[发明专利]矿岩崩落过程模拟方法及系统

权利要求书

1.一种矿岩崩落过程模拟方法，用于对自然崩落法的拉底-崩落-出矿全过程的力学响应性态进行模拟，其特征在于，所述模拟包括以下步骤：

S1.对数值模型进行第N步拉底和出矿模拟，设定矿岩破坏判断指标；

S2.遍历网格单元，筛选出满足所述矿岩破坏判据指标的网格单元作为崩落区(8)，进行所述崩落区(8)范围及形态的圈定；

S3.对已圈定的所述崩落区(8)进行内部与边界形态优化处理；

S4.判断所述崩落区(8)是否崩透地表(2)，进行所述数值模型的网格单元更新；

S5.删除矿堆(7)与围岩之间的原有接触面，在所述矿堆(7)与所述围岩之间生成新的接触面，并对新生成的接触面赋值；

所述第N步拉底和出矿模拟完成后，按照所述S1～S5步骤，运行第N+1步拉底和出矿模拟；

所述步骤S4中，首先遍历网格单元，判断是否存在单元既属于崩落区(8)同时属于地表(2)，若存在，则崩落区(8)通透地表(2)，否则，崩落区(8)未通透地表(2)，所述数值模型网格单元的更新分为未通透地表网格单元更新S41和通透地表网格单元更新S42，更新步骤中引入崩落参数，所述崩落参数包括：出矿率或出矿量、矿堆碎胀系数、矿堆自然安息角、地表破碎区自然安息角；

所述未通透地表网格单元更新S41步骤包括：

S411.判断矿堆(7)堆积情况，

通过计算崩落体积Vol，换算为实际矿堆体积V_N：

V_N＝(Vol-_-V_N)×ratio，式中：_-V_N为至第N步拉底累计出矿量，m³；Vol为至第N步拉底累计崩落体积，m³；ratio为所述矿堆碎胀系数，

情况一，实际矿堆体积V_N小于聚矿槽(5)体积与进路体积之和，矿堆顶部平铺于聚矿槽(5)，顶部以下完全填充，

情况二，实际矿堆体积V_N大于聚矿槽(5)体积与进路体积之和且小于进路、聚矿槽(5)、拉底层(3)三者体积之和，矿堆顶部为弧形，所述弧形对应的弦以下完全填充，

情况三，实际矿堆体积V_N大于进路、聚矿槽(5)、拉底层(3)体积之和，矿堆(7)顶部为弧形，所述弧形对应的弦以下完全填充，

S412.确定矿堆(7)高度，

所述情况一，以进路最低端为起始高度h₀，以固定间距不断向上增加，第N次增加固定间距后高度为h_0N，计算所述高度h_0N以下进路、聚矿槽(5)体积之和，当所述高度h_0N以下进路、聚矿槽(5)体积之和首次大于实际矿堆体积V_N时，停止h_0N增加，

分别计算所述h_0N高度以下和h_0N-1高度以下对应的矿堆体积，并与实际矿堆体积V_N对比，

选取所述高度h_0N和所述高度h_0N-1中对应矿堆体积与实际矿堆体积V_N最接近的高度为矿堆高度；

所述情况二，所述弧形对应弦长L的计算公式为：

式中：V_N为实际矿堆体积，m³；V₁为聚矿槽(5)体积，m³；agl为所述矿堆自然安息角，弧度制；h为设定的二维模型厚度，m；

当所述弦长L小于所述拉底层(3)宽度，拉底层(3)底端的高度即为矿堆高度h₁，

当所述弦长L大于所述拉底层(3)宽度，以拉底层(3)最低端为所述弧形对应弦的起始高度h₁，以固定间距不断向上增加，第N次增加固定间距后高度为h_1N，按照式V₂＝((R²×angle-H×L×0.5)+(h_1N-h₁)×(xpos₂-xpos₁))×h计算拉底层(3)以上矿堆体积，当拉底层(3)以上矿堆体积V₂、进路体积、聚矿槽(5)体积V₁三者之和首次大于实际矿堆体积V_N时，停止h_1N增加，

