考虑采动应力路径与围岩损伤程度的覆岩渗透率更新方法技术

本发明专利技术提供了一种考虑采动应力路径与围岩损伤程度的覆岩渗透率更新方法，包括以下步骤：a、实测获得卸压开采各岩层力学参数，并进行相似模拟配比；b、采用相似模拟开采获得应力演化特征；c、根据卸压开采覆岩损伤度将覆岩分为破碎煤岩体、裂隙煤岩体和弹性煤岩体；d、根据卸压开采过程中不同区域的应力演化特征获得破碎煤岩体加载阶段，e、采用渗透率测试系统分别进行不同损伤程度煤岩体的应力‑渗透率测试，获得破碎煤岩体加载渗透率公式、裂隙煤岩体第一次加卸载渗透率公式和第二次加载渗透率公式、完整岩体的第一次加卸载渗透率公式；f、构建卸压开采数值模型更新渗透率。

【技术实现步骤摘要】
考虑采动应力路径与围岩损伤程度的覆岩渗透率更新方法
本专利技术涉及煤层开采领域，具体涉及一种考虑采动应力路径与围岩损伤程度的覆岩渗透率更新方法。
技术介绍
对于高瓦斯煤层卸压开采覆岩渗透率发育情况的研究主要采用现场实测，实验室相似模拟及数值模拟研究。现场实测一般视为最直接可靠的描述覆岩裂隙及渗透率演化规律的手段，国内外均有大量使用。但是在很多情况下由于费用高，安全性差，可行性低等原因，不能全方位，大面积的进行测量，只能进行定点定性的分析。国内外很多学者采用实验室相似模拟或者数值模拟等手段结合现场观测进行覆岩裂隙发育及渗透率分布特征的研究。但数值模拟研究同样存在多种假设，参数的合理选取对模拟结果至关重要，因此，实验室不同损伤程度煤样应力渗透率研究成为数值模拟参数选取的基础。综上可以看出，对于卸压开采过程中覆岩渗透率演化规律大多仍处于定性分析阶段，缺乏进一步的定量描述。现有的数值模拟方法主要通过围岩破坏情况间接的反映保护层开采对本煤层和被保护层瓦斯渗流的影响，或者根据经验直接设置渗透率的分布情况。综上所述，现有技术中存在以下问题：深部高瓦斯煤层卸压开采过程中应力路径复杂多变、各区域损伤程度差别大，渗透率无法量化计算。
技术实现思路
本专利技术提供一种考虑采动应力路径与围岩损伤程度的覆岩渗透率更新方法，以解决深部高瓦斯煤层卸压开采过程中应力路径复杂多变、各区域损伤程度差别大、渗透率无法量化计算的问题。为此，本专利技术提出一种考虑采动应力路径与围岩损伤程度的覆岩渗透率更新方法，包括以下步骤：步骤a、实测获得卸压开采各岩层力学参数，并进行相似模拟配比；步骤b、采用相似模拟开采获得卸压开采过程中各区域的应力演化特征；步骤c、根据卸压开采覆岩损伤度将覆岩分为破碎煤岩体、裂隙煤岩体和弹性煤岩体，破碎煤岩体位于垮落带，裂隙煤岩体位于裂隙带，弹性煤岩体位于弯曲下沉带；步骤d、根据卸压开采过程中不同区域的应力演化特征设计渗透率测试的应力路径，获得破碎煤岩体加载阶段，其中裂隙煤岩体为卸载-加载阶段，弹性煤岩体为加载-卸载阶段；步骤e、采用渗透率测试系统分别进行不同损伤程度煤岩体的应力-渗透率测试，获得破碎煤岩体加载渗透率公式、裂隙煤岩体第一次加卸载渗透率公式和第二次加载渗透率公式、完整岩体的第一次加卸载渗透率公式；步骤f、构建卸压开采数值模型，在模拟过程中根据获得的不同应力状态、不同损伤程度煤岩体的渗透率公式更新渗透率。进一步地，步骤f中，在模拟过程中利用FISH语言更新渗透率。进一步地，步骤f中，在模拟过程中利用FISH语言更新渗透率具体包括：步骤f1、首先判断卸压开采过程中覆岩所处分区；步骤f2、判断为弯曲下沉带的块体进一步判断块体的膨胀变形，当膨胀变形大于等于0.3％时，则认为该区域处于离层裂隙带；步骤f3、损伤程度判断完毕后，进一步判断块体所处的加卸载状态；步骤f4、加卸载判断完毕后，进一步判断块体所经历的加卸载次数；步骤f5、判断为垮落带的块体的水平渗透率和垂直渗透率均采用破碎煤岩体渗透率模型计算；步骤f6、判断为裂隙带的块体的水平渗透率和垂直渗透率均采用裂隙煤岩体渗透率模型计算；步骤f7、判断为离层裂隙带的块体的水平渗透率采用裂隙煤岩体渗透率模型计算，垂直渗透率采用弹性煤岩体渗透率计算模型；步骤f8、膨胀变形小于0.3％的弹性块体的水平渗透率和垂直渗透率采用弹性煤岩体渗透率计算模型。进一步地，步骤f1中，垮落带分区根据采高和直接顶系数在模拟过程中直接设置；裂隙带分区则根据模拟过程中的弹塑性状态判断：其中，弹性区属于弯曲下沉带，塑性区属于裂隙带。进一步地，步骤f1中，垮落带分区确定采用如下方法：f11、根据直接顶单轴抗压强度对直接顶分成3类，分别是：Ⅰ类，单轴抗压强度大于40MPa；Ⅱ类，单轴抗压强度在20～40MPa；和Ⅲ类，单轴抗压强度小于20MPa；f12、Ⅰ类直接顶c1，c2和c3分别为2.1、16和2.5f13、Ⅱ类直接顶c1，c2和c3分别为4.7、19和2.2f14、Ⅲ类直接顶c1，c2和c3分别为6.2、32和1.5f15、根据公式计算获得垮落带范围高度H1。