[發明專利]礦巖崩落過程模擬方法及系統

有效

• 申請號: 201810541441.0
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108804792B8
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 賈明滔;方傳峰;魯芳;畢林;王李管;馮興隆;劉華武
• 申請（專利權）人: 中南大學;長沙迪邁數碼科技股份有限公司;云南迪慶有色金屬有限責任公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 劉宏

1.一種礦巖崩落過程模擬方法，用于對自然崩落法的拉底-崩落-出礦全過程的力學響應性態進行模擬，其特征在于，所述模擬包括以下步驟：

S1.對數值模型進行第N步拉底和出礦模擬，設定礦巖破壞判斷指標；

S2.遍歷網格單元，篩選出滿足所述礦巖破壞判據指標的網格單元作為崩落區(8)，進行所述崩落區(8)范圍及形態的圈定；

S3.對已圈定的所述崩落區(8)進行內部與邊界形態優化處理；

S4.判斷所述崩落區(8)是否崩透地表(2)，進行所述數值模型的網格單元更新；

S5.刪除礦堆(7)與圍巖之間的原有接觸面，在所述礦堆(7)與所述圍巖之間生成新的接觸面，并對新生成的接觸面賦值；

所述第N步拉底和出礦模擬完成后，按照所述S1～S5步驟，運行第N+1步拉底和出礦模擬；

所述步驟S4中，首先遍歷網格單元，判斷是否存在單元既屬于崩落區(8)同時屬于地表(2)，若存在，則崩落區(8)通透地表(2)，否則，崩落區(8)未通透地表(2)，所述數值模型網格單元的更新分為未通透地表網格單元更新S41和通透地表網格單元更新S42，更新步驟中引入崩落參數，所述崩落參數包括：出礦率或出礦量、礦堆碎脹系數、礦堆自然安息角、地表破碎區自然安息角；

所述未通透地表網格單元更新S41步驟包括：

S411.判斷礦堆(7)堆積情況，

通過計算崩落體積Vol，換算為實際礦堆體積V_N：

V_N＝(Vol-_-V_N)×ratio，式中：_-V_N為至第N步拉底累計出礦量，m³；Vol為至第N步拉底累計崩落體積，m³；ratio為所述礦堆碎脹系數，

情況一，實際礦堆體積V_N小于聚礦槽(5)體積與進路體積之和，礦堆頂部平鋪于聚礦槽(5)，頂部以下完全填充，

情況二，實際礦堆體積V_N大于聚礦槽(5)體積與進路體積之和且小于進路、聚礦槽(5)、拉底層(3)三者體積之和，礦堆頂部為弧形，所述弧形對應的弦以下完全填充，

情況三，實際礦堆體積V_N大于進路、聚礦槽(5)、拉底層(3)體積之和，礦堆(7)頂部為弧形，所述弧形對應的弦以下完全填充，

S412.確定礦堆(7)高度，

所述情況一，以進路最低端為起始高度h₀，以固定間距不斷向上增加，第N次增加固定間距后高度為h_0N，計算所述高度h_0N以下進路、聚礦槽(5)體積之和，當所述高度h_0N以下進路、聚礦槽(5)體積之和首次大于實際礦堆體積V_N時，停止h_0N增加，

分別計算所述h_0N高度以下和h_0N-1高度以下對應的礦堆體積，并與實際礦堆體積V_N對比，

選取所述高度h_0N和所述高度h_0N-1中對應礦堆體積與實際礦堆體積V_N最接近的高度為礦堆高度；

所述情況二，所述弧形對應弦長L的計算公式為：

式中：V_N為實際礦堆體積，m³；V₁為聚礦槽(5)體積，m³；agl為所述礦堆自然安息角，弧度制；h為設定的二維模型厚度，m；

當所述弦長L小于所述拉底層(3)寬度，拉底層(3)底端的高度即為礦堆高度h₁，

當所述弦長L大于所述拉底層(3)寬度，以拉底層(3)最低端為所述弧形對應弦的起始高度h₁，以固定間距不斷向上增加，第N次增加固定間距后高度為h_1N，按照式V₂＝((R²×angle-H×L×0.5)+(h_1N-h₁)×(xpos₂-xpos₁))×h計算拉底層(3)以上礦堆體積，當拉底層(3)以上礦堆體積V₂、進路體積、聚礦槽(5)體積V₁三者之和首次大于實際礦堆體積V_N時，停止h_1N增加，

