一种岩层移动数值模拟自动化建模方法

摘要

一种岩层移动数值模拟自动化建模方法，属于岩层移动数值模拟方法。对建模任务细分，有三个模块：数据输入与保存模块包括用户界面、软件接口、文件格式；数据运算模块包括岩层角点坐标运算、节理起始点坐标运算、节理长度与间隔运算及语言输出模块包括模型框架输出、力学性质赋值输出、边界条件及初始化输。根据真实的岩层状况，通过模块一输入原始数据，通过模块二进行建模运算，模块一保存建模结果；建模结果通过模块三转化为数值模拟软件语言代码，输出为文件，实现矿山压力数值模拟岩层移动模型自动化建模。优点：良好的用户界面使建模工作易于上手；自动完成数值模拟软件语言输出，保存为可被调用的文件；提高建模工作效率与模型解算准确率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩层移动数值模拟方法，特别是一种岩层移动数值模拟模型的自动化建模。

背景技术

在采矿工程矿山压力与岩层控制的研究中，采用各种岩层移动数值模拟软件（如UDEC、FLAC等）对岩层移动模型进行数值模拟，可以对工作面回采及巷道围岩的应力、位移、弹塑性等状况进行分析，得到岩层移动规律，从而可以分析出矿山压力显现规律，为现场生产实践提供较准确的参考数据。

但是，目前通用的岩层移动数值模拟软件（如UDEC）是命令驱动而非菜单驱动的计算程序，这就决定了它在建模过程中具有如下缺点：（1）入门难度较高，不易上手，人机界面不友好；（2）操作复杂，无法及时实现交互更改；（3）需要做大量繁复的工作和命令输入，费时费力；（4）人工建模与输入极易出错。这些都在无形中增加了用户使用软件进行数值模拟的难度。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对岩层移动数值模拟软件在建模方面存在的问题和不足，提供一种岩层移动数值模拟模型的自动化建模。

技术方案：本发明的目的是这样实现的：岩层移动数值模拟自动化建模方法通过对建模任务进行细分，并具体到模块，根据建模的步骤调用不同模块，实现岩层移动模型的自动化建立；包括三个模块，分别为：模块一、数据输入与保存模块；模块二、数据运算模块；及模块三、语言输出模块；

模块一，数据输入与保存模块具有用户界面、软件接口、文件格式三个子模块，进行原始数据的输入与模型结果的保存工作，并提供易于操作的用户界面；

模块二，数据运算模块具有岩层角点坐标运算、节理起始点坐标运算、节理长度与间隔运算三个子模块，对用户输入的原始数据进行建模运算，获得建模结果；

模块三，语言输出模块具有模型框架输出、力学性质赋值输出、边界条件及初始化输出三个子模块，将建模结果转化为数值模拟软件可执行的语言代码，并输出为文件。

根据真实的岩层状况，通过模块一输入原始数据，然后通过调用模块二进行建模运算，此时可通过模块一保存建模结果；建模结果通过模块三转化为数值模拟软件语言代码并输出为文件。

具体方法步骤如下：

步骤一，根据真实的岩层状况通过模块一输入原始数据，所述原始数据包括岩层数量、厚度及其力学性质；

步骤二，将步骤一所得原始数据通过模块二进行运算，获得岩层模型，所述岩层模型包括岩层数学模型及岩层力学模型；

步骤三，将步骤二所得岩层模型通过模块一保存；

步骤四，将步骤二所得岩层模型通过模块三进行运算，获得数值模拟软件语言代码；

步骤五，将步骤四所得语言代码通过模块三输出为文件。

所述的步骤二中所述岩层数学模型，包括直角坐标系下岩层角点坐标、节理起始点坐标、节理长度与间隔。

所述的步骤二中所述岩层力学模型，包括以下三类数据：

A各层岩体的体积模量、剪切模量、密度、摩擦角、粘结力、抗拉强度；

B各层节理的法向刚度、切向刚度、摩擦角、粘结力、抗拉强度；

C初始状态下模型边界处的应力值及数值模拟运算过程中所允许的边界位移状态。

所述的步骤五中所述文件为计算机数值模拟软件可执行的语言文件。

有益效果：由于采用了上述方案，根据真实的岩层状况，通过模块一输入原始数据，通过模块二进行建模运算，通过模块一保存建模结果；建模结果通过模块三转化为数值模拟软件语言代码，并输出为文件，从而实现矿山压力数值模拟岩层移动模型自动化建模。分析对模型进行自动化建模的机理，构建基于岩层移动模型的自动化建模方法，具有模型数据的输入、输出、自动化计算、导出具有内部逻辑性的可在岩层移动数值模拟软件中执行的文件等功能，从而实现矿山煤岩层模型的快速、准确建立。岩层移动数值模拟自动化建模方法通过将建模过程中的任务及步骤进行细分，通过良好的用户界面，可使建模工作易于上手；可对矿山压力数值模拟中的岩层移动模型所需数据进行自动化运算；可自动完成数值模拟软件语言输出，并保存为可被调用的文件。因此，岩层移动数值模拟自动化建模方法可节省大量建模工作量、提高工作效率，同时也提高了模型解算的准确率。

