CN115753442B - 适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法及装置 - Google Patents

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CN115753442B CN202211358462.1A CN202211358462A CN115753442B CN 115753442 B CN115753442 B CN 115753442B CN 202211358462 A CN202211358462 A CN 202211358462A CN 115753442 B CN115753442 B CN 115753442B
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Abstract

本申请公开一种适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法及装置，其中，方法包括：基于预设模型试验，拟合不同荷载条件下垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程；构建采空区围岩、覆岩以及地表的三维计算模型，从而模拟工作面的开挖过程，得到工作面开挖后研究区域的重分布应力场；进而读取垮落带范围内每一个计算单元的荷载，并代入垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，计算垮落带范围内每一个计算单元的蠕变参数；基于蠕变参数，模拟垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，得到煤矿采空区覆岩及地表长期变形模拟结果。由此，解决了相关技术中未能考虑垮落带不同区域的岩体蠕变特性的差异，降低煤矿采空区长期变形数值模拟结果的准确性等问题。

Description

适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法及装置
技术领域
本申请涉及数据模拟处理技术领域，特别涉及一种适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法及装置。
背景技术
地下煤层开采结束后，覆岩及地表的变形并不会立刻停止，而是会随着时间的增长继续发生变形，可以被称为长期变形，采空区长期变形会影响覆岩及地表建筑物的施工运营安全性，对采空区的长期变形做出预测能够指导工程的安全施工运营。
相关技术中，由于冒落带垮落岩体在覆岩压应力作用下产生蠕变，导致煤矿采空区长期变形的，可以通过冒落带垮落岩体蠕变特，使用数值模拟的方法预测煤矿采空区的长期变形。
然而，相关技术中未能考虑垮落带不同区域的岩体蠕变特性的差异，降低了煤矿采空区长期变形数值模拟结果的准确性，无法满足预测煤矿采空区长期变形的需求，亟待解决。
发明内容
本申请提供一种适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法及装置，以解决相关技术中未能考虑垮落带不同区域的岩体蠕变特性的差异，降低了煤矿采空区长期变形数值模拟结果的准确性，无法满足预测煤矿采空区长期变形的需求等问题。
本申请第一方面实施例提供一种适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法，包括以下步骤：基于预设模型试验，拟合不同荷载条件下垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程；构建采空区围岩、覆岩以及地表的三维计算模型，基于所述三维计算模型模拟工作面的开挖过程，得到工作面开挖后研究区域的重分布应力场；基于所述重分布应力场，读取垮落带范围内每一个计算单元的荷载，并代入所述垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，计算所述垮落带范围内每一个计算单元的蠕变参数；基于所述蠕变参数，模拟垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，得到煤矿采空区覆岩及地表长期变形模拟结果。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述基于预设模型试验，拟合不同荷载条件下垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，包括：基于钻探资料和影像资料，结合分形理论得到垮落带岩体的粒径、级配特征，并根据预设的相似比得到垮落带岩体的模型试验试样；将所述模型试验试样装入压力缸中，施加不同预设法向荷载，以在所述模型试验试样变形速率到预设稳定条件时，得到荷载水平下的蠕变曲线；根据所述蠕变曲线拟合得到不同荷载水平下垮落岩体的蠕变参数，拟合得到所述变化方程。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述构建采空区围岩、覆岩以及地表的三维计算模型，包括：在建立所述三维计算模型的过程中，按照预设规范计算不同工作面垮落带的高度，并在所述三维计算模型中对垮落带单独分割实体，对所述实体使用预设的网格进行剖分。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述基于所述三维计算模型模拟工作面的开挖过程，得到工作面开挖后研究区域的重分布应力场，包括：根据现场工作面的掘进进度，分段对垮落带单元进行参数折减，通过预设等价开采的方式模拟工作面的开挖过程，得到开挖完成后的重分布应力场。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述基于所述蠕变参数，模拟垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，得到煤矿采空区覆岩及地表长期变形模拟结果，包括：根据所述蠕变参数对所述每一个计算单元进行赋参，并给予预设计算时步计算对应时间段内垮落带岩体的蠕变，以模拟出所述时间段内采空区的长期变形情况。