式中，V₂為拉底層(3)以上礦堆體積，m³；R為圓弧所對應的圓的半徑，m；agl為所述礦堆自然安息角，弧度制；H為圓心至弦的垂直距離，m；L為弦長，m；h_1N以拉底層(3)最低端為起始高度，第N次增加固定間距后高度為h_1N，m；xpos₁與xpos₂為所述拉底層(3)左右兩個端點的橫坐標值，m；h為設定的二維模型的厚度，m，

分別計算所述h_1N高度和h_1N-1高度以下對應的拉底層(3)以上礦堆體積V₂、進路體積、聚礦槽(5)體積V₁三者之和，并與實際礦堆體積V_N對比，

選取所述高度h_1N和所述高度h_1N-1中對應拉底層(3)以上礦堆體積V₂、進路體積、聚礦槽(5)體積V₁三者之和與實際礦堆體積V_N最接近的高度為礦堆高度，

所述情況三，以拉底層(3)上端為所述弧形對應弦的起始高度h₂，以固定間距不斷向上增加，第N次增加固定間距后高度為h_2N，搜索崩落區(8)在h_2N水平的左右端點，所述左右端點形成的直線長度構成圓弧的弦長L，按照式V₃＝(R²×agl-H×L×0.5)×h計算弧形區域對應礦堆體積，式中：V₃為弧形區域對應礦堆體積，m³；R為圓弧所對應的圓的半徑，m；agl為所述礦堆自然安息角；H為圓心至弦的垂直距離，m；L為圓弧的弦長，m；h為設定的二維模型的厚度，m，

當h₂以上h_2N以下非圍巖區網格單元體積V₄、拉底層(3)頂板以下對應礦堆體積V₅和弧形區域對應礦堆體積V₃三者體積之和首次大于實際礦堆體積V_N時，停止h_2N的增加，

分別計算所述h_2N高度和h_2N-1高度以下所述三者體積之和，并與實際礦堆體積V_N對比，

選取所述高度h_2N和所述高度h_2N-1中對應所述三者體積之和與實際礦堆體積V_N最接近的高度為礦堆高度，

S413.未通透地表網格單元更新，

所述情況一，將崩落區(8)網格單元設定為空模型，選取所述礦堆(7)高度以下的本構模型，并修改所述本構模型的力學參數；

所述情況二和所述情況三，將崩落區(8)網格單元設定為空模型，選取所述弧形以下范圍內網格單元的本構模型，并修改所述本構模型的力學參數；

所述通透地表網格單元更新S42具體步驟為：

S421.將所述通透地表網格單元與左側圍巖接觸的網格單元劃分為組C，遍歷組C中網格單元，以所述組C網格單元為原點向左上方做射線，所述射線與水平面的夾角為地表破碎區自然安息角，若射線通過所述圍巖，則將所述網格單元從組C中消除，否則保留所述網格單元，

S422.遍歷所述S411步驟中所述保留網格單元，設定水平方向最右側的網格單元為左基準點，

S423.將所述通透地表網格單元與右側圍巖接觸的網格單元劃分為組D，遍歷組D中網格單元，以所述組D網格單元為原點向右上方做射線，所述射線與水平面的夾角為所述地表破碎區自然安息角，若射線通過所述圍巖，則將所述網格單元從組D中消除，否則保留所述網格單元，

S424.遍歷所述S423步驟中所述保留網格單元，設定水平方向最左側的網格單元為右基準點，

S425.以所述左基準點向左做射線，以所述右基準點向右做射線，所述射線與水平面夾角為所述地表破碎區自然安息角，設定所述兩條射線以內網格單元及與其連通的所述崩落網格單元為崩落區(8)，

S426.基于固定間距依次下移地表(2)輪廓線，并依次比較所述輪廓線以下非圍巖區網格單元總體積與實際礦堆體積V_N的關系，當非圍巖區網格單元總體積首次小于應沉積礦堆體積時，停止所述輪廓線的下移；

S427.計算停止所述輪廓線下移步驟對應的非圍巖區網格單元總體積和停止所述輪廓線下移前一步驟對應的非圍巖區網格單元總體積，將與實際礦堆體積V_N更為接近的非圍巖區網格單元總體積對應的所述輪廓線設置為精準輪廓線；

S428.設定所述精準輪廓線對應位置以上網格單元為空模型，選取所述精準輪廓線對應位置以下網格單元的本構模型，修改所述本構模型的力學參數。