本發(fā)明涉及煤系承壓斷層注漿效果評價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于flac3d數(shù)值模擬的斷層注漿加固效果評價(jià)方法。

背景技術(shù)：

斷層注漿加固是漿液在泵壓的作用下擠壓或滲透到裂隙內(nèi)，漿液固結(jié)后，以固體形式充填在裂隙中并與巖體固結(jié)，這些充填的材料在巖體內(nèi)形成新的網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)骨架內(nèi)側(cè)則是均勻密實(shí)的巖體，形成網(wǎng)絡(luò)骨架的充填材料具有較好的彈性黏結(jié)強(qiáng)度，在相同應(yīng)力作用下，未注漿時(shí)巖體強(qiáng)度達(dá)到極限狀態(tài)；而注漿后的巖體處于穩(wěn)定狀態(tài)，自承能有所提高。因此，注漿加固改善了巖體的宏觀力學(xué)性質(zhì)，提高巖體密實(shí)度及強(qiáng)度，使巖體延性特征進(jìn)一步增強(qiáng)；增強(qiáng)了巖體抗變形能力，使巖體在大變形條件下能夠保持足夠的強(qiáng)度。

同樣，對注漿效果進(jìn)行評價(jià)也是及其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，目前對于注漿效果評價(jià)的方法主要有鉆孔抽(壓)水檢查法、注漿前后水量比較法、取樣檢查法等，這些方法大多實(shí)際評價(jià)比較復(fù)雜，工程量較大，評價(jià)影響因素較多，不能更好的合理直觀評價(jià)注漿效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

1.本發(fā)明的目的

鑒于此，本發(fā)明針對斷層注漿效果評價(jià)技術(shù)的不足，提供一種更能直觀反映斷層注漿效果的數(shù)值模擬方法。

2.本發(fā)明的技術(shù)方案

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種基于flac3d數(shù)值模擬的斷層注漿加固效果評價(jià)方法，該方法包括：步驟a，依據(jù)工程地質(zhì)條件，建立符合實(shí)際的數(shù)值模型；步驟b，根據(jù)巖石力學(xué)性能測試結(jié)果，分別賦予注漿前和注漿后的參數(shù)條件；步驟c，對數(shù)值模型進(jìn)行加載模擬，輸出模型塑性破壞分布圖與位移曲線；步驟d，對比注漿前后模擬結(jié)果，對注漿效果進(jìn)行評價(jià)。

本發(fā)明依據(jù)工程地質(zhì)條件，利用flac3d數(shù)值模擬軟件建立數(shù)值分析模型，通過提高圍巖的力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)來模擬注漿后的巖層物理力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而對比注漿前后位移曲線與塑性破壞分布，更能直觀合理的評價(jià)斷層注漿加固效果，且操作簡單，易于實(shí)際應(yīng)用。

附圖說明

此處用來說明的附圖是為了對本發(fā)明的進(jìn)一步解釋和說明，為本申請的一部分，但并不能限定本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明基于flac3d數(shù)值模擬的斷層注漿效果評價(jià)方法流程圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)例某礦斷層數(shù)值分析模型圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)例模型注漿前、注漿后圍巖塑性破壞圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)例模型煤層開采時(shí)注漿前、后1煤頂板位移曲線圖和煤層開采時(shí)注漿前、后1煤底板位移曲線圖。

具體實(shí)施方案

下面結(jié)合附圖及本發(fā)明所應(yīng)用的實(shí)例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明基于flac3d數(shù)值模擬的斷層注漿加固效果評價(jià)方法流程圖。如圖1所示，該方法包括：

