【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及井下注浆充填领域，具体涉及一种破碎煤岩体注浆加固模型构建方法。
技术介绍
1、煤炭作为我国重要的能源之一，在我国经济发展中发挥着举足轻重的作用，研究表明在未来很长时间内煤炭资源的重要地位都不会改变。然而随着煤炭工业的快速发展，我国浅部煤炭资源的逐渐开采殆尽，煤炭开采的重心逐渐向深部转移，并且开采高度与强度也不断增大，复杂的开采条件导致在巷道掘进过程中工作面顶底板与煤帮破碎等问题逐渐加剧，不仅威胁着煤矿井下工作人员的人身安全，还影响着工作面的安全正常开采。针对巷道顶底板与煤帮破碎的问题，相关学者提出了注浆充填加固技术，即向破碎煤岩体中注入充填料浆，使料浆挤压或渗透到煤岩体的大小裂隙中，反应固结后，在煤岩体内形成新的网络骨架结构，提高煤岩体的整体黏聚力和抗拉、抗剪强度。
2、由于注浆过程的隐蔽性，料浆在破碎煤岩体中的扩散过程的监测难以实现，其扩散规律决定着注浆加固效果的优劣程度，因此许多学者针对破碎煤岩体中料浆扩散过程进行了数值模拟分析，料浆扩散规律的研究取得了更加深入的发展。但料浆扩散过程随着不同煤岩体模型中的裂隙状态呈现出不同规律，不恰当的裂隙特征参数将会导致计算结果不准确，从而无法精确模拟真实的料浆扩散过程。因此亟待开发一种破碎煤岩体注浆加固模型构建方法，提高破碎煤岩体中料浆扩散过程模拟的精确程度与模拟效率，为破碎煤岩体注浆加固工作提供依据。
技术实现思路
1、针对上述存在的技术不足，本专利技术的目的是提供一种破碎煤岩体注浆加固模型构建方法，其用于确定代
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术提供一种破碎煤岩体注浆加固模型构建方法，包括以下步骤：
4、(1)首先根据研究区域的地质资料获取巷道所在岩层的几何地质参数，确定模型构建区域，通过充填料浆性能实验获取料浆性能参数，确定模型物理场及流体流动控制方程；
5、(2)根据模型构建区域和模型物理场及流体流动控制方程在数值模拟软件中构建初始破碎煤岩体模型，包括注浆钻孔与破碎煤岩体，破碎煤岩体通过单元内预制裂隙网络进行构造；
6、(3)根据实际工况条件为模型设置定解条件即初始条件与边界条件，包括注浆压力、料浆密度与动力黏度、注浆入口与出口，并将破碎煤岩体模型进行网格化；
7、(4)调整研究设置后进行数值模拟计算，根据所定义的料浆等效扩散半径与扩散状态判定依据，表征煤岩体模型中料浆充实加固效果，通过增加预制裂隙网络条数，直至料浆等效扩散半径与扩散状态不随裂隙条数增加而变化，此时的预制裂隙网络能够表示代表性煤岩体破碎结构，进而确定能够准确模拟破碎煤岩体中浆液流动的模型。
8、优选地，所在岩层的几何地质参数主要包括煤层与顶底板各岩层物理力学参数及厚度、巷道布置与支护参数，料浆性能参数主要包括密度、动力粘度、雷诺数、流体扩散系数和压缩系数。
9、优选地，定义料浆扩散面积占比作为扩散状态判定依据，用于表征煤岩体模型中料浆充实加固效果，料浆扩散面积占比的计算公式如下：
10、
11、其中，s模为破碎煤岩体模型面积，m2；
12、通过模拟软件确定料浆扩散面积，通过上述公式计算得出料浆扩散面积占比，当料浆扩散面积超过模型面积80％，并且扩散到模型边界的时候，视为此时料浆充实效果满足破碎煤岩体注浆加固要求，可停止注浆工作。
13、优选地，煤岩体中裂隙能够引导料浆的扩散方向，从而影响料浆的扩散规律，因此煤岩体破碎结构的确定非常重要，通过预制裂隙网络表征代表性煤岩体破碎结构，为了判断出裂隙网络条数的代表数量，降低裂隙随机生成而产生的计算误差，定义料浆等效扩散半径re，结合扩散状态判定依据，确定裂隙网络条数的代表数量，料浆等效扩散半径re的计算公式如下：
14、
15、其中，sl为料浆扩散面积，m2；
16、采用数值模拟软件随机构建生成裂隙网络，通过增加裂隙条数，研究料浆等效扩散半径和扩散面积占比的变化规律，当随着裂隙条数增加，料浆等效扩散半径和扩散面积占比变化幅度均小于1％时，此时无需继续增加裂隙条数，裂隙随机生成而产生的计算误差最小，所有裂隙在空间上既有相互连通，又有彼此独立的情况，确定此时的裂隙网络能够很好地表征实际煤岩体破碎结构。
17、优选地，破碎煤岩体模型进行网格化时注浆孔与裂隙附近区域网格分布较密，其他区域网格划分相对较粗，能够提高模拟精准程度与计算效率。
18、本专利技术的有益效果在于：本方法定义料浆等效扩散半径与扩散状态判定依据，可用于表征代表性煤岩体破碎结构与煤岩体模型中料浆充实加固效果，提高了破碎煤岩体中料浆扩散过程模拟的效率与精确程度，为破碎煤岩体注浆模拟提供依据，进一步推动了破碎煤岩体中注浆加固技术的发展。此方法操作简单，结果精确，通过设定不同注浆压力、充填料浆性能参数等因素可研究不同条件下的注浆扩散规律，具有广泛的适用性。
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1.一种破碎煤岩体注浆加固模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种破碎煤岩体注浆加固模型构建方法，其特征在于，步骤(1)中，所在岩层的几何地质参数包括煤层与顶底板各岩层物理力学参数及厚度、巷道布置与支护参数，料浆性能参数包括密度、动力粘度、雷诺数、流体扩散系数和压缩系数。
3.如权利要求1所述的一种破碎煤岩体注浆加固模型构建方法，其特征在于，步骤(4)中，定义料浆扩散面积占比作为扩散状态判定依据，用于表征煤岩体模型中料浆充实加固效果，料浆扩散面积占比的计算公式如下：
4.如权利要求1所述的一种破碎煤岩体注浆加固模型构建方法，其特征在于，步骤(4)中，煤岩体中裂隙能够引导料浆的扩散方向，从而影响料浆的扩散规律，通过预制裂隙网络表征代表性煤岩体破碎结构，为了判断出裂隙网络条数的代表数量，降低裂隙随机生成而产生的计算误差，定义料浆等效扩散半径re，结合扩散状态判定依据，确定裂隙网络条数的代表数量，料浆等效扩散半径re的计算公式如下：
5.如权利要求1所述的一种破碎煤岩体注浆加固模型构建方法，其特征在于，破碎煤岩
...【技术特征摘要】
1.一种破碎煤岩体注浆加固模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种破碎煤岩体注浆加固模型构建方法，其特征在于，步骤(1)中，所在岩层的几何地质参数包括煤层与顶底板各岩层物理力学参数及厚度、巷道布置与支护参数，料浆性能参数包括密度、动力粘度、雷诺数、流体扩散系数和压缩系数。
3.如权利要求1所述的一种破碎煤岩体注浆加固模型构建方法，其特征在于，步骤(4)中，定义料浆扩散面积占比作为扩散状态判定依据，用于表征煤岩体模型中料浆充实加固效果，料浆扩散面积占比的计算公式如下：
4.如权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：李建光，高朝，
申请(专利权)人：山西宁武榆树坡煤业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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