基于光滑粒子动力学顶煤放落与输送过程仿真研究

目前针对综放开采中顶煤放出规律的数值模拟研究中,对于顶煤运动的连续-非连续性问题需复杂的耦合算法,必须解决煤岩界面信息精确交互问题,且忽略了刮板输送机输送过程。针对该问题,基于光滑粒子动力学构建了无网格数值计算模型,通过建立连续介质力学控制方程的光滑粒子动力学离散方程,并引入弹塑性土体本构模型和Drucker-Prager屈服准则,实现了顶煤坍塌、运移、放出过程的动态模拟。考虑采场实际放煤和输煤过程,构建了刮板输送机模型,模拟沿工作面水平方向顶煤放出和底煤输送过程,得到不同刮板输送机运行速度(0~1.5 m/s)下的煤岩界面和煤流速度变化规律。仿真结果表明:弹塑性土体本构模型可有效模拟颗粒的流动行为,通过设定摩擦角、弹性模量等材料参数,避免了传统离散元法模型的参数不定问题;煤流速度稳定后,放煤口附近的顶煤应力分布呈“双峰”形态;刮板输送机运行速度对放煤时间影响较大,但对终止的煤岩界面和放出体形状影响较小;多支架同时放煤需考虑刮板输送机的输送能力,不同支架之间的底煤输送干涉可能导致放煤口的堵塞效应;“见矸关门”准则导致不同放煤口放煤量存在差异,40个放煤口顶煤放出量的标准差(7.52 m^(2))高于自动放煤的标准差(1.93 m^(2))。