一种基质-裂隙-巷道水运移耦合的数值模拟方法
2025-02-27 16:42
No.1344711372554117120
技术概要
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本技术涉及智慧矿山开采技术领域,尤其是涉及一种基质‑裂隙‑巷道水运移耦合的数值模拟方法。具体包含以下步骤:从GIS系统中提取基质以及巷道信息,生成包含三维基质、二维裂隙以及简化的一维巷道网格信息;根据实测矿山情况设置物性参数、压力和速度边界条件;求得三维基质和二维裂隙的渗透率;对三维基质、二维裂隙的渗流方程以及巷道的伯努利方程进行离散求解,并设置耦合条件即压强相同、流量满足叠加的原理进行耦合计算,得到不同维度下的流速信息;一维巷道快速计算之后得到突水流量和突水水位,在此基础上利用SPH方法进行局部可视化展示并提前预警。通过本方法可以完整地模拟地下水的运移情况,进而达到优化工程设计的目的。
背景技术
矿山开采过程中的水运移是一个复杂的过程,涉及地下水的补给、流动、涌入矿井、排水和排泄等多个环节。其主要受地质构造、岩石渗透性、地下水位及开采活动等因素影响,其中地质构造中的断层、节理、裂隙等地质构造影响地下水的流动路径和速度;而岩石的渗透性决定了地下水的流动速度和路径;渗透性较高的岩石容易导致地下水快速涌入矿井,地下水位的高低直接影响矿井涌水的量和位置,高地下水位会增加矿井涌水的风险;矿山开采活动改变了地下水的自然流动路径,可能导致地下水位下降和矿井涌水。因此,对水运移的分析、模拟方法一直是智慧矿山的建设重点之一。 由于耦合作用的复杂性及裂隙岩体的高度非均质性,采用数学模型进行数值仿真是分析裂隙岩体渗流传质过程的重要手段。当前由于水运移过程涉及多种不同的区域工况,形成多区域耦合系统,导致更加复杂多变,难以用单一模型进行准确描述。并且针对这类情况的模拟往往只是简单的渗流场内数值模拟方案,忽视了在地层开采中完整的水运移情况,导致无法准确和全面的判断开采过程中的水害风险。
实现思路
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该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
刘谋斌  郭朝阳
技术所属: 北京大学
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