[发明专利]一种采动覆岩导水通道演化的模拟方法

权利要求书

1.一种采动覆岩导水通道演化的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.确定覆岩中结构面的几何参数，并建立关于覆岩中结构面的三维网络几何模型；所述结构面包括主要结构面及次要结构面；

S2.建立包含结构面的采场覆岩导水通道演化的数值计算模型；

S3.确定零厚度裂缝单元的尺寸，分别在所述数值计算模型的覆岩结构面处及基质内实体单元边界处嵌入所述零厚度裂缝单元，以此模拟覆岩中主要结构面及次要结构面的随机分布；

S4.分别获取岩层基质的弹塑性特征、结构面的脆性/韧性断裂力学特征、完全断裂后岩块的剪切摩擦特征，将各特征赋予所述数值计算模型的结构面和裂缝单元中，并采用FEM与DEM耦合计算；

S5.获取并输入所述数值计算模型的材料参数、边界条件和初始条件；

S6.编制煤层位置处单元随时间和空间位置删除的VUSDFLD程序，嵌入所述数值计算模型，以模拟采煤工作面回采过程；

S7.求解所述数值计算模型的模拟结果，并输出。

2.根据权利要求1所述的一种采动覆岩导水通道演化的模拟方法，其特征在于，还包括：

S8.分析所述模拟结果，得到采动覆岩导水裂隙带空间分布及发育高度随回采参数的演化规律，将所述演化规律与地表、地下含水层分布状态相结合，优化煤炭开采方案。

3.根据权利要求1或2所述的一种采动覆岩导水通道演化的模拟方法，其特征在于，在所述步骤S1的确定覆岩中结构面的几何参数中包括：

根据电阻率测井法确定各岩层中主要结构面的间距；

根据钻井取芯过程中各岩层岩芯的平均长度确定次要结构面的间距；

计算结构面的平均间距、间距均方差、以及在预设倾角范围内结构面的出现频率。

4.根据权利要求3所述的一种采动覆岩导水通道演化的模拟方法，其特征在于，在所述步骤S1的建立关于覆岩中结构面的三维网络几何模型中包括：

根据所需求建立的数值计算模型的大小，确定在x、y、z三个正交方向上Voronoi多边形的个数；

根据结构面的间距均方差，在python中生成一组满足统计分布的空间离散点；

将所有的空间离散点连接成Delaunay三角形；

依据Delaunay空间外接球准则找出三角形三点之外的第四点，并构成一个Delaunay四面体；

由四面体相邻面的中垂面围成Voronoi多面体，由此生成覆岩中结构面的三维网络几何模型。

5.根据权利要求4所述的一种采动覆岩导水通道演化的模拟方法，其特征在于，在所述步骤S3的确定零厚度裂缝单元的尺寸中包括：

断裂过程区的长度L：其中，π为圆周率常数，μ为材料泊松比，D_0，c为弹性模量，G_n为断裂能，为材料的抗拉强度；

钻井取芯过程中各岩层岩芯的平均长度T；

在大尺度结构面中，裂缝单元的尺寸小于等于L；

在小尺度结构面中，裂缝单元的尺寸为平均长度T与长度L中的小者。