特厚煤层顶煤渐进破坏的块体-颗粒耦合模拟研究

为研究特厚煤层大采高综放开采过程中顶煤随开采进程的渐进破坏行为，探索FLAC3D块体和PFC3D颗粒动态耦合的三维数值模拟方法，考虑多台液压支架协同作用并采用Fish语言编写移架和放煤口控制算法，基于离散裂隙网络模型开发顶煤损伤裂隙的监测程序，实现顶煤裂隙发育过程可视化，在耗费较短计算时间和占用较小运行内存条件下可较为准确实现顶煤压裂、破碎直到散体放出全过程的工程尺度三维数值模拟。结果表明：顶煤裂隙在控顶区急剧发育，其中下部顶煤裂隙发育速度较快，然后逐步向上发展，这使得下部顶煤裂隙逐步贯通直至破碎为散体放出，上部顶煤主要以块体形式逐步破碎；破碎顶煤运移为垂直和水平方向的三维矢量合成运动，液压支架后方采空区内的条带状散体顶煤垂直位移集中区是导致遗煤出现的主要原因；力链体系演化可反映顶煤破碎机制，强力链束和拉力链的周期性作用使顶煤发生周期性破坏。该研究方法对于实现三维自动化多支架复杂放煤方式模拟、揭示顶煤破坏运移机理、指导放煤支架选型具有重要意义。