本发明涉及煤矿开采，特别是涉及一种三维精细化复杂煤壁模型构建方法。
背景技术：
1、在煤炭开采领域，煤壁稳定性分析是一项至关重要的工作，它直接关系到采矿作业的安全性、效率和成本控制。
2、20世纪年代，cundall提出了离散元法，其基本思想是把散粒群体定义为具有一定形状和质量的颗粒集合，赋予颗粒与颗粒、颗粒与设备间的接触力和接触行为，以分析颗粒与颗粒、颗粒与边界的接触作用规律。离散元法采用动态松弛法、牛顿第二定律和时步迭代求解每个颗粒的运动和位移，适用于求解非线性问题，使离散元法在分析高度复杂系统时，可基本保留煤壁模型特性，正是由于该特点，使得离散元法成为研究颗粒群体动力学的一种通用方法，离散元法已被广泛应用于岩石力学、土壤分析和颗粒类仓库的研究中。
3、尽管离散元法在煤壁建模中显示出巨大潜力，但在实际应用中仍存在一些挑战，在单独使用bonding粘结模型进行煤壁建模时，可能无法精确描述煤块之间的实际粘结力，尤其是在复杂煤层的不同煤块之间，粘结力的大小和分布可能差异较大。该模型在模拟煤块破碎时，可能过度简化了断裂的物理机理，未能充分考虑煤壁内部复杂的应力分布和断裂过程。tavares破碎模型主要关注颗粒达到强度极限时的破碎行为，但对于煤壁中煤块在受力过程中的渐进性破坏模拟不足，而且该模型的参数设置对模拟结果有较大影响，而在实际应用中，这些参数的确定往往缺乏准确的数据支持。因此，亟需对煤壁模型构建方法进行改进创新。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种三维精细化复杂煤壁模型构建方法，融合bonding粘结模型和tavares破碎模型，旨在提高煤壁稳定性分析的精确性和效率，能够在煤壁建模中实现更精确的力学行为模拟，为煤炭开采研究提供准确、高效的技术手段。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、一种三维精细化复杂煤壁模型构建方法，该方法包括以下步骤：
4、s1，获取煤岩材料的物理力学性质参数及煤岩材料间接触参数；
5、s2，根据所述煤岩的物理力学参数和煤岩材料间接触参数，基于离散元法的bonding粘结模型及tavares破碎模型建立系列煤岩试样仿真模型；
6、s3，基于系列煤岩试样仿真模型，分别对bonding粘结模型参数和tavares破碎模型参数进行响应分析；
7、s4，基于响应分析结果，通过神经网络建立煤岩抗压强度与bonding粘结模型参数和tavares破碎模型参数的映射关系；
8、s5，根据所述映射关系利用edem构建三维精细化复杂煤壁模型。
9、进一步地，所述s1中，煤岩材料的物理力学性质参数包括：密度、抗拉强度、抗压强度、泊松比、杨氏模量；煤岩材料间接触参数包括：静摩擦系数、动摩擦系数、恢复系数。
10、进一步地，所述s2，根据所述煤岩的物理力学参数和煤岩材料间接触参数，基于离散元法的bonding粘结模型及tavares破碎模型建立系列煤岩试样仿真模型，具体包括：
11、选择bonding粘结模型参数和tavares破碎模型参数作为设计因素制定系列组合方案；
12、根据所述组合方案中设计因素的数值，利用edem建立与各组合方案对应的煤岩试样仿真模型，系列组合方案包括均匀设计、正交设计、中心复合试验设计。
13、进一步地，所述bonding粘结模型参数包括法向刚度、切向刚度、法向应力、切向应力；
14、所述tavares破碎模型参数包括损伤系数、极限破碎能、颗粒粒径中位数、破碎能分布函数标准差、最小颗粒破碎粒径、断裂能上限。
15、进一步地，所述s3，基于系列煤岩试样仿真模型，分别对bonding粘结模型参数和tavares破碎模型参数进行响应分析，具体包括：