式中，V₂为拉底层(3)以上矿堆体积，m³；R为圆弧所对应的圆的半径，m；agl为所述矿堆自然安息角，弧度制；H为圆心至弦的垂直距离，m；L为弦长，m；h_1N以拉底层(3)最低端为起始高度，第N次增加固定间距后高度为h_1N，m；xpos₁与xpos₂为所述拉底层(3)左右两个端点的横坐标值，m；h为设定的二维模型的厚度，m，

分别计算所述h_1N高度和h_1N-1高度以下对应的拉底层(3)以上矿堆体积V₂、进路体积、聚矿槽(5)体积V₁三者之和，并与实际矿堆体积V_N对比，

选取所述高度h_1N和所述高度h_1N-1中对应拉底层(3)以上矿堆体积V₂、进路体积、聚矿槽(5)体积V₁三者之和与实际矿堆体积V_N最接近的高度为矿堆高度，

所述情况三，以拉底层(3)上端为所述弧形对应弦的起始高度h₂，以固定间距不断向上增加，第N次增加固定间距后高度为h_2N，搜索崩落区(8)在h_2N水平的左右端点，所述左右端点形成的直线长度构成圆弧的弦长L，按照式V₃＝(R²×agl-H×L×0.5)×h计算弧形区域对应矿堆体积，式中：V₃为弧形区域对应矿堆体积，m³；R为圆弧所对应的圆的半径，m；agl为所述矿堆自然安息角；H为圆心至弦的垂直距离，m；L为圆弧的弦长，m；h为设定的二维模型的厚度，m，

当h₂以上h_2N以下非围岩区网格单元体积V₄、拉底层(3)顶板以下对应矿堆体积V₅和弧形区域对应矿堆体积V₃三者体积之和首次大于实际矿堆体积V_N时，停止h_2N的增加，

分别计算所述h_2N高度和h_2N-1高度以下所述三者体积之和，并与实际矿堆体积V_N对比，

选取所述高度h_2N和所述高度h_2N-1中对应所述三者体积之和与实际矿堆体积V_N最接近的高度为矿堆高度，

S413.未通透地表网格单元更新，

所述情况一，将崩落区(8)网格单元设定为空模型，选取所述矿堆(7)高度以下的本构模型，并修改所述本构模型的力学参数；

所述情况二和所述情况三，将崩落区(8)网格单元设定为空模型，选取所述弧形以下范围内网格单元的本构模型，并修改所述本构模型的力学参数；

所述通透地表网格单元更新S42具体步骤为：

S421.将所述通透地表网格单元与左侧围岩接触的网格单元划分为组C，遍历组C中网格单元，以所述组C网格单元为原点向左上方做射线，所述射线与水平面的夹角为地表破碎区自然安息角，若射线通过所述围岩，则将所述网格单元从组C中消除，否则保留所述网格单元，

S422.遍历所述S411步骤中所述保留网格单元，设定水平方向最右侧的网格单元为左基准点，

S423.将所述通透地表网格单元与右侧围岩接触的网格单元划分为组D，遍历组D中网格单元，以所述组D网格单元为原点向右上方做射线，所述射线与水平面的夹角为所述地表破碎区自然安息角，若射线通过所述围岩，则将所述网格单元从组D中消除，否则保留所述网格单元，

S424.遍历所述S423步骤中所述保留网格单元，设定水平方向最左侧的网格单元为右基准点，

S425.以所述左基准点向左做射线，以所述右基准点向右做射线，所述射线与水平面夹角为所述地表破碎区自然安息角，设定所述两条射线以内网格单元及与其连通的所述崩落网格单元为崩落区(8)，

S426.基于固定间距依次下移地表(2)轮廓线，并依次比较所述轮廓线以下非围岩区网格单元总体积与实际矿堆体积V_N的关系，当非围岩区网格单元总体积首次小于应沉积矿堆体积时，停止所述轮廓线的下移；

S427.计算停止所述轮廓线下移步骤对应的非围岩区网格单元总体积和停止所述轮廓线下移前一步骤对应的非围岩区网格单元总体积，将与实际矿堆体积V_N更为接近的非围岩区网格单元总体积对应的所述轮廓线设置为精准轮廓线；

S428.设定所述精准轮廓线对应位置以上网格单元为空模型，选取所述精准轮廓线对应位置以下网格单元的本构模型，修改所述本构模型的力学参数。