[發明專利]一種煤層高壓注水致裂-滲流數值模擬方法

有效

• 申請號: 201610256526.5
• 申請日: 2016-04-22
• 公開（公告）號: CN105787220B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 周剛;徐茂;程衛民;張琦;邱晗;范韜;王家遠;邱磊;馬云龍
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 王連君

1.一種煤層高壓注水致裂-滲流數值模擬方法，其包括以下步驟：

A、建立包含注水孔及裂隙的煤體幾何模型

依據需注水煤層的高度、走向長度及傾向長度建立煤體幾何模型，根據注水孔直徑、長度、傾角及封孔長度參數添加注水孔模型，根據原生裂隙寬度、分布及走向添加裂隙模型，最后通過布爾運算使其形成聯合體；

B、建立裂隙生成及發育算法

通過設定煤體幾何模型的邊界條件，計算煤體網格所受壓應力，將壓應力與現場煤體材料強度參數比對，尋找最易被破壞的網格集合，將其視為已生成斷裂并在所述煤體幾何模型中標記為計算裂隙，然后導出為第一獨立文件；

C、通過生死單元方法實現裂隙生成及發育

應用生死單元方法，若步驟B中某網格集合被標記為計算裂隙，使某網格集合對應的區域在煤體幾何模型中失效，而后得到新的煤體幾何模型，然后導出為第二獨立文件；

D、耦合滲流場進行數值模擬

讀取第二獨立文件，對得到并剔除計算裂隙后新生成的界面添加邊界條件，將剔除的計算裂隙的邊界填充材料變更為空氣，孔隙率變更為1，使得水分可在其中自由流動且可接觸周邊煤體，同時對其周邊煤體加載水壓載荷，得到新生成的煤體幾何模型；

E、使用步驟D中新生成的煤體幾何模型進行滲流場模擬與應力場模擬，儲存得到的滲流場運算結果，并依據新的應力場計算結果，重新運行裂隙生成及發育算法，直至算法終止；

F、算法終止后，由于此時已不再有新的裂隙生成，則以此時的滲流場及應力場模擬結果為初始條件與邊界條件，進行普通的滲流場數值模擬至所需時間點，即得到所需結果。

2.一種基于最省卸壓路徑算法的煤層高壓注水致裂-滲流數值模擬方法，其特征在于，包括以下具體步驟：

建立包含注水孔及裂隙的煤體幾何模型：

依據需注水煤層的高度、走向長度及傾向長度建立煤體幾何模型，根據注水孔直徑、長度、傾角及封孔長度參數添加注水孔模型，根據原生裂隙寬度、分布及走向添加裂隙模型，最后通過布爾運算使其形成聯合體；

步驟一，依據煤體應力分布及煤體巖石力學參數設定煤體幾何模型邊界條件；

步驟二，將煤體幾何模型進行網格劃分，在注水孔附近提高網格劃分精度；

步驟三，輸入初始條件與邊界條件，進行此時刻下的滲流速度場、壓力場及水分增量場的數值模擬，計算煤體各處應力分布，得到各網格應力值；

步驟四，判斷每一個網格的應力值是否大于抗拉強度，若應力值大于抗拉強度，將此網格標記為計算裂隙，并執行步驟五；若該應力值小于抗拉強度，則忽略并執行步驟九；

步驟五，將計算裂隙通過生死單元方法剔除，并采用布爾運算將標記為計算裂隙的網格對應煤體做差集消去，將剔除的網格對應空間的填充材料定義為空氣，水分在其中的流動形式為自由流動，并重生成新的煤體幾何模型；

步驟六，判斷計算裂隙是否抵達煤體表面，若已抵達煤體表面，則表明煤體已被完全劈裂，終止本次模擬運算并輸出模擬結果，若未抵達煤體表面，則執行步驟七；

步驟七，判斷是否達到預設計算時間，若已達到預設計算時間，則整合所有時間節點結果并輸出，若未達到預設計算時間，則執行步驟八；

步驟八，儲存步驟七中所述所有時間節點數值模擬結果，并返回執行步驟三與步驟四；

步驟九，終止裂隙發育算法，并判斷是否達到預設計算時間，若已達到預設計算時間，則整合步驟七中所有時間節點結果并輸出，若未達到預設計算時間，則執行十；

步驟十，單獨進行滲流壓力場、速度場及水分增量場的模擬至預設計算時間，并整合步驟七中所有時間節點的模擬結果輸出。