回采工作面布置的導(dǎo)水裂縫高度探測鉆孔數(shù)量至少為兩個。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種黃土層中利用紫外光探測導(dǎo)水裂縫高度的方法，其特征在于:所述導(dǎo)水裂縫高度探測鉆孔布置在回風(fēng)巷和運輸巷以內(nèi)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種黃土層中利用紫外光探測導(dǎo)水裂縫高度的方法，其特征在于:在步驟(1)的鉆孔過程中，首先以麻花鉆干鉆，當(dāng)鉆到黃土層時，采用含有熒光粉的清水循環(huán)雙層巖芯管取芯鉆進，其中，熒光粉的濃度為1.04g/cm3?1.07g/cm3o5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種黃土層中利用紫外光探測導(dǎo)水裂縫高度的方法，其特征在于:在步驟(1)的循環(huán)雙層巖芯管取芯鉆進過程中，控制每個回次長度小于4m，裂縫小于2m ο6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種黃土層中利用紫外光探測導(dǎo)水裂縫高度的方法，其特征在于:黃土樣取樣時，黃土的取芯率大于等于60%。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種黃土層中利用紫外光探測導(dǎo)水裂縫高度的方法，其特征在于:采集鉆孔內(nèi)壁的圖像Α的具體方法是:將帶紫外光攝像頭的攝像探管從鉆孔內(nèi)逐漸放至孔底，通過攝像頭獲取每個深度的孔內(nèi)影像，從與攝像頭連接的監(jiān)視器內(nèi)觀測鉆孔壁的裂縫發(fā)育狀況。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種黃土層中利用紫外光探測導(dǎo)水裂縫高度的方法，其特征在于:所述步驟(2)和步驟(3)的圖像是采用相同技術(shù)參數(shù)的攝像頭獲取的。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種黃土層中利用紫外光探測導(dǎo)水裂縫高度的方法，其特征在于:所述紫外光的波長為365nm?400nm，透射比T彡60%。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種黃土層中利用紫外光探測導(dǎo)水裂縫高度的方法，其特征在于:所述紫外光的透射比為T = I/I。，I。是入射光的強度，I是透過光的強度。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種黃土層中利用紫外光探測導(dǎo)水裂縫高度的方法，首先，在采空區(qū)上方布置導(dǎo)水裂縫高度探測鉆孔，以黃土層底界面為目標(biāo)層位進行鉆孔，并取黃土樣并取其圖像B；然后采集鉆孔內(nèi)壁的圖像A，將獲得的圖像A和B進行后處理，分別從后處理后的圖像中確定出距離煤層底板最遠(yuǎn)的裂縫發(fā)育圖像HA、HB，同一鉆孔中的導(dǎo)水裂縫高度H為H＝max(HA，HB)。本發(fā)明方法簡單易實施，可以規(guī)避黃土中泥餅對導(dǎo)水裂縫高度判定的影響，提高導(dǎo)水裂縫高度探測準(zhǔn)確率。
【IPC分類】G01N21/64, G01V8/10
【公開號】CN105425311
【申請?zhí)枴緾N201510741135
【發(fā)明人】馮潔, 王蘇健, 陳通, 鄧增社, 李濤, 黃克軍
【申請人】陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月4日