生态脆弱矿区地表风积沙颗粒参数标定与采动运移模拟研究OA

生态脆弱矿区煤矿开采扰动下,地表风积沙的物理力学特性与运移特征是影响地表裂隙发育和下沉的主要因素。采用离散单元法模拟地表风积沙在开采扰动下的运移特征是该领域的常用研究手段,而所选颗粒间接触参数的可靠性直接影响模拟结果的准确性。基于此,采用线性滚动阻力模型表征风积沙颗粒的表面粗糙度,结合休止角试验完成颗粒间滚动摩擦系数和静摩擦系数的标定;在此基础上,进一步模拟现场工程条件下地表风积沙的运移特征。结果表明:在实验室条件下,研究区地表风积沙颗粒堆积密度为1680 kg/m^(3),直径在0.15~0.5 mm的沙粒占总质量的91.9%,含水率仅为0.03%;通过斜面滑动实验得到颗粒间静摩擦系数为0.69,借助离散元模拟得到休止角与滚动摩擦系数的非线性关系,进而确定颗粒间滚动摩擦系数为0.52,堆积角度为26°,与实际休止角26.7°的相对误差仅为2.6%;同时,基于参数标定结果构建上湾煤矿地表风积沙离散元模型,模型计算的最大下沉系数约为0.74,与现场实测的相对误差仅为2.6%。在工作面边界区域形成了落差1~1.5 m的台阶式下沉及深度约为2 m的塌陷坑,与现场实测结果高度吻合。通过离散元数值模拟与现场实测的对比验证,证实了离散元数值模拟参数标定的合理性,不仅为工程尺度下地表风积沙离散元模型的构建提供数据支撑,也为风积沙矿区地表运移及破坏特征研究提供科学参考。