优点：岩层移动数值模拟自动化建模方法，使岩层移动数值模拟模型建立过程中的大量工作由相应的模块来完成，可以极大地简化建模的难度，同时提高建模的准确度和速度。

通过良好的用户界面使建模工作易于上手；自动完成数值模拟软件语言输出，并保存为可被调用的文件；可提高建模工作效率与模型解算准确率。

附图说明

图1是岩层移动数值模拟自动化建模方法的模块结构图。

图2是岩层移动数值模拟自动化建模方法的数据流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

实施例1：岩层移动数值模拟自动化建模方法通过对建模任务进行细分，并具体到模块，根据建模的步骤调用不同模块，实现岩层移动模型的自动化建立；包括三个模块，分别为：模块一、数据输入与保存模块；模块二、数据运算模块；及模块三、语言输出模块；

模块一，数据输入与保存模块具有用户界面、软件接口、文件格式三个子模块，进行原始数据的输入与模型结果的保存工作，并提供易于操作的用户界面；

模块二，数据运算模块具有岩层角点坐标运算、节理起始点坐标运算、节理长度与间隔运算三个子模块，对用户输入的原始数据进行建模运算，获得建模结果；

模块三，语言输出模块具有模型框架输出、力学性质赋值输出、边界条件及初始化输出三个子模块，将建模结果转化为数值模拟软件可执行的语言代码，并输出为文件。

根据真实的岩层状况，通过模块一输入原始数据，然后通过调用模块二进行建模运算，此时可通过模块一保存建模结果；建模结果通过模块三转化为数值模拟软件语言代码并输出为文件。

具体方法步骤如下：

步骤一，根据真实的岩层状况通过模块一输入原始数据，所述原始数据包括岩层数量、厚度及其力学性质；

步骤二，将步骤一所得原始数据通过模块二进行运算，获得岩层模型，所述岩层模型包括岩层数学模型及岩层力学模型；

步骤三，将步骤二所得岩层模型通过模块一保存；

步骤四，将步骤二所得岩层模型通过模块三进行运算，获得数值模拟软件语言代码；数值模拟软件语言代码是指所使用的数值模拟软件中的命令驱动语言，可以通所用的数值模拟软件的使用说明书得到该模拟软件语言代码，同样的岩层模型，在不同的数值模拟软件里是采用不同的语言代码表示。采用离散元数值模拟软件UDEC或有限差分法数值模拟软件FLAC中建立模块的语言就不同。

步骤五，将步骤四所得语言代码通过模块三输出为文件。

所述的步骤二中所述岩层数学模型，包括直角坐标系下岩层角点坐标、节理起始点坐标、节理长度与间隔。

所述的步骤二中所述岩层力学模型，包括以下三类数据：

A各层岩体的体积模量、剪切模量、密度、摩擦角、粘结力、抗拉强度；

B各层节理的法向刚度、切向刚度、摩擦角、粘结力、抗拉强度；

C初始状态下模型边界处的应力值及数值模拟运算过程中所允许的边界位移状态。

所述的步骤五中所述文件为计算机数值模拟软件可执行的语言文件。

依据上述的方法，具体步骤如下：

采矿工程中经常采用通用离散元软件UDEC对岩层移动模型进行数值模拟。但是UDEC软件在人工建立煤岩层模型时需要做大量繁复的工作，如对煤岩层厚度、坐标、性质及节理性质、初始应力、边界应力等的手动计算和赋值，费时费力，极易出错。Visual Basic 6.0是Windows平台下的可视化、面向对象的开发语言，在其编程系统中可将代码和数据集成到一个独立的对象中，大量的工作由相应的对象来完成。

采用岩层移动数值模拟自动化建模方法，基于VB6.0，各模块的构建思路如下：

（1）数据输入与保存模块：VB6.0中可充分利用标签、文本框、复选框、命令按钮等控件，使输入输出界面清晰明了，减少用户输入原始数据的工作量，并避免各种误操作。用VB6.0编制的程序将其编译成可执行文件可提高程序的可移植性，使其在离开VB操作环境的情况下仍可正常运行。同时，程序保存的模型文件和语言输出文件可作为原始数据被UDEC软件调用，为矿山压力模型的正确解算提供数据基础。

（2）数据运算模块：在VB6.0中，将岩层定义为自定义变量组layer，将节理定义为自定义变量组joint，并将各数学及力学参数作为其不同类型的属性值。在录入原始数据后，程序首先将数据赋给对应的变量组属性，然后对属性值进行计算。煤岩层坐标点的运算思路为首先定义第1层的坐标点，以左下角为坐标原点，然后用循环语句For依次表出其他层的坐标点。节理起始点运算可用与岩层坐标点运算同样的方法得到。对于被选中的每一层来说，走向节理间距等于该煤岩层厚度除以走向节理层数，而当走向节理层数大于1时，垂向节理应间隔划分，从而增加一个起始点。

（3）语言输出模块：VB6.0中提供了open及write等命令来打开、新建或写入文件。UDEC软件语言的文件输出分为文件头、主干、文件尾三个部分。文件头为需要事先声明或调用的命令语句，例如模型名称、模型倒角、嵌入值或调用其他文件；主干部分通过循环语句逐层输出命令，如煤岩层划分数据、节理划分数据、岩层及节理属性赋值的循环输出；文件尾是保存或导出文件命令语句。

因此，通过VB6.0，可实现采矿工程中煤岩层模型的建立与保存，并可进行相应参变量及属性的运算以及UDEC软件语言文件的输出，从而实现矿山压力数值模拟的自动化建模，具有高效、准确的优点。