本发明涉及采空区垮落带模拟领域，具体涉及考虑颗粒破碎的采空区垮落带破碎煤岩体压实模拟方法。
背景技术：
1、采空区垮落带一般由破碎煤岩体组成，其孔隙率高达30％～45％。由于采空区垮落带破碎煤岩体孔隙率高，渗透率大，大量来自邻近煤层的卸压瓦斯气体及邻近含水层水资源沿覆岩裂隙涌入采空区垮落带，影响工作面安全生产。同时，由于采空区垮落带破碎煤岩体具有一定的碎胀与压缩特性，在自重及上覆岩层重力作用下会发生不同程度的变形，直接影响采空区上方地表的稳定性。因此，研究采空区垮落带破碎煤岩体压实过程，以及压实过程中孔隙、破碎变化对指导工作面安全生产具有重要意义。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，本发明提出一种考虑颗粒破碎的采空区垮落带破碎煤岩体压实模拟方法，包括以下步骤：
2、a.自工程现场获取采空区垮落带大块煤岩体，在实验室对大块煤岩体加载破碎，获得实验室尺度的采空区垮落带破碎煤岩体；
3、b.对采空区垮落带破碎煤岩体进行ct扫描，将ct扫描获取的stl文件导入到pfc中，使用loop foreach函数遍历所有破碎煤岩体的每一个点的坐标，获取破碎煤岩体三维轮廓；
4、c.使用wall generate命令建立破碎煤岩体三维轮廓的外接立方墙体，向外接立方墙体内投放ball子颗粒，设置ball子颗粒的密度及刚度；待外接立方墙体结构运算平衡后，删除外接立方墙体外部的ball子颗粒，保留外接立方墙体内部的ball子颗粒；
5、使用fish语言记录剩余的外接立方墙体内部的ball子颗粒的坐标，使用pebble关键字在每一个ball的位置生成一个pebble子颗粒，随后删除所有ball子颗粒及外接立方墙体，此时得到的为由pebble子颗粒组成的刚性颗粒簇，每个刚性颗粒簇代表一个破碎煤岩体；
6、d.采用domain extent命令设定整个压实模型计算区域；
7、创建三维采空区墙体，所述三维采空区墙体为顶部开口底面水平设置的长方体结构，所述三维采空区墙体内部形成空腔；
8、e.将步骤c获取的所有刚性颗粒簇投放到采空区墙体内；使用loop foreach函数遍历所有刚性颗粒簇的pebble子颗粒坐标，然后利用ball creat命令在每一个pebble子颗粒位置生成一个ball子颗粒，使用clump delete命令删除所有的pebble子颗粒，pebble子颗粒组成的刚性颗粒簇变成ball子颗粒组成柔性颗粒簇；设置ball子颗粒的密度及刚度，使用cycle命令使柔性颗粒簇运算平衡；
9、f.使用cmat命令设置ball-ball之间以及ball-facet之间的默认接触为滑动摩擦阻力模型，使用contact method命令将ball-ball之间的接触转为平行粘结模型；对ball子颗粒进行赋参，包括抗拉强度，粘聚力，内摩擦角，摩擦系数，弹性模量，刚度比；
10、g.设置整个压实模型的重力，使柔性颗粒簇利用自重下降并计算平衡；使用fish语言监测柔性颗粒簇平衡后的坐标，在所有柔性颗粒簇最外处使用wall命令建立一面加载墙体；
11、h.设定计算柔性颗粒簇间孔隙率的公式及命令；
12、i.基于fish语言设定计算整个压实模型加载过程中z方向的应力、应变、压实度的公式及命令，同时使用history命令进行实时记录；
13、j.在整个压实模型加载过程中使用fragment命令实时监测柔性颗粒簇的破碎情况，即破碎后柔性颗粒簇内子颗粒的数量；
14、k.定义计算频率cal_frequency，记录频率record_frequency，初始裂纹数量liewen_record为0，采用fish语言进行判断，当record_frequency-wezz≤cal_frequency时，记录此时的声发射事件数量ae_num＝crack_num-liewen_record，同时令record_frequency＝wezz，liewen_record＝crack_num，循环记录每次的声发射事件数量，直至加载结束；
15、l.使用wall attribute命令设置加载墙体的加载速度；
16、m.设置整个压实模型的最大应力加载条件，使用solve fishhalt命令对整个压实模型求解。
17、优选的，步骤f中，只对同一柔性颗粒簇内的ball子颗粒施加接触，不同柔性颗粒簇之间的ball子颗粒不施加接触。
18、优选的，步骤h中，采用第一公式计算柔性颗粒簇间的孔隙率pb，所述第一公式为
19、
20、公式中，pm是测量圆测量的孔隙率，由measure porosity命令获取；vm是测量圆的体积；s为采空区墙体的底面积；h0为柔性颗粒簇初始堆积高度；disp为加载墙体下降的位移，下降方向为z方向向下，可由wall disp命令获取；
21、优选的，步骤i中，分别采用第二公式、第三公式、第四公式计算整个压实模型加载过程中z方向的应力tzz、应变wezz、压实度dc，所述第二公式为tzz＝fzz/s；所述第三公式为所述第四公式为公式中，fzz为加载墙体上的力，由wall forcecontact命令获取。
22、有益效果：1.本发明给出了一种考虑颗粒破碎的采空区垮落带破碎煤岩体压实模拟方法，利用此方法可以还原实验室尺度的采空区垮落带破碎煤岩体压实过程；
23、2.本发明给出了采空区垮落带破碎煤岩体压实过程中孔隙率变化的精确计算方法及应力、应变、压实度的计算公式，并可得到模型计算过程中的孔隙率、应力、应变、压实度的变化值及相应曲线；
24、3.本发明给出了采空区垮落带破碎煤岩体压实过程中声发射监测的模拟方法，可以得到破碎煤岩体压实过程中的声发射变化情况及破碎煤岩体破碎情况；
25、4.本发明采用柔性颗粒簇计算方式，相比传统刚性颗粒簇计算方式，本发明能够实现建立考虑破碎煤岩体真实颗粒形状和破碎煤岩体压缩过程中破碎的胶结离散元模型；能够更加真实地反映破碎煤岩体的压实破碎过程。
1.考虑颗粒破碎的采空区垮落带破碎煤岩体压实模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
