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专利号: 2018107056453
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种煤岩体分区注水渗流-损伤-应力耦合数值模拟方法,其包括以下步骤:步骤一,依据地质勘测结果,建立包含断层的煤岩体模型;

步骤二,对地质勘测得到之煤岩体中的相应煤体进行扫描,并结合FDK三维重建算法构建具有真实孔隙结构特征的三维数字岩心模型;

步骤三、在边界元环境下,执行“采动裂隙”生成算法,判断是否为采动影响区,即判断距离采掘面是否小于80m;如果是采动影响区,则执行步骤四;如果不是采动影响区,则执行步骤五;

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步骤四、判断流域的截面积是否大于30μm ,若流域截面积大于30μm,则进行N-S计算处理,储存并输出结果;若小于30μm2,则进行Darcy计算处理,储存并输出结果;

步骤五、判断流域的截面积是否大于30μm2,若流域截面积大于30μm2,则执行步骤六,若小于30μm2,则执行步骤十二;

步骤六、以C#语言为基础,编程以埋深、地质条件、上覆岩层岩性及煤层倾角生成初始应力集中点;

步骤七、对经过步骤六处理的三维数字岩心模型进行剖分网格;

步骤八、通过计算煤体网格所受拉剪力矩,将网格所受拉剪力矩与抗拉剪力矩比对,寻找最易被破坏的网格集合;若存在拉剪力矩大于抗拉剪力矩的网格,则标记为“原生裂隙”,然后执行步骤九;若不存在拉剪力矩大于抗拉剪力矩的网格,则终止计算,执行步骤十一;

步骤九、替换“原生裂隙”网格中的材料为煤层内气体;

步骤十、判断经过步骤九处理后的“原生裂隙”的总面积是否超过断层面积的两倍,如果没有超过,则生成删除“原生裂隙”网格后的新模型,返回重复步骤八;如果超过,则终止计算,执行步骤十一;

步骤十一、构建最终包含地质构造原生裂隙、计算过程中生成裂隙两类煤层裂隙的模型,并重新剖分网格,导出STL通用几何后进行N-S计算处理,储存并输出结果;

步骤十二、在边界元环境下,耦合自定义方程计算渗流场与应力参数后,执行步骤十三;

步骤十三、在无网格仿真环境中,判断是否存在拉剪力矩大于煤岩体相关参数的点,如果有,则将此类点依次连接,闭合区域标记为“无效煤岩体”,执行步骤十四;如果没有,则执行步骤十五;

步骤十四、将步骤十三中,标记的“无效煤岩体”边界重新添加水分入口条件;

步骤十五、单独进行湍流模拟,并计算应力分布,并储存节点的模拟结果;

步骤十六、判断步骤十五中模拟结果的断裂脱离是否达到煤体表面,如果没有,则执行步骤十七;如果到达煤体表面,则执行步骤十八;

步骤十七、累计存储时间是否达到预设模拟时间,如果没有达到,则返回执行步骤十二;如果达到计算时间,则执行步骤十八;

步骤十八、停止无网格仿真环境中的运算,仅在边界元环境中计算湍流与应力后则进行Darcy计算处理,储存并输出结果;

步骤十九、将步骤四、步骤十一与步骤十八的输出结果整合后输出并存储为独立文件,得到量化统计结果。

2.根据权利要求1所述的煤岩体分区注水渗流-损伤-应力耦合数值模拟方法,其特征在于,N-S计算处理包括:步骤A、N-S初始化;

步骤B、计算水压和瓦斯压;

步骤C、判断水压是否大于瓦斯压,若大于,则将下一网格材料变更为水,执行步骤D,若小于,则直接执行步骤D;

步骤D、判断是否达到计算时间设定,若不能达到,则返回重新执行步骤A,若达到计算时间,则直接储存并输出结果。

3.根据权利要求1所述的煤岩体分区注水渗流-损伤-应力耦合数值模拟方法,其特征在于,Darcy计算处理包括:步骤E、Darcy初始化;

步骤F、计算水压和瓦斯压;

步骤J、判断水压是否大于瓦斯压,若大于,则将下一网格材料变更为水,执行步骤H,若小于,则直接执行步骤H;

步骤H、判断是否达到计算时间设定,若不能达到,则返回重新执行步骤E,若达到计算时间,则直接储存并输出结果。

4.根据权利要求1所述的煤岩体分区注水渗流-损伤-应力耦合数值模拟方法,其特征在于,上述步骤一具体的还包括:建立包含断层的煤岩体模型的过程中预留出“断层起点”、“断层终点”、“断层转折点”、“方位差”、“落差”与“倾角”六个参数供用户输入。

5.根据权利要求1所述的煤岩体分区注水渗流-损伤-应力耦合数值模拟方法,其特征在于,上述步骤二聚体的还包括:利用图像处理算法对三维数字岩心模型进行滤波操作,平滑模型边缘,进而基于阈值实现数据分割得到煤体的微观孔隙结构,剔除连通性较差的孤岛孔隙,导出得到最终的STL格式煤体孔隙数字模型。

6.根据权利要求1所述的煤岩体分区注水渗流-损伤-应力耦合数值模拟方法,其特征在于,上述量化统计结果包括水压场模拟结果、瓦斯压力模拟结果、煤体压力模拟结果、水分流速模拟结果与瓦斯流速模拟结果。