專利名稱：一種巖層移動數值模擬自動化建模方法
技術領域：
本發明涉及一種巖層移動數值模擬方法，特別是一種巖層移動數值模擬模型的自動化建模。
背景技術：
在采礦工程礦山壓力與巖層控制的研究中，采用各種巖層移動數值模擬軟件(如UDEC、FLAC等)對巖層移動模型進行數值模擬，可以對工作面回采及巷道圍巖的應力、位移、彈塑性等狀況進行分析，得到巖層移動規律，從而可以分析出礦山壓力顯現規律，為現場生產實踐提供較準確的參考數據。但是，目前通用的巖層移動數值模擬軟件(如UDEC)是命令驅動而非菜單驅動的計算程序，這就決定了它在建模過程中具有如下缺點:(1)入門難度較高，不易上手，人機界面不友好；(2)操作復雜，無法及時實現交互更改；(3)需要做大量繁復的工作和命令輸入，費時費力；(4)人工建模與輸入極易出錯。這些都在無形中增加了用戶使用軟件進行數值模擬的難度。
發明內容
技術問題:本發明的目的是針對巖層移動數值模擬軟件在建模方面存在的問題和不足，提供一種巖層移動數值模擬模型的自動化建模。技術方案:本發明的目的是這樣實現的:巖層移動數值模擬自動化建模方法通過對建模任務進行細分，并具體到模塊，根據建模的步驟調用不同模塊，實現巖層移動模型的自動化建立；包括三個模塊，分別為:模塊一、數據輸入與保存模塊；模塊二、數據運算模塊；及模塊三、語言輸出模塊；
模塊一，數據輸入與保存模塊具有用戶界面、軟件接口、文件格式三個子模塊，進行原始數據的輸入與模型結果的保存工作，并提供易于操作的用戶界面；
模塊二，數據運算模塊具有巖層角點坐標運算、節理起始點坐標運算、節理長度與間隔運算三個子模塊，對用戶輸入的原始數據進行建模運算，獲得建模結果；
模塊三，語言輸出模塊具有模型框架輸出、力學性質賦值輸出、邊界條件及初始化輸出三個子模塊，將建模結果轉化為數值模擬軟件可執行的語言代碼，并輸出為文件。根據真實的巖層狀況，通過模塊一輸入原始數據，然后通過調用模塊二進行建模運算，此時可通過模塊一保存建模結果；建模結果通過模塊三轉化為數值模擬軟件語言代碼并輸出為文件。具體方法步驟如下:
步驟一，根據真實的巖層狀況通過模塊一輸入原始數據，所述原始數據包括巖層數量、厚度及其力學性質；
步驟二，將步驟一所得原始數據通過模塊二進行運算，獲得巖層模型，所述巖層模型包括巖層數學模型及巖層力學模型； 步驟三，將步驟二所得巖層模型通過模塊一保存；
步驟四，將步驟二所得巖層模型通過模塊三進行運算，獲得數值模擬軟件語言代碼； 步驟五，將步驟四所得語言代碼通過模塊三輸出為文件。所述的步驟二中所述巖層數學模型，包括直角坐標系下巖層角點坐標、節理起始點坐標、節理長度與間隔。所述的步驟二中所述巖層力學模型，包括以下三類數據:
A各層巖體的體積模量、剪切模量、密度、摩擦角、粘結力、抗拉強度；
B各層節理的法向剛度、切向剛度、摩擦角、粘結力、抗拉強度；
C初始狀態下模型邊界處的應力值及數值模擬運算過程中所允許的邊界位移狀態。所述的步驟五中所述文件為計算機數值模擬軟件可執行的語言文件。有益效果:由于采用了上述方案，根據真實的巖層狀況，通過模塊一輸入原始數據，通過模塊二進行建模運算，通過模塊一保存建模結果；建模結果通過模塊三轉化為數值模擬軟件語言代碼，并輸出為文件，從而實現礦山壓力數值模擬巖層移動模型自動化建模。分析對模型進行自動化建模的機理，構建基于巖層移動模型的自動化建模方法，具有模型數據的輸入、輸出、自動化計算、導出具有內部邏輯性的可在巖層移動數值模擬軟件中執行的文件等功能，從而實現礦山煤巖層模型的快速、準確建立。巖層移動數值模擬自動化建模方法通過將建模過程中的任務及步驟進行細分，通過良好的用戶界面，可使建模工作易于上手；可對礦山壓力數值模擬中的巖層移動模型所需數據進行自動化運算；可自動完成數值模擬軟件語言輸出，并保存為可被調用的文件。因此，巖層移動數值模擬自動化建模方法可節省大量建模工作量、提高工作效率，同時也提高了模型解算的準確率。優點:巖層移動數值模擬自動化建模方法,使巖層移動數值模擬模型建立過程中的大量工作由相應的模塊來完成，可以極大地簡化建模的難度，同時提高建模的準確度和速度。通過良好的用戶界面使建模工作易于上手；自動完成數值模擬軟件語言輸出，并保存為可被調用的文件；可提高建模工作效率與模型解算準確率。
