[发明专利]考虑形状参数的可破碎碎石颗粒生成方法

说明书

本发明提供的一种考虑形状参数的可破碎碎石颗粒生成方法，包括步骤：S1：初始化碎石颗粒的等效粒径期望值D和长宽比期望值αsubgt;0/subgt;；S2：在PFCsupgt;2D/supgt;平台中，设定碎石颗粒生成区域，在碎石颗粒生成区域中生成圆形颗粒集合体；S3：将圆形颗粒集合体中的圆形粒子的圆心进行存储，得到存储圆心的中心点集合；S4：在PFCsupgt;2D/supgt;平台上，在碎石颗粒生成区域中生成碎石颗粒多边形；本发明使得在进行碎石颗粒形态和孔隙结构的差异性研究的过程中更容易设定精确的碎石颗粒形状参数值，生成不规则的随时颗粒，用于反应反映碎石的真实情况，特别是碎石颗粒的可破碎性也更能反映碎石的真实情况，易于控制各种变量，可重复性强，能够对物理试验进行印证和补充。

技术领域

本发明涉及煤矿井下安全预测的技术领域，具体涉及一种考虑形状参数的可破碎碎石颗粒生成方法。

背景技术

我国长年的煤矿生产活动造成矿区存在大量的老采空区(采动稳定区)，由于开采技术的限制，采动稳定区内封存了丰富的煤层气资源。对于这一资源量的评估，国内外尚未形成一套准确有效的方法。原因之一在于采动稳定区煤层气储层特性参数(渗透率、孔隙率等)受采动影响在空间任意位置会发生不同程度的变化，难以通过定量的方式描述。因此，需要深入了解煤层气储层特性参数的变化规律。采动稳定区煤层气储层是指采动卸压基本稳定后能够储集和渗滤煤层气的煤岩层，主要涉及覆岩冒落带和裂隙带等。碎石颗粒形态和孔隙结构的差异性，往往导致加载后碎石体目标范围的孔隙率发生不同程度的变化。然而以往学者在分析碎石压密特性时一般重点关注碎石材料的本构关系，极少研究碎石孔隙率与碎石颗粒形态的内在联系以及碎石孔隙率空间分布的非均匀性。由于采空区岩体所处环境的隐蔽性，冒落带碎石的形貌特征和粒径分布难以确定。研究者往往将现场取回的岩体破碎、筛分成不规则的碎石，然后在室内进行压实特征试验。室内测试方法是研究破碎岩石压实特性的主要手段，然而在调整和获取孔隙率、块径等参量时存在一定的局限性。与之相比，数值计算方法易于控制各种变量，可重复性强，能够对物理试验进行印证和补充。而现有碎石颗粒形态的建模生成的数值计算方法往往比较复杂，并不能简单、精确设定碎石颗粒形状参数值，导致对碎石颗粒形态和孔隙结构的差异性的研究相对复杂，且精度不高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种考虑形状参数的可破碎碎石颗粒生成方法，使得在进行碎石颗粒形态和孔隙结构的差异性研究的过程中更容易设定精确的碎石颗粒形状参数值，生成不规则的碎石颗粒，用于反应反映碎石的真实情况，特别是碎石颗粒的可破碎性也更能反映碎石的真实情况，易于控制各种变量，可重复性强，能够对物理试验进行印证和补充。

本发明提供一种考虑形状参数的可破碎碎石颗粒生成方法，包括步骤：

S1：初始化碎石颗粒的等效粒径期望值D和长宽比期望值α₀；

S2：在PFC^2D平台中，设定碎石颗粒生成区域，在碎石颗粒生成区域中生成圆形颗粒集合体，其中，所述圆形颗粒集合体中的圆形颗粒的粒径d₀相同，且D＜d₀≤1.5D；

S3：将圆形颗粒集合体中的圆形粒子的圆心进行存储，得到存储圆心的中心点集合；

S4：在PFC^2D平台上，根据存储的圆心和长宽比期望值α₀，在碎石颗粒生成区域中生成碎石颗粒多边形。

进一步，所述步骤S4包括：

S41：初始化误差阈值；

S42：随机选取中心点集合中未被遍历的圆心，在PFC^2D平台中，以该圆心o为作为极点，以水平线ox为极轴，建立当前极坐标系；

S43：初始化极径r₁，r₂…r_n和极角