[发明专利]基于矿岩破裂的松动体、放出体及崩落矿岩形状的模拟方法

说明书

本发明提供一种基于矿岩破裂的松动体、放出体及崩落矿岩形状的模拟方法，所述方法包括：根据椭圆及其内接多边形的几何关系，采用椭圆的内接多边形模拟实际不规则矿岩散体形状，利用颗粒流数值软件构建不规则颗粒模型；根据已知放矿室内试验中所用散体材料的物理力学性质，研究松动体和放出体的形态变化规律,确定放矿数值模型及颗粒细观力学参数；通过改变颗粒间的平行粘结强度，进行放矿数值试验确定平行粘结强度和矿岩二次破裂的关系；验证不规则颗粒模型以及放矿数值模型的准确性。不仅实现了散体颗粒在形状上与实际矿岩散体更为接近，而且满足了矿岩能够发生二次破裂的特性，提高了放矿数值模型研究的准确性。

技术领域

本发明涉及地质研究技术领域，特别是指一种基于矿岩破裂的松动体、放出体及崩落矿岩形状的模拟方法。

背景技术

实际矿山中的矿岩形状不规则，且在放矿过程中会由于相互之间的挤压和剪切而出现二次破裂现象，形成新的不规则散体。而实际的放矿室内试验模型，仅能达到几何相似，不能做到力学相似，因此，试验中散体材料不会出现二次破裂现象。此外，在基于离散单元法的放矿数值研究中，绝大多数是采用球形颗粒模型或双颗粒模型(也被称为花生模型，Peanut Model)。上述两种模型存在如下两个缺点：(1)可靠性不强：不能很好地反映实际矿岩形状的不规则性，从而不能实现矿岩间的较高的内锁力(Inter locking Force)；(2)适用性不广：花生模型破裂后变成两个独立的球形颗粒，而球形颗粒本身为刚体，无法破裂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于矿岩破裂的松动体、放出体及崩落矿岩形状的模拟方法，能够准确模拟发生二次破裂的特征。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种基于矿岩破裂的松动体、放出体及崩落矿岩形状的模拟方法，所述方法包括：

根据椭圆及其内接多边形的几何关系，采用椭圆的内接多边形模拟实际不规则矿岩散体形状，利用颗粒流数值软件构建具有不规则颗粒模型；

根据已知放矿室内试验中所用散体材料的物理力学性质，确定放矿数值模型及颗粒细观力学参数；

通过改变颗粒间的平行粘结强度，进行放矿数值试验确定平行粘结强度和矿岩二次破裂的关系；

验证不规则颗粒模型以及矿数值模型的准确性。

优选的，所述根据椭圆及其内接多边形的几何关系，采用椭圆的内接多边形模拟实际不规则矿岩散体，包括：

将不规则颗粒模型实际面积S_clu表示为：

将不规则颗粒模型的等效半径r_clu表示为：

其中，S_p表示内接多边形的面积，ρ为不规则颗粒模型即内接多边形内的空隙率，a和b分别表示椭圆的半长轴和半短轴，θ_k表示多边形的第k个内角，e表示椭圆的离心率，r_cir表示椭圆外接圆的半径。

优选的，所述利用颗粒流数值软件构建不规则颗粒模型，包括：

根据r_cir和r_clu的关系，生成不同半径的圆形颗粒；

根据内接多边形的顶点坐标，编写程序生成表示内接多边形的墙体，并删除圆形颗粒；

根据既定空隙率ρ，在每个内接多边形内生成一定数量的圆形小颗粒并使其相互粘结，将所有墙体删除，圆形小颗粒间采用的粘结模型为平行粘结模型。

优选的，所述根据已知放矿室内试验中所用散体材料的物理力学性质，确定放矿数值模型及颗粒细观力学参数，包括：