本申请第二方面实施例提供一种适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟装置，包括：拟合模块，用于基于预设模型试验，拟合不同荷载条件下垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程；构建模块，用于构建采空区围岩、覆岩以及地表的三维计算模型，基于所述三维计算模型模拟工作面的开挖过程，得到工作面开挖后研究区域的重分布应力场；计算模块，用于基于所述重分布应力场，读取垮落带范围内每一个计算单元的荷载，并代入所述垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，计算所述垮落带范围内每一个计算单元的蠕变参数；模拟模块，用于基于所述蠕变参数，模拟垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，得到煤矿采空区覆岩及地表长期变形模拟结果。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述拟合模块包括：第一获取单元，用于基于钻探资料和影像资料，结合分形理论得到垮落带岩体的粒径、级配特征，并根据预设的相似比得到垮落带岩体的模型试验试样；第二获取单元，用于将所述模型试验试样装入压力缸中，施加不同预设法向荷载，以在所述模型试验试样变形速率到预设稳定条件时，得到荷载水平下的蠕变曲线；拟合单元，用于根据所述蠕变曲线拟合得到不同荷载水平下垮落岩体的蠕变参数，拟合得到所述变化方程。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述构建模块进一步用于在建立所述三维计算模型的过程中，按照预设规范计算不同工作面垮落带的高度，并在所述三维计算模型中对垮落带单独分割实体，对所述实体使用预设的网格进行剖分。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述构建模块进一步用于根据现场工作面的掘进进度，分段对垮落带单元进行参数折减，通过预设等价开采的方式模拟工作面的开挖过程，得到开挖完成后的重分布应力场。
可选地，在本申请的一个实施例中，所述模拟模块进一步用于根据所述蠕变参数对所述每一个计算单元进行赋参，并给予预设计算时步计算对应时间段内垮落带岩体的蠕变，以模拟出所述时间段内采空区的长期变形情况。
本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法。
本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法。
本申请实施例可以基于模型试验，拟合不同荷载条件下垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，并构建采空区围岩、覆岩以及地表的三维计算模型，从而模拟工作面的开挖过程，得到工作面开挖后研究区域的重分布应力场，进而读取垮落带范围内每一个计算单元的荷载，并代入垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，计算垮落带范围内每一个计算单元的蠕变参数，基于蠕变参数，模拟垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，得到煤矿采空区覆岩及地表长期变形模拟结果，从而提升了煤矿采空区长期变形数值模拟结果的准确性，有效的满足预测煤矿采空区长期变形的需求。由此，解决了相关技术中未能考虑垮落带不同区域的岩体蠕变特性的差异，降低了煤矿采空区长期变形数值模拟结果的准确性，无法满足预测煤矿采空区长期变形的需求等问题。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请实施例提供的一种适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法的流程图；
图2为本申请一个具体实施例的拟合蠕变参数随荷载的变化函数的示意图；
图3为本申请一个具体实施例的重分布应力场计算结果示意图；
图4为本申请一个具体实施例的长期变形计算结果示意图；
图5为本申请一个具体实施例的垮落带分段蠕变计算方法示意图；
图6为根据本申请实施例的适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟装置的结构示意图；
