本发明涉及采矿工程数值模拟，更具体的说是涉及一种基于滚动阻力的水平分段综放开采模拟方法及系统。
背景技术：
1、在某些矿区赋存有急倾斜特厚煤层，这类煤层所含的煤炭资源，如焦煤等稀缺煤种，具有极大的开采价值。为了有效开采这些厚煤层，综合机械化放顶煤开采技术应运而生，其中水平分段综放开采技术成为主要手段之一。研究放顶煤工作面的顶煤放出规律，对于指导生产作业、提高顶煤回收率具有重要意义。
2、然而，当前对放顶煤工作面放煤规律的研究手段存在诸多限制。放顶煤相似模拟试验虽能较好地反映真实的放煤规律，但实验准备繁琐，需搭建大型试验台、铺设大量散体颗粒并制作合适的小型放顶煤支架。此外，该试验方法得到的试验结果往往仅局限于回收率和煤岩分界面形态，无法进行放出体的有效反演，因此试验结果较为单一，无法全面分析采场的位移场、力链分布及颗粒运移特征。同时，试验过程中放出顶煤、矸石颗粒不断从放煤口放出，在水平分段综放开采相似模拟中，放煤高度较大，对实验人员构成一定的安全威胁。
3、为了弥补物理实验的不足，数值模拟作为一种高效的研究手段在各行各业得到广泛应用。与物理实验相比，数值模拟无需购置散体颗粒、小型放顶煤支架等实验设备，也无需对散体颗粒进行处理和铺设，因此可操作性更强。用户在进行数值模拟时，可以方便地在模型中布置标志线，并提取颗粒位移场等微观数据，同时记录采场中每一个颗粒的位置信息，轻松实现放出体的反演工作。这使得数值模拟在分析实验过程中的位移场分布、放出体形态等实验结果方面更具优势。
4、然而，现有数值模拟方法仍存在诸多问题。采用linear model作为接触模型的放顶煤数值模拟方法，未考虑真实散体煤岩形状的影响，导致模拟结果与理论模型和相似模拟试验结果差异较大。而采用cluster或clump单元作为散体颗粒的数值模拟方法，则会因模型复杂度提升而导致数值模拟效率降低、计算时间增长，同时模拟精度也会受到影响。更重要的是，无论是采用linear model还是考虑颗粒形状的cluster或clump单元进行的放顶煤数值模拟，在水平分段综放工作面的数值模拟中的表现都会随着顶煤颗粒的增加（分段高度的增加）而放大模拟误差，使得现有模拟方法在水平分段综开采数值模拟中的适用性较差。
5、因此，如何提供一种稳定性高的开采数值模拟方法及系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供了一种基于滚动阻力的水平分段综放开采模拟方法及系统，使用基于滚动（摩擦）阻力的接触模型能够较好模拟非球形颗粒形状带来的影响，使模型具有较好的稳定性。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一方面，本发明提供了一种基于滚动阻力的水平分段综放开采模拟方法，包括：
4、建立水平分段综放开采数值模拟基础模型；
5、将所述水平分段综放开采数值模拟基础模型的接触模型改进成滚动阻力线性模型，并设置所述滚动阻力线性模型的细观参数和阻尼系数，得到改进的水平分段综放开采数值模拟基础模型；
6、设置放煤程序，在所述改进的水平分段综放开采数值模拟基础模型中调用所述放煤程序进行水平分段综放开采数值模拟。
7、优选的，建立水平分段综放开采数值模拟基础模型，包括：
8、构建水平分段综放工作面框架，所述水平分段综放工作面框架包括：顶板区域、底板区域、矸石层区域、煤层区域、放煤口区域；
9、在所述顶板区域和所述底板区域分别生成顶板岩层颗粒和底板岩石颗粒，并固定所述顶板岩层颗粒和所述底板岩石颗粒的速度，完成顶板模型和底板模型构建；
10、在所述煤层区域生成目标煤层高度的煤层颗粒，完成煤层模型的构建；
11、固定所述煤层颗粒的速度，在所述煤层颗粒上生成目标矸石层高度的矸石颗粒，完成矸石层模型的构建；
12、解除所述煤层颗粒的速度固定，对所述煤层颗粒和所述矸石颗粒进行平衡，并删除超出目标煤层高度与第二目标高度之和的矸石颗粒，完成所述水平分段综放开采数值模拟基础模型的构建。
13、优选的，在所述煤层区域生成第一目标高度的煤层颗粒，完成煤层模型的构建，包括：
14、生成初始高度为hf+5m的煤层颗粒，hf为目标煤层高度；
15、利用平衡模型对所述煤层颗粒进行平衡，平衡后删掉高度在初始高度以上的煤层颗粒并固定煤层颗粒的速度；
16、在固定速度的煤层颗粒上生成所述目标矸石层高度的临时颗粒，并进行平衡；
17、平衡后解除煤层颗粒的速度固定并再次平衡；
18、平衡后删除超出所述目标煤层高度的临时颗粒，再次平衡后完成煤层模型的构建。
19、优选的，固定所述煤层颗粒的速度，在所述煤层颗粒上生成目标矸石层高度的矸石颗粒，完成矸石层模型的构建，包括：