进一步地，具体包括以下步骤：步骤S1、实测获得卸压开采各岩层力学参数，并进行相似模拟配比；步骤S2、采用相似模拟开采获得卸压开采过程中各区域的应力演化特征；步骤S3、根据卸压开采覆岩损伤度将覆岩分为破碎煤岩体、裂隙煤岩体和弹性煤岩体，破碎煤岩体位于垮落带，裂隙煤岩体位于裂隙带，弹性煤岩体位于弯曲下沉带；步骤S4、根据卸压开采过程中不同区域的应力演化特征设计渗透率测试的应力路径，获得破碎煤岩体加载阶段，裂隙煤岩体为卸载-加载阶段，弹性煤岩体是加载-卸载阶段；步骤S5、采用渗透率测试系统分别进行不同损伤程度煤岩体的应力-渗透率测试，获得破碎煤岩体加载渗透率公式、裂隙煤岩体第一次加卸载渗透率公式和第二次加载渗透率公式、完整岩体的第一次加卸载渗透率公式；步骤S6、构建卸压开采数值模型，在模拟过程中运行利用FISH语言更新渗透率；步骤S7、首先判断卸压开采过程中覆岩所处分区，垮落带分区根据公式计算获得；根据直接顶单轴抗压强度对直接顶进行分类：Ⅰ类，单轴抗压强度大于40MPa；Ⅱ类，单轴抗压强度在20～40MPa；Ⅲ类，单轴抗压强度小于20MPa；Ⅰ类直接顶c1，c2和c3分别为2.1、16和2.5；Ⅱ类直接顶c1，c2和c3分别为4.7、19和2.2；Ⅲ类直接顶c1，c2和c3分别为6.2、32和1.5；其中，c1是硬岩垮落系数，c2是中硬岩垮落系数，c3是软岩垮落系数；步骤S8、裂隙带分区则根据模拟过程中的弹塑性状态判断：弹性区属于弯曲下沉带，塑性区属于裂隙带。步骤S9、判断为弯曲下沉带的块体进一步判断块体的膨胀变形，当膨胀变形大于等于0.3％时，则认为该区域处于离层裂隙带；步骤S10、损伤程度判断完毕后，进一步判断块体所处的加卸载状态；步骤S11、加卸载判断完毕后，进一步判断块体所经历的加卸载次数；步骤S12、判断为垮落带的块体的水平垂直渗透率和垂直渗透率均采用破碎煤岩体渗透率模型计算；步骤S13、判断为裂隙带的块体的水平垂直渗透率和垂直渗透率均采用裂隙煤岩体渗透率模型计算；步骤S14、判断为离层裂隙带的块体的水平渗透率采用裂隙煤岩体渗透率模型计算，垂直渗透率采用弹性煤岩体渗透率计算模型；步骤S15、膨胀变形小于0.3％的弹性块体的水平垂直渗透率和垂直渗透率采用弹性煤岩体渗透率计算模型。本专利技术涉及深部高瓦斯煤层卸压开采效果评价方法中的渗透率计算方法，本专利技术按照覆岩“三带”损伤裂隙煤岩体特征将煤岩体进行分类并进行了循环加卸载应力-渗透率实验得到了不同加卸载阶段不同损伤程度煤样渗透率的拟合公式，从而建立了卸压开采覆岩渗透率更新模型。本专利技术对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑采动应力路径与围岩损伤程度的覆岩渗透率更新方法，其特征在于，所述考虑采动应力路径与围岩损伤程度的覆岩渗透率更新方法包括以下步骤：/n步骤a、实测获得卸压开采各岩层力学参数，并进行相似模拟配比；/n步骤b、采用相似模拟开采获得卸压开采过程中各区域的应力演化特征；/n步骤c、根据卸压开采覆岩损伤度将覆岩分为破碎煤岩体、裂隙煤岩体和弹性煤岩体，破碎煤岩体位于垮落带，裂隙煤岩体位于裂隙带，弹性煤岩体位于弯曲下沉带；/n步骤d、根据卸压开采过程中不同区域的应力演化特征设计渗透率测试的应力路径，获得破碎煤岩体加载阶段，其中裂隙煤岩体为卸载-加载阶段，弹性煤岩体为加载-卸载阶段；/n步骤e、采用渗透率测试系统分别进行不同损伤程度煤岩体的应力-渗透率测试，获得破碎煤岩体加载渗透率公式、裂隙煤岩体第一次加卸载渗透率公式和第二次加载渗透率公式、完整岩体的第一次加卸载渗透率公式；/n步骤f、构建卸压开采数值模型，在模拟过程中根据获得的不同应力状态、不同损伤程度煤岩体的渗透率公式更新渗透率。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑采动应力路径与围岩损伤程度的覆岩渗透率更新方法，其特征在于，所述考虑采动应力路径与围岩损伤程度的覆岩渗透率更新方法包括以下步骤：
步骤a、实测获得卸压开采各岩层力学参数，并进行相似模拟配比；
步骤b、采用相似模拟开采获得卸压开采过程中各区域的应力演化特征；
步骤c、根据卸压开采覆岩损伤度将覆岩分为破碎煤岩体、裂隙煤岩体和弹性煤岩体，破碎煤岩体位于垮落带，裂隙煤岩体位于裂隙带，弹性煤岩体位于弯曲下沉带；
步骤d、根据卸压开采过程中不同区域的应力演化特征设计渗透率测试的应力路径，获得破碎煤岩体加载阶段，其中裂隙煤岩体为卸载-加载阶段，弹性煤岩体为加载-卸载阶段；
步骤e、采用渗透率测试系统分别进行不同损伤程度煤岩体的应力-渗透率测试，获得破碎煤岩体加载渗透率公式、裂隙煤岩体第一次加卸载渗透率公式和第二次加载渗透率公式、完整岩体的第一次加卸载渗透率公式；
步骤f、构建卸压开采数值模型，在模拟过程中根据获得的不同应力状态、不同损伤程度煤岩体的渗透率公式更新渗透率。