图7为根据本申请实施例的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法及装置。针对上述背景技术中心提到的相关技术中未能考虑垮落带不同区域的岩体蠕变特性的差异，降低了煤矿采空区长期变形数值模拟结果的准确性，无法满足预测煤矿采空区长期变形的需求的问题，本申请提供了一种适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法，在该方法中，可以基于模型试验，拟合不同荷载条件下垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，并构建采空区围岩、覆岩以及地表的三维计算模型，从而模拟工作面的开挖过程，得到工作面开挖后研究区域的重分布应力场，进而读取垮落带范围内每一个计算单元的荷载，并代入垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，计算垮落带范围内每一个计算单元的蠕变参数，基于蠕变参数，模拟垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，得到煤矿采空区覆岩及地表长期变形模拟结果，从而提升了煤矿采空区长期变形数值模拟结果的准确性，有效的满足预测煤矿采空区长期变形的需求。由此，解决了相关技术中未能考虑垮落带不同区域的岩体蠕变特性的差异，降低了煤矿采空区长期变形数值模拟结果的准确性，无法满足预测煤矿采空区长期变形的需求等问题。
具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法的流程示意图。
如图1所示，该适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法包括以下步骤：
在步骤S101中，基于预设模型试验，拟合不同荷载条件下垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程。
可以理解的是，本申请实施例可以基于下述步骤中的模型试验，得到不同荷载条件下垮落带岩体的蠕变特性，并拟合垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化函数P(σzz)，从而可以通过考虑垮落带不同区域内岩体蠕变特性存在的差异，有效的提升了煤矿采空区长期变形数值模拟的可行性。
需要说明的是，预设模型试验由本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不作具体限定。
其中，在本申请的一个实施例中，基于预设模型试验，拟合不同荷载条件下垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，包括：基于钻探资料和影像资料，结合分形理论得到垮落带岩体的粒径、级配特征，并根据预设的相似比得到垮落带岩体的模型试验试样；将模型试验试样装入压力缸中，施加不同预设法向荷载，以在模型试验试样变形速率到预设稳定条件时，得到荷载水平下的蠕变曲线；根据蠕变曲线拟合得到不同荷载水平下垮落岩体的蠕变参数，拟合得到变化方程。
在实际执行过程中，本申请实施例可以首先根据钻探资料以及影像资料，结合分形理论得到垮落带岩体的粒径、级配特征，然后根据一定的相似比，制作模型试验试样，例如，本申请实施例可以制作不同粒径的垮落带岩块试样，并根据现场的级配特征对岩块试样进行组合，得到垮落带岩体的模型试验试样。
又例如，本申请实施例可以将垮落带岩体模型试验试样装入压力缸中，对其施加一定的法向荷载σzz1，随着加载时间的增加，试样逐渐被压实，在这个过程中保持荷载恒定直至试样的变形速率趋于稳定，得到荷载水平σzz1下的蠕变曲线，根据蠕变曲线可以拟合得到荷载水平σzz1下垮落岩体的蠕变参数P(σzz1)，同样的，可以对试样施加不同的法向荷载σzz2、σzz3、σzz4……σzzn，即可得到不同荷载水平下垮落带岩体的蠕变参数P(σzz2)、P(σzz3)、P(σzz4)……P(σzzn)，最后，如图2所示，可以拟合出蠕变参数随荷载的变化函数P(σzz)。
需要说明的是，预设的相似比、预设法向荷载和预设稳定条件由本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不作具体限定。
在步骤S102中，构建采空区围岩、覆岩以及地表的三维计算模型，基于三维计算模型模拟工作面的开挖过程，得到工作面开挖后研究区域的重分布应力场。
可以理解的是，本申请实施例可以根据现场的勘察资料，构建下述步骤中的采空区围岩、覆岩以及地表的三维计算模型，并导入数值模拟软件中，基于三维计算模型模拟工作面的开挖过程，得到工作面开挖完成后研究区域的重分布应力场，从而有效的提升了研究区域数据的全面性和可靠性。
举例而言，如图3所示，本申请实施例可以根据现场的勘察资料，建立研究区域的数值计算模型，对不同的煤层和地层赋予相应的计算参数，并使用等价开采的方式模拟工作面的开采过程，得到工作面开采完成后研究区域内的重分布应力场σ(x,y,z)以及位移场。
其中，在本申请的一个实施例中，构建采空区围岩、覆岩以及地表的三维计算模型，包括：在建立三维计算模型的过程中，按照预设规范计算不同工作面垮落带的高度，并在三维计算模型中对垮落带单独分割实体，对实体使用预设的网格进行剖分。
作为一种可能实现的方式，本申请实施例可以在建立三维计算模型的过程中，按照规范计算出不同工作面垮落带的高度，在三维计算模型中对垮落带单独分割实体，并对该实体使用更精密的网格进行剖分，从而有效的提升了计算结果的准确性和可靠性。
具体而言，本申请实施例可以首先对三维计算模型的边界进行固定，对底面固定垂直位移，同时对模型四周固定法向位移，顶面采取自由边界，并设置重力加速度，构建初始重分布应力场，以保证三维计算模型的可靠性和适用性。
需要说明的是，预设规范和预设的网格由本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不作具体限定。