圖1是巖層移動數值模擬自動化建模方法的模塊結構圖。圖2是巖層移動數值模擬自動化建模方法的數據流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的一個實施例作進一步的描述:
實施例1:巖層移動數值模擬自動化建模方法通過對建模任務進行細分，并具體到模塊，根據建模的步驟調用不同模塊，實現巖層移動模型的自動化建立；包括三個模塊，分別為:模塊一、數據輸入與保存模塊；模塊二、數據運算模塊；及模塊三、語言輸出模塊；
模塊一，數據輸入與保存模塊具有用戶界面、軟件接口、文件格式三個子模塊，進行原始數據的輸入與模型結果的保存工作，并提供易于操作的用戶界面；
模塊二，數據運算模塊具有巖層角點坐標運算、節理起始點坐標運算、節理長度與間隔運算三個子模塊，對用戶輸入的原始數據進行建模運算，獲得建模結果； 模塊三，語言輸出模塊具有模型框架輸出、力學性質賦值輸出、邊界條件及初始化輸出三個子模塊，將建模結果轉化為數值模擬軟件可執行的語言代碼，并輸出為文件。根據真實的巖層狀況，通過模塊一輸入原始數據，然后通過調用模塊二進行建模運算，此時可通過模塊一保存建模結果；建模結果通過模塊三轉化為數值模擬軟件語言代碼并輸出為文件。具體方法步驟如下:
步驟一，根據真實的巖層狀況通過模塊一輸入原始數據，所述原始數據包括巖層數量、厚度及其力學性質；
步驟二，將步驟一所得原始數據通過模塊二進行運算，獲得巖層模型，所述巖層模型包括巖層數學模型及巖層力學模型；
步驟三，將步驟二所得巖層模型通過模塊一保存；
步驟四，將步驟二所得巖層模型通過模塊三進行運算，獲得數值模擬軟件語言代碼；數值模擬軟件語言代碼是指所使用的數值模擬軟件中的命令驅動語言，可以通所用的數值模擬軟件的使用說明書得到該模擬軟件語言代碼，同樣的巖層模型，在不同的數值模擬軟件里是采用不同的語言代碼表示。采用離散元數值模擬軟件UDEC或有限差分法數值模擬軟件FLAC中建立模塊的語言就不同。步驟五，將步驟四所得語言代碼通過模塊三輸出為文件。所述的步驟二中所述巖層數學模型，包括直角坐標系下巖層角點坐標、節理起始點坐標、節理長度與間隔。所述的步驟二中所述巖層力學模型，包括以下三類數據:
A各層巖體的體積模量、剪切模量、密度、摩擦角、粘結力、抗拉強度；
B各層節理的法向剛度、切向剛度、摩擦角、粘結力、抗拉強度；
C初始狀態下模型邊界處的應力值及數值模擬運算過程中所允許的邊界位移狀態。所述的步驟五中所述文件為計算機數值模擬軟件可執行的語言文件。依據上述的方法，具體步驟如下:
采礦工程中經常采用通用離散元軟件UDEC對巖層移動模型進行數值模擬。但是UDEC軟件在人工建立煤巖層模型時需要做大量繁復的工作，如對煤巖層厚度、坐標、性質及節理性質、初始應力、邊界應力等的手動計算和賦值，費時費力，極易出錯。Visual Basic 6.0是Windows平臺下的可視化、面向對象的開發語言，在其編程系統中可將代碼和數據集成到一個獨立的對象中，大量的工作由相應的對象來完成。米用巖層移動數值模擬自動化建模方法，基于VB6.0,各模塊的構建思路如下:
(I)數據輸入與保存模塊:VB6.0中可充分利用標簽、文本框、復選框、命令按鈕等控
件，使輸入輸出界面清晰明了，減少用戶輸入原始數據的工作量，并避免各種誤操作。用VB6.0編制的程序將其編譯成可執行文件可提高程序的可移植性，使其在離開VB操作環境的情況下仍可正常運行。同時，程序保存的模型文件和語言輸出文件可作為原始數據被UDEC軟件調用，為礦山壓力模型的正確解算提供數據基礎。(2)數據運算模塊:在VB6.0中，將巖層定義為自定義變量組layer，將節理定義為自定義變量組joint，并將各數學及力學參數作為其不同類型的屬性值。在錄入原始數據后，程序首先將數據賦給對應的變量組屬性，然后對屬性值進行計算。煤巖層坐標點的運算思路為首先定義第I層的坐標點，以左下角為坐標原點，然后用循環語句For依次表出其他層的坐標點。節理起始點運算可用與巖層坐標點運算同樣的方法得到。