势接触法中法向刚度系数取值研究及岩层运动过程模拟

采场上覆岩层的开裂和破断在力学上可归结为连续介质向非连续介质转化或非连续介质进一步演化。正确模拟岩层运动对于岩层稳定性控制和有关灾害预防具有极其重要的意义。在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法中，只有法向刚度系数正确取值，势接触力才更可靠。为了模拟时间较长的开采过程和解决煤层离散单元形成的聚集体仍能承受超过自身承载能力的问题，采用了准静力模式和应力跌落方法。为了有助于正确选择适于模拟岩层相互作用的法向刚度系数，首先对其进行了标定，以考察嵌入引起的误差的影响。然后设计了4组（上相对较软-下相对较硬、两相对较软、上相对较硬-下相对较软和两相对较硬）两岩块撞击-平衡过程的数值试验，并以其中一组为例进行了重点分析。通过考察两岩块的嵌入量和上岩块下表面的平均应力的演化以及上块从运动到平衡的时长，最终得到了具有普适性的结果，即法向刚度系数与弹性模量的比值为15 m-1时较为适当。为了检验上述建议值是否适于模拟采场岩层运动，以某煤矿1141工作面为例进行了计算。研究发现，在法向刚度系数取为建议值时，计算结果较为合理，且计算效率较高。