其中，在本申请的一个实施例中，基于三维计算模型模拟工作面的开挖过程，得到工作面开挖后研究区域的重分布应力场，包括：根据现场工作面的掘进进度，分段对垮落带单元进行参数折减，通过预设等价开采的方式模拟工作面的开挖过程，得到开挖完成后的重分布应力场。
在一些实施例中，本申请实施例可以根据现场工作面的掘进进度，分段对垮落带单元进行参数折减，通过等价开采的方式模拟工作面的开挖过程以及工作面长期变形过程，得到研究区域内的变形位移场，并基于仅包含隧道及其围岩的小尺度模型，固定边界位移，得到开挖完成后的重分布应力场，从而有效的提升了模拟结果的精确性。
需要说明的是，预设等价开采的方式由本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不作具体限定。
在步骤S103中，基于重分布应力场，读取垮落带范围内每一个计算单元的荷载，并代入垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，计算垮落带范围内每一个计算单元的蠕变参数。
在实际执行过程中，本申请实施例可以读取垮落带范围内每一个计算单元延重力方向的应力大小σzz(xn,yn,zn)，代入蠕变参数随荷载的变化方程P(σzz),即可计算得到垮落带范围内每一个计算单元更准确的蠕变参数P(xn,yn,zn)，从而有效的提升了模拟整个采空区的长期变形可执行性和适应性。
举例而言，本申请实施例可以基于上述步骤中得到的重分布应力场，提取垮落带范围内各个单元z方向的应力，得到垮落带岩体z方向上的应力场σzz(xn,yn,zn)，带入上述步骤中得到的蠕变参数随荷载的变化函数P(σzz)，从而得到垮落带岩体的蠕变参数场P(xn,yn,zn)。
在步骤S104中，基于蠕变参数，模拟垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，得到煤矿采空区覆岩及地表长期变形模拟结果。
可以理解的是，本申请实施例可以基于蠕变参数，模拟垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，举例而言，如图4所示，可以通过三维计算模型模拟软件进行蠕变计算，从而可以计算垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，得到煤矿采空区覆岩及地表长期变形模拟结果，进而提升了煤矿采空区长期变形数值模拟结果的准确性，有效的满足预测煤矿采空区长期变形的需求。
其中，在本申请的一个实施例中，基于蠕变参数，模拟垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，得到煤矿采空区覆岩及地表长期变形模拟结果，包括：根据蠕变参数对每一个计算单元进行赋参，并给予预设计算时步计算对应时间段内垮落带岩体的蠕变，以模拟出时间段内采空区的长期变形情况。
作为一种可能实现的方式，本申请实施例可以在工作面的开采过程计算完成后，通过代码遍历所有的计算单元，当计算单元处于垮落带范围内时，则读取该计算单元的压应力σzz(xn,yn,zn)，并根据蠕变参数随荷载的变化函数P(σzz)，计算得到该计算单元的蠕变参数P(xn,yn,zn)，最后按照计算结果对该计算单元进行赋参。
接着，当蠕变参数赋参完成后，本申请实施例可以根据实际情况设置一定的计算时步step，并计算对应时间段内垮落带岩体的蠕变，由于垮落带岩体发生蠕变变形，围岩及地表会随之产生协同变形，以此模拟出一定时间内采空区的长期变形情况，提升了煤矿采空区长期变形数值模拟结果的准确性和可靠性，有效的满足预测煤矿采空区长期变形的需求。
需要说明的是，预设计算时步由本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不作具体限定。其中，由于工作面的开采过程会对采空区的长期变形产生影响，即开切眼附近的垮落带岩体由于开采较早，工作面停采时刻已经经过了一段时间的压实蠕变，后续的变形空间更小，可以根据工作面的开采速度对垮落带进行分段并依次计算蠕变，以提升结果的准确性。
举例而言，如图5所示，本申请实施例以现场工作面开采速度为依据，对垮落带范围内的计算单元进行分段，在实际开采过程中，工作面在时间间隔Δt内向前推进一段距离L，与此对应地，则在数值计算过程中先对开切眼一侧，延开采方向长度为L范围内的计算单元进行赋参，并进行时长为Δt的蠕变计算，然后再对下一段长度为L范围内的计算单元进行赋参，并设置蠕变计算时长为Δt，直至完成蠕变计算。
根据本申请实施例提出的适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法，可以基于模型试验，拟合不同荷载条件下垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，并构建采空区围岩、覆岩以及地表的三维计算模型，从而模拟工作面的开挖过程，得到工作面开挖后研究区域的重分布应力场，进而读取垮落带范围内每一个计算单元的荷载，并代入垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，计算垮落带范围内每一个计算单元的蠕变参数，基于蠕变参数，模拟垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，得到煤矿采空区覆岩及地表长期变形模拟结果，从而提升了煤矿采空区长期变形数值模拟结果的准确性，有效的满足预测煤矿采空区长期变形的需求。由此，解决了相关技术中未能考虑垮落带不同区域的岩体蠕变特性的差异，降低了煤矿采空区长期变形数值模拟结果的准确性，无法满足预测煤矿采空区长期变形的需求等问题。