對于被選中的每一層來說，走向節理間距等于該煤巖層厚度除以走向節理層數，而當走向節理層數大于I時，垂向節理應間隔劃分，從而增加一個起始點。(3)語言輸出模塊:VB6.0中提供了 open及write等命令來打開、新建或寫入文件。UDEC軟件語言的文件輸出分為文件頭、主干、文件尾三個部分。文件頭為需要事先聲明或調用的命令語句，例如模型名稱、模型倒角、嵌入值或調用其他文件；主干部分通過循環語句逐層輸出命令，如煤巖層劃分數據、節理劃分數據、巖層及節理屬性賦值的循環輸出；文件尾是保存或導出文件命令語句。因此，通過VB6.0，可實現采礦工程中煤巖層模型的建立與保存，并可進行相應參變量及屬性的運算以及UDEC軟件語言文件的輸出，從而實現礦山壓力數值模擬的自動化建模，具有高效、準確的優點。
權利要求
1.一種巖層移動數值模擬自動化建模方法，其特征在于:巖層移動數值模擬自動化建模方法通過對建模任務進行細分，并具體到模塊，根據建模的步驟調用不同模塊，實現巖層移動模型的自動化建立；包括三個模塊，分別為:模塊一、數據輸入與保存模塊；模塊二、數據運算模塊；及模塊三、語言輸出模塊； 模塊一，數據輸入與保存模塊具有用戶界面、軟件接口、文件格式三個子模塊，進行原始數據的輸入與模型結果的保存工作，并提供易于操作的用戶界面； 模塊二，數據運算模塊具有巖層角點坐標運算、節理起始點坐標運算、節理長度與間隔運算三個子模塊，對用戶輸入的原始數據進行建模運算，獲得建模結果； 模塊三，語言輸出模塊具有模型框架輸出、力學性質賦值輸出、邊界條件及初始化輸出三個子模塊，將建模結果轉化為數值模擬軟件可執行的語言代碼，并輸出為文件； 根據真實的巖層狀況，通過模塊一輸入原始數據，然后通過調用模塊二進行建模運算，此時可通過模塊一保存建模結果；建模結果通過模塊三轉化為數值模擬軟件語言代碼并輸出為文件； 具體方法步驟如下: 步驟一，根據真實的巖層狀況通過模塊一輸入原始數據，所述原始數據包括巖層數量、厚度及其力學性質； 步驟二，將步驟一所得原始數據通過模塊二進行運算，獲得巖層模型，所述巖層模型包括巖層數學模型及巖層力學模型； 步驟三，將步驟二所得巖層模型通過模塊一保存； 步驟四，將步驟二所得巖層模型通過模塊三進行運算，獲得數值模擬軟件語言代碼； 步驟五，將步驟四所得語言代碼通過模塊三輸出為文件。
2.根據權利要求1所述的一種巖層移動數值模擬自動化建模方法，其特征在于:所述的步驟二中所述巖層數學模型，包括直角坐標系下巖層角點坐標、節理起始點坐標、節理長度與間隔。
3.根據權利要求1所述的一種巖層移動數值模擬自動化建模方法，其特征在于:所述的步驟二中所述巖層力學模型，包括以下三類數據: A各層巖體的體積模量、剪切模量、密度、摩擦角、粘結力、抗拉強度； B各層節理的法向剛度、切向剛度、摩擦角、粘結力、抗拉強度； C初始狀態下模型邊界處的應力值及數值模擬運算過程中所允許的邊界位移狀態。
4.根據權利要求1所述的一種巖層移動數值模擬自動化建模方法，其特征在于:所述的步驟五中所述文件為計算機數值模擬軟件可執行的語言文件。
全文摘要
一種巖層移動數值模擬自動化建模方法，屬于巖層移動數值模擬方法。對建模任務細分，有三個模塊數據輸入與保存模塊包括用戶界面、軟件接口、文件格式；數據運算模塊包括巖層角點坐標運算、節理起始點坐標運算、節理長度與間隔運算及語言輸出模塊包括模型框架輸出、力學性質賦值輸出、邊界條件及初始化輸。根據真實的巖層狀況，通過模塊一輸入原始數據，通過模塊二進行建模運算，模塊一保存建模結果；建模結果通過模塊三轉化為數值模擬軟件語言代碼，輸出為文件，實現礦山壓力數值模擬巖層移動模型自動化建模。優點良好的用戶界面使建模工作易于上手；自動完成數值模擬軟件語言輸出，保存為可被調用的文件；提高建模工作效率與模型解算準確率。
文檔編號G06F17/50GK103093048SQ201310011588
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月14日 優先權日2013年1月14日
發明者方新秋, 劉曉寧, 劉宗柱, 樊海亮 申請人:中國礦業大學