[发明专利]一种矿井采煤工作面的精确数值模拟模型的构建方法

说明书

本发明涉及一种矿井采煤工作面的精确数值模拟模型的构建方法，采用犀牛软件，基于地下煤层的底板或顶板等高线和钻孔数据，利用插值法构建真实起伏且厚度变化的煤层模型；根据实际工程中各采煤工作面的位置坐标划分采煤工作面模型，然后对各采煤工作面沿推进方向划分为若干个块，建立采煤工作面可分步开挖的煤层模型，最后对整个煤层模型进行网格剖分，导入到数值模拟软件即完成了矿井采煤工作面的精确数值模拟模型的构建，大大提高了建模精度和建模效率。

技术领域

本发明涉及煤矿开采数值模拟领域，具体为一种矿井采煤工作面的精确数值模拟模型的构建方法。

背景技术

采用数值模型模拟地下煤炭资源的开采过程是分析采动条件下矿山压力变化的常用手段。构建一个精确描述地下煤层及采煤工作面布置情况的数值计算模型，是使用该方法进行数值模拟计算的基础。然而当前还没有一种较完备方法，实现采煤工作面的精确数值模拟模型的构建，主要制约有以下几点：1)地下煤层赋存呈现明显地非均一性，煤层在水平向上起伏不定，在垂向上厚度不均一，要想在数值计算软件中建立精确的煤层模型，十分困难；2)即便存在建模软件实现对煤层的精确构建，然如何将建立的模型导入数值计算软件中，一直是个难题；3)获得了煤层整体的起伏状态后，如何在煤层上精确建立采煤工作面，并在数值模型中，调用命令模拟工作面的开挖，是另一个难题。

现有技术中建立煤层模型的方法有以下几种，但均有明显不足：1)用平均值来描述煤层整体的不均一性。根据获得的钻孔数据，对描述煤层赋存条件的主要参数如厚度、倾角等都是取其加权平均值，用一固定的参数来描述煤层整体的起伏变化。该方法建立的煤层是形状十分规整，但完全不符合地下真实的采掘空间中煤层的赋存状态。2)采用钻孔数据，通过插值算法获得煤层底板(或顶板)的起伏状态，建立煤层底板(或顶板)曲面，然后对该曲面沿煤厚方向拉伸，从而获得具有一定起伏状的煤层。采用这种方法可以获得具有一定起伏形状的煤层，但是默认煤厚不变，建立的模型中煤层顶板与底板的起伏状态完全相同，也不能很好描述煤层真是赋存条件。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种矿井采煤工作面的精确数值模拟模型的构建方法，包括如下步骤：

S1，采用犀牛软件建立精确的煤层底板曲面，包括选定数值模拟区域内的煤层底板等高线，按某一固定长度提取等高线上的点，获得等高线点云，让任意靠近的三个点相互组合，形成由三角形单元面构成的不光滑的底板网格面，采用布帘逻辑运算覆盖在网格面上，形成有一定起伏且光滑过渡的煤层底板曲面；

S2，结合该数值模拟区域内的钻孔柱状数据获得不同位置处煤层的厚度，利用不同位置处的煤层厚度对煤层顶板面进行插值运算，从而确定煤层的顶板曲面，由顶板曲面和底板曲面就构成了有一定厚度且真实起伏的煤层模型；

S3，在步骤S2建立的煤层模型的底板曲面上，根据矿井采掘平面图，找到实际工程中各采煤工作面位置处的坐标，确定各采煤工作面在煤层模型的底板曲面的位置，然后向上投影至顶板曲面获得各个采煤工作面的位置；

S4，将每个采煤工作面沿推进方向划分成若干个开挖模块，建立可分步开挖的煤层模型；

优选的，沿着开采方向做出采煤工作面推进的轨迹线，将该轨迹线等分成若干份即获得可分若干步开挖掉的煤层模型。

S5，将步骤S4建立的煤层模型中的所有曲面和块体组合，形成非流形闭合曲面，对整体曲面进行网格剖分，获得煤层模型的面网格和体网格；

S6，将步骤S5建立的煤层模型导入到数值模拟软件中。

优选的，所述数值模拟软件可以是FLAC3D。

优选的，步骤S1中的煤层底板等高线也可以是煤层顶板等高线，此时建立的为煤层顶板曲面，对应的，步骤S2中通过插值运算确定煤层的底板曲面。