2.如权利要求1所述的考虑采动应力路径与围岩损伤程度的覆岩渗透率更新方法，其特征在于，步骤f中，在模拟过程中利用FISH语言更新渗透率。


3.如权利要求2所述的考虑采动应力路径与围岩损伤程度的覆岩渗透率更新方法，其特征在于，步骤f中，在模拟过程中利用FISH语言更新渗透率具体包括：
步骤f1、首先判断卸压开采过程中覆岩所处分区；
步骤f2、判断为弯曲下沉带的块体进一步判断块体的膨胀变形，当膨胀变形大于等于0.3％时，则认为该区域处于离层裂隙带；
步骤f3、损伤程度判断完毕后，进一步判断块体所处的加卸载状态；
步骤f4、加卸载判断完毕后，进一步判断块体所经历的加卸载次数；
步骤f5、判断为垮落带的块体的水平渗透率和垂直渗透率均采用破碎煤岩体渗透率模型计算；
步骤f6、判断为裂隙带的块体的水平渗透率和垂直渗透率均采用裂隙煤岩体渗透率模型计算；
步骤f7、判断为离层裂隙带的块体的水平渗透率采用裂隙煤岩体渗透率模型计算，垂直渗透率采用弹性煤岩体渗透率计算模型；
步骤f8、膨胀变形小于0.3％的弹性块体的水平渗透率和垂直渗透率采用弹性煤岩体渗透率计算模型。


4.如权利要求1所述的考虑采动应力路径与围岩损伤程度的覆岩渗透率更新方法，其特征在于，步骤f1中，垮落带分区根据采高和直接顶系数在模拟过程中直接设置；裂隙带分区则根据模拟过程中的弹塑性状态判断：其中，弹性区属于弯曲下沉带，塑性区属于裂隙带。


5.如权利要求1所述的考虑采动应力路径与围岩损伤程度的覆岩渗透率更新方法，其特征在于，步骤f1中，垮落带分区确定采用如下方法：
f11、根据直接顶单轴抗压强度对直接顶分成3类，分别是：Ⅰ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张村，赵毅鑫，宋子玉，贾胜，陈彦宏，焦越，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11