20、固定所述煤层颗粒的速度，在所述煤层颗粒上方生成目标矸石层高度的矸石层颗粒；
21、平衡所述矸石层颗粒，并删除高出目标矸石层高度的矸石颗粒，完成矸石层模型的构建。
22、优选的，所述放煤程序包括：
23、设置放煤顺序列表，所述放煤顺序列表是存放放煤口id的有序列表；
24、获取id=n的放煤口，判断所述放煤口是否关闭，若没有关闭，则按最小周期进行n次计算，计算结束后遍历所有颗粒，找到所有矸石颗粒，判断是否有矸石颗粒被放出，若有矸石颗粒被放出则关闭所述放煤口，并获取下一放煤口id；若没有矸石颗粒放出则继续执行n个最小周期计算之后判断矸石颗粒是否放出操作；若关闭，则获取下一放煤口id；
25、使用for循环遍历所述顺序列表，当执行至最后一个放煤口且矸石颗粒被放出时，程序结束运行。
26、另一方面，本发明提供了一种用于实现上述任意的一种基于滚动阻力的水平分段综放开采模拟方法的模拟系统，包括：
27、基础模型构建模块，用于建立水平分段综放开采数值模拟基础模型；
28、改进模块，用于对所述水平分段综放开采数值模拟基础模型的接触模型改进成滚动阻力线性模型，并设置所述滚动阻力线性模型的细观参数和阻尼系数，得到改进的水平分段综放开采数值模拟基础模型；
29、程序设置模块，用于设置放煤程序；
30、模拟模块，用于调用所述放煤程序并在所述改进的水平分段综放开采数值模拟基础模型中进行水平分段综放开采数值模拟。
31、优选的，所述基础模型构建模块包括：
32、框架构建单元，用于构建水平分段综放工作面框架，所述水平分段综放工作面框架包括：顶板区域、底板区域、矸石层区域、煤层区域、放煤口区域；
33、顶板和底板构建单元，用于在所述顶板区域和所述底板区域分别生成顶板岩层颗粒和底板岩石颗粒，并固定所述顶板岩层颗粒和所述底板岩石颗粒的速度，完成顶板模型和底板模型构建；
34、煤层和矸石层构建单元，用于生成煤层模型和矸石层模型。
35、优选的，程序设置模块包括：
36、id单元，用于设置放煤顺序列表，所述顺序列表是存放放煤口id的有序列表；
37、循环单元，用于使用for循环遍历所述顺序列表，所述for循环的内容包括：获取id=n的放煤口，判断所述放煤口是否关闭，若没有关闭，则按最小周期进行n次计算，计算结束后遍历所有颗粒，找到所有矸石颗粒，判断是否有矸石颗粒被放出，若有矸石颗粒被放出则关闭所述放煤口，并获取下一放煤口id；若没有矸石颗粒放出则继续执行n个最小周期之后判断矸石颗粒是否放出操作；若关闭，则获取下一放煤口id；
38、结束单元，用于当执行至最后一个放煤口且矸石颗粒被放出时，程序结束运行。
39、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于滚动阻力的水平分段综放开采模拟方法及系统，使用rolling resistance linear model作为接触模型进行水平分段综放开采的数值模拟，能够考虑到颗粒形状带来的影响，其数值模拟结果更加接近实际放煤情况，包括：放出体、残煤分布和顶煤回收率等都与实际情况更加接近。本发明采用球形颗粒作为散体最小颗粒单元，提高了计算效率，解决采用clump或cluster造成计算速度慢的问题。
1.一种基于滚动阻力的水平分段综放开采模拟方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于滚动阻力的水平分段综放开采模拟方法，其特征在于，建立水平分段综放开采数值模拟基础模型，包括：
3.根据权利要求2所述的一种基于滚动阻力的水平分段综放开采模拟方法，其特征在于，在所述煤层区域生成第一目标高度的煤层颗粒，完成煤层模型的构建，包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于滚动阻力的水平分段综放开采模拟方法，其特征在于，固定所述煤层颗粒的速度，在所述煤层颗粒上生成目标矸石层高度的矸石颗粒，完成矸石层模型的构建，包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于滚动阻力的水平分段综放开采模拟方法，其特征在于，所述放煤程序包括：
6.一种基于滚动阻力的水平分段综放开采模拟系统，应用权利要求1-5任意一项所述的一种基于滚动阻力的水平分段综放开采模拟方法，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于滚动阻力的水平分段综放开采模拟系统，其特征在于，所述基础模型构建模块包括：
8.根据权利要求6所述的一种基于滚动阻力的水平分段综放开采模拟系统，其特征在于，程序设置模块包括：