其次参照附图描述根据本申请实施例提出的适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟装置。
图6是本申请实施例的适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟装置的方框示意图。
如图6所示，该适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟装置10包括：拟合模块100、构建模块200、计算模块300和模拟模块400。
具体地，拟合模块100，用于基于预设模型试验，拟合不同荷载条件下垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程。
构建模块200，用于构建采空区围岩、覆岩以及地表的三维计算模型，基于三维计算模型模拟工作面的开挖过程，得到工作面开挖后研究区域的重分布应力场。
计算模块300，用于基于重分布应力场，读取垮落带范围内每一个计算单元的荷载，并代入垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，计算垮落带范围内每一个计算单元的蠕变参数。
模拟模块400，用于基于蠕变参数，模拟垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，得到煤矿采空区覆岩及地表长期变形模拟结果。
可选地，在本申请的一个实施例中，拟合模块100包括：第一获取单元、第二获取单元和拟合单元。
其中，第一获取单元，用于基于钻探资料和影像资料，结合分形理论得到垮落带岩体的粒径、级配特征，并根据预设的相似比得到垮落带岩体的模型试验试样。
第二获取单元，用于将模型试验试样装入压力缸中，施加不同预设法向荷载，以在模型试验试样变形速率到预设稳定条件时，得到荷载水平下的蠕变曲线。
拟合单元，用于根据蠕变曲线拟合得到不同荷载水平下垮落岩体的蠕变参数，拟合得到变化方程。
可选地，在本申请的一个实施例中，构建模块200进一步用于在建立三维计算模型地过程中，按照预设规范计算不同工作面垮落带的高度，并在三维计算模型中对垮落带单独分割实体，对实体使用预设的网格进行剖分。
可选地，在本申请的一个实施例中，构建模块200进一步用于根据现场工作面的掘进进度，分段对垮落带单元进行参数折减，通过预设等价开采的方式模拟工作面的开挖过程，得到开挖完成后的重分布应力场。
可选地，在本申请的一个实施例中，模拟模块400进一步用于根据蠕变参数对每一个计算单元进行赋参，并给予预设计算时步计算对应时间段内垮落带岩体的蠕变，以模拟出时间段内采空区的长期变形情况。
需要说明的是，前述对适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法实施例的解释说明也适用于该实施例的适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟装置，此处不再赘述。
根据本申请实施例提出的适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟装置，可以基于模型试验，拟合不同荷载条件下垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，并构建采空区围岩、覆岩以及地表的三维计算模型，从而模拟工作面的开挖过程，得到工作面开挖后研究区域的重分布应力场，进而读取垮落带范围内每一个计算单元的荷载，并代入垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，计算垮落带范围内每一个计算单元的蠕变参数，基于蠕变参数，模拟垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，得到煤矿采空区覆岩及地表长期变形模拟结果，从而提升了煤矿采空区长期变形数值模拟结果的准确性，有效的满足预测煤矿采空区长期变形的需求。由此，解决了相关技术中未能考虑垮落带不同区域的岩体蠕变特性的差异，降低了煤矿采空区长期变形数值模拟结果的准确性，无法满足预测煤矿采空区长期变形的需求等问题。
图7为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括：
存储器701、处理器702及存储在存储器701上并可在处理器702上运行的计算机程序。
处理器702执行程序时实现上述实施例中提供的适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法。
进一步地，电子设备还包括：
通信接口703，用于存储器701和处理器702之间的通信。
存储器701，用于存放可在处理器702上运行的计算机程序。
存储器701可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
如果存储器701、处理器702和通信接口703独立实现，则通信接口703、存储器701和处理器702可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(Industry Standard Architecture，简称为ISA)总线、外部设备互连(PeripheralComponent，简称为PCI)总线或扩展工业标准体系结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称为EISA)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图7中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
