放顶煤开采技术是开采厚煤层或特厚煤层的有效方法，数值模拟是研究冒落和放煤过程的常用手段。然而，目前基于离散元的数值模型在参数确定性方面存在局限，影响了计算精度和计算效率。本文采用一种新型无网格方法，即光滑粒子方法（SPH），建立了基于弹塑性本构关系的放煤模型。利用SPH法在模拟大变形问题中的优势，结合非粘聚土体本构模型与Drucker-Prager屈服准则，对比分析不同材料参数（摩擦角、密度等）对煤矸界面演化的影响，同时模拟了散体顶煤及矸石的放出流动行为，通过实验验证了模型在模拟煤矸界面演化和颗粒流动方面的适用性，分析了不同放煤方式（中位、低位放煤）移架过程中顶煤放出流动规律。结果表明：非粘聚模型可有效模拟散体颗粒的流动行为，滑坡模拟结果与实验吻合较好；改进后的SPH算法解决了数值噪声问题，引入应力光滑技术得到了“双峰”应力分布规律；较小的摩擦角对应的锥形煤矸界面在放出过程中下移程度更大，矸石密度对煤矸分界面没有产生显著影响，矸石厚度增加导致放煤量相应增加；不同放煤方式下顶煤冒落流动规律与速度分布的煤矸演化机理结果一致，低位放煤的顶煤含矸率约28.86%，比中位放煤低约16.89%，且有继续优化的空间；本文构建的SPH模型仅需设置5个材料参数，均可通过标准岩土剪切试验获得，数值模型的确定性更好。

0 引言
1 弹塑性土体本构SPH放煤模型
1.1 光滑粒子法（SPH）基础理论
1.2 SPH连续介质控制方程
1.3 完全弹塑性本构模型
2 顶煤冒落SPH模型算法优化
2.1 数值稳定性及处理措施
2.2 边界条件
2.3 时间积分方案
2.4 BBR研究体系
3 结果和讨论
3.1 SPH模型验证
3.1.1 重力作用下的应力分布模拟
3.1.2 铝颗粒床坍塌过程模拟
3.1.3 放顶煤实验验证
3.2 材料参数对放顶煤过程影响
3.2.1 摩擦角的影响
3.2.2 矸石密度和厚度的影响
3.3 中低位放煤方式对放顶煤过程影响
4 结论

张强,刘洋,田莹,等.基于弹塑性土体本构模型的自动放顶煤流动过程SPH模拟研究[J/OL].煤炭科学技术,1-12[2024-11-19].http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2402.td.20241028.1351.001.html.