16、基于系列煤岩试样仿真模型，利用edem开展系列单轴压缩试验，分别获得bonding粘结模型参数和tavares破碎模型参数各组合方案对应的煤岩试样抗压强度。
17、进一步地，所述煤岩试样仿真模型的形状包括长方体、圆柱体。
18、进一步地，所述煤岩试样仿真模型的颗粒包括规则形状颗粒、异形颗粒。
19、进一步地，所述s4，基于响应分析结果，通过神经网络建立煤岩抗压强度与bonding粘结模型参数和tavares破碎模型参数的映射关系，具体包括：
20、采用bp神经网络，以bonding粘结模型参数和tavares破碎模型参数中的至少一项作为网络输入，以煤岩试样抗压强度为网络输出，通过训练和测试建立煤岩试样抗压强度与设计因素的映射关系。
21、进一步地，所述三维精细化复杂煤壁模型构建过程中，包括三维精细化复杂煤壁模型的校准和验证。
22、进一步地，所述三维精细化复杂煤壁模型的赋存条件包括含矸石、包裹体、断层。
23、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的三维精细化复杂煤壁模型构建方法，包括获取煤岩的物理力学参数、煤岩颗粒间的接触参数；建立系列煤岩试样仿真模型；采用系列煤岩试样仿真模型分别对颗粒bonding粘结模型参数和tavares破碎模型参数进行响应分析，获得煤岩试样抗压强度；通过神经网络建立煤岩抗压强度与bonding粘结模型参数和tavares破碎模型参数的映射关系；根据上述映射关系构建三维精细化复杂煤壁模型。该方法利用离散元法的颗粒相互作用模拟能力，融合bonding粘结模型对颗粒间粘结力的精确描述及tavares破碎模型对煤壁破碎过程的拟实表达，实现了对煤炭开采过程中煤壁动态稳定性的高精度模拟。本发明能够更准确地模拟预测煤壁的破坏模式和稳定性，为煤炭资源安全高效的开采研究提供科学依据和技术支持。
1.一种三维精细化复杂煤壁模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的三维精细化复杂煤壁模型构建方法，其特征在于，所述s1中，煤岩材料的物理力学性质参数包括：密度、抗拉强度、抗压强度、泊松比、杨氏模量；所述煤岩材料间接触参数包括：静摩擦系数、动摩擦系数、恢复系数。
3.根据权利要求1所述的三维精细化复杂煤壁模型构建方法，其特征在于，所述s2，根据所述煤岩的物理力学参数和煤岩材料间接触参数，基于离散元法的bonding粘结模型及tavares破碎模型建立系列煤岩试样仿真模型，具体包括：
4.根据权利要求3所述的三维精细化复杂煤壁模型构建方法，其特征在于，所述bonding粘结模型参数包括法向刚度、切向刚度、法向应力、切向应力；
5.根据权利要求3所述的三维精细化复杂煤壁模型构建方法，其特征在于，所述s3，基于系列煤岩试样仿真模型，分别对bonding粘结模型参数和tavares破碎模型参数进行响应分析，具体包括：
6.根据权利要求1所述的三维精细化复杂煤壁模型构建方法，其特征在于，所述煤岩试样仿真模型的形状包括长方体、圆柱体。
7.根据权利要求1所述的三维精细化复杂煤壁模型构建方法，其特征在于，所述煤岩试样仿真模型的颗粒包括规则形状颗粒、异形颗粒。
8.根据权利要求1所述的三维精细化复杂煤壁模型构建方法，其特征在于，所述s4，基于响应分析结果，通过神经网络建立煤岩抗压强度与bonding粘结模型参数和tavares破碎模型参数的映射关系，具体包括：
9.根据权利要求1所述的三维精细化复杂煤壁模型构建方法，其特征在于，所述三维精细化复杂煤壁模型构建过程中，包括三维精细化复杂煤壁模型的校准和验证。
10.根据权利要求1所述的三维精细化复杂煤壁模型构建方法，其特征在于，所述三维精细化复杂煤壁模型的赋存条件包括含矸石、包裹体、断层。