可选地，在具体实现上，如果存储器701、处理器702及通信接口703，集成在一块芯片上实现，则存储器701、处理器702及通信接口703可以通过内部接口完成相互间的通信。
处理器702可能是一个中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)，或者是特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称为ASIC)，或者是被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于预设模型试验，拟合不同荷载条件下垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程；
构建采空区围岩、覆岩以及地表的三维计算模型，基于所述三维计算模型模拟工作面的开挖过程，得到工作面开挖后研究区域的重分布应力场；
基于所述重分布应力场，读取垮落带范围内每一个计算单元的荷载，并代入所述垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，计算所述垮落带范围内每一个计算单元的蠕变参数；以及
基于所述蠕变参数，模拟垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，得到煤矿采空区覆岩及地表长期变形模拟结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设模型试验，拟合不同荷载条件下垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，包括：
基于钻探资料和影像资料，结合分形理论得到垮落带岩体的粒径、级配特征，并根据预设的相似比得到垮落带岩体的模型试验试样；
将所述模型试验试样装入压力缸中，施加不同预设法向荷载，以在所述模型试验试样变形速率到预设稳定条件时，得到荷载水平下的蠕变曲线；
根据所述蠕变曲线拟合得到不同荷载水平下垮落岩体的蠕变参数，拟合得到所述变化方程。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建采空区围岩、覆岩以及地表的三维计算模型，包括：
在建立所述三维计算模型的过程中，按照预设规范计算不同工作面垮落带的高度，并在所述三维计算模型中对垮落带单独分割实体，对所述实体使用预设的网格进行剖分。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述三维计算模型模拟工作面的开挖过程，得到工作面开挖后研究区域的重分布应力场，包括：
根据现场工作面的掘进进度，分段对垮落带单元进行参数折减，通过预设等价开采的方式模拟工作面的开挖过程，得到开挖完成后的重分布应力场。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述蠕变参数，模拟垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，得到煤矿采空区覆岩及地表长期变形模拟结果，包括：
根据所述蠕变参数对所述每一个计算单元进行赋参，并给予预设计算时步计算对应时间段内垮落带岩体的蠕变，以模拟出所述时间段内采空区的长期变形情况。
6.一种适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟装置，其特征在于，包括：
拟合模块，用于基于预设模型试验，拟合不同荷载条件下垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程；
构建模块，用于构建采空区围岩、覆岩以及地表的三维计算模型，基于所述三维计算模型模拟工作面的开挖过程，得到工作面开挖后研究区域的重分布应力场；
计算模块，用于基于所述重分布应力场，读取垮落带范围内每一个计算单元的荷载，并代入所述垮落带岩体蠕变参数随荷载的变化方程，计算所述垮落带范围内每一个计算单元的蠕变参数；以及
模拟模块，用于基于所述蠕变参数，模拟垮落带岩体在荷载作用下的蠕变过程，得到煤矿采空区覆岩及地表长期变形模拟结果。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述拟合模块包括：
第一获取单元，用于基于钻探资料和影像资料，结合分形理论得到垮落带岩体的粒径、级配特征，并根据预设的相似比得到垮落带岩体的模型试验试样；
第二获取单元，用于将所述模型试验试样装入压力缸中，施加不同预设法向荷载，以在所述模型试验试样变形速率到预设稳定条件时，得到荷载水平下的蠕变曲线；
拟合单元，用于根据所述蠕变曲线拟合得到不同荷载水平下垮落岩体的蠕变参数，拟合得到所述变化方程。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述构建模块进一步用于在建立所述三维计算模型的过程中，按照预设规范计算不同工作面垮落带的高度，并在所述三维计算模型中对垮落带单独分割实体，对所述实体使用预设的网格进行剖分。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-5任一项所述的适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-5任一项所述的适用于煤矿采空区覆岩及地表变形的数值模拟方法。
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