[发明专利]基于数值模拟的采空区注浆动态全过程仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于采空区注浆可视化仿真领域，涉及采空区注浆的三维数值模拟及基于数值模拟的采空区注浆三维动态全过程仿真方法。具体讲，涉及基于数值模拟的采空区注浆动态全过程仿真方法。

背景技术

采空区，是指地下固体矿床开采后的空洞区及其围岩因失稳而产生位移、开裂、破碎垮落，直到上覆岩层整体下沉、弯曲所引起的地表变形和破坏的地区或范围。由于采空区的存在，地表的移动和沉陷，伴随着产生了连续或非连续的变形。煤炭开采沉陷对环境的破坏是十分严重的，由于地表大范围的大幅度下沉，地表建筑设施会受到损害，同时，人们的生活、生产安全受到威胁和财产损失。目前，治理采空区最常用的技术手段为注浆工艺。注浆技术是使浆液结石体及采空区上部岩土层注浆后成为强度高、抗渗性好、稳定性高的新结构体，从而达到改善采空区所在区域地层的物理力学性质的目的，以满足各类土木建筑、岩土地基等的工程施工技术。

注浆全过程仿真作为浆液流动动态全过程仿真一种表现形式。目前对基于数值模拟的注浆动态全过程仿真未见报道，由于浆液和水流均属于流体类，浆液流动的模拟仿真可类比水流方面的研究。在水流动态全过程仿真方面，国内外研究学者进行了一些研究。

国外从1986年开始水流模拟研究，Fournier and Reeves应用了流体动力学方程的近似解模拟一系列流体轨迹线；Songxin Shi等应用了快速傅里叶转换法(FFT)建立大规模水域表面模型并结合动态几何波浪模型在水域表面产生洪峰。国外对水流数值模拟可视化应用中也已陆续推出了一些较为成功的商用可视化系统，如美国Brigham Young University的SMS软件，荷兰Delft Hydraulics Institute研制的Delft-3D软件，丹麦DHI研究所开发的MIKE ZERO系列软件等。美国地质中心Connor等对美国境内Queets河的洪水流域和河道变化进行动态模拟研究。蒙大纳大学Geoffrey等利用水文学和遥感影像方法对洪水流域进行三维模拟分析，并取得了一定的进展。美国水文科学沙化研究中心Carroll等对洪水冲蚀和淤积进行建模，利用科学计算可视化技术研究卡森河的河道河床变化及其对洪水影响。

国内对水流动态过程的三维可视化研究也广泛开展，董文锋等应用了一维水动力学模型结合OpenGL和GIS技术研制了清江流域“洪水演进模拟仿真系统”模拟流域洪水的淹没过程；韩敏等以给定水位的方式采用VC和OpenGL技术建立了洪水演进模拟系统，实现了洪水演进的可视化；洪友堂、田淑芳等基于OpenGL，运用广度优先搜索算法，实现了青海湖地区水体动态演进过程；叶海建等运用水波动理论实现了南水北调工程中动态水环境的模拟仿真；冶运涛等开发了汶川地震灾区堰塞湖溃决洪水淹没过程三维可视化系统，集成二维溃坝水流模型和在线监测数据，实现了唐家山堰塞湖的蓄水过程的模拟及溃决洪水演进过程的可视化动态仿真。

在注浆可视化方面，徐捷等开发了智能灌浆记录仪，为注浆过程的可视化提供了有益的借鉴，但是这一方法主要是以实验为基础，未涉及到数值模拟；闫树旺等实现了岩土边坡锚杆加固注浆过程的三维可视化，但是未结合数值模拟，只是进行了示意性的效果模拟。

综上所述，目前基于数值模拟的注浆全过程的动态模拟还未见报道。

参考文献：

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