步驟a，依據(jù)工程地質(zhì)條件，建立符合實(shí)際的數(shù)值模型；

步驟b，根據(jù)巖石力學(xué)性能測試結(jié)果，分別賦予注漿前和注漿后的參數(shù)條件；

步驟c，對數(shù)值模型進(jìn)行加載模擬，輸出模型塑性破壞分布圖與位移曲線；

步驟d，對比注漿前后模擬結(jié)果，對注漿效果進(jìn)行評價(jià)。

以下結(jié)合具體實(shí)例，對上述每一步驟進(jìn)行解釋說明。

步驟a，依據(jù)工程地質(zhì)條件，建立符合實(shí)際的數(shù)值模型。

在本發(fā)明實(shí)例中，為模擬某斷層注漿后的效果，選取-536m水平為背景，斷層傾角56°～75°，落差0～25m，模擬時(shí)斷層傾角取70°，落差平均取10m。結(jié)合工作面走向及傾向長，模型幾何尺寸選取300*100*50(m)，巖層傾角近似水平。巖體垂直應(yīng)力按巖體自重應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，巖層的水平應(yīng)力根據(jù)巖體泊松效應(yīng)計(jì)算。

本發(fā)明實(shí)例中，模型施加漸變內(nèi)部應(yīng)力，模型上部巖層泊松比平均取0.22，容重平均取2200kg/m3，故模型頂部載荷為11.8mpa，底部為13.05mpa，垂向漸變系數(shù)為2.500。數(shù)值分析模型見圖1。

步驟b，根據(jù)巖石力學(xué)性能測試結(jié)果，分別賦予注漿前和注漿后的參數(shù)條件。

本發(fā)明實(shí)例，主要是依靠提高圍巖的力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)來達(dá)到評價(jià)目的。圍巖進(jìn)行加固后，其力學(xué)性質(zhì)基本上接近于注漿體的強(qiáng)度，因此，可將圍巖和漿體共同膠結(jié)而成的加固體看作ⅱ類圍巖，因此，數(shù)值計(jì)算時(shí)，注漿后的圍巖可采用注漿體的力學(xué)參數(shù)(見表1)進(jìn)行模擬。

根據(jù)工作面1煤頂?shù)装鍘r性力學(xué)性能測試成果，得到模擬所用巖體物理力學(xué)參數(shù)(見表2)。

表1注漿加固體計(jì)算參數(shù)

表2巖體物理力學(xué)參數(shù)

步驟c，對數(shù)值模型進(jìn)行加載模擬，輸出模型塑性破壞分布圖與位移曲線。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)例資料顯示，目前僅開采某斷層下盤，1煤一次采全高，且1煤回采至距離斷層下盤80m時(shí)停采。結(jié)合煤層實(shí)際開采情況，斷層注漿加固前后1煤層開采后圍巖塑性破壞圖及頂?shù)装逦灰魄€圖見圖3、圖4。

步驟d，對比注漿前后模擬結(jié)果，對注漿效果進(jìn)行評價(jià)。

通過對比圖3a、3b可知，未注漿時(shí)采空區(qū)頂?shù)装逅苄詤^(qū)范圍相對于注漿后較大，未注漿時(shí)，1煤開采后塑性破壞最大范圍距離斷層30m，由于沒有注漿時(shí)斷層帶物質(zhì)相對力學(xué)性能較差，煤層開挖后斷層帶出現(xiàn)一定的剪切破壞；斷層帶注漿后，1煤開采塑性破壞最大范圍距離斷層為35m，且斷層帶未出現(xiàn)塑性破壞，注漿前、后1煤開采后塑性破壞區(qū)域均波及不到斷層帶，但相對于未注漿時(shí)，注漿加固后，圍巖塑性破壞區(qū)域有所減少。

由圖4a可知，注漿后，頂板巖層位移量明顯減少，未注漿時(shí)，1煤開采頂板最大位移在88mm左右，注漿加固后，斷層下盤1煤頂板最大位移在80mm。圖4b顯示，未注漿時(shí)，1煤底板最大位移在9.3mm左右，注漿加固后，斷層下盤1煤底板最大位移為6mm。相對于未注漿時(shí)斷層下盤頂、底板巖層位移分別減少了10％和35.5％。說明注漿加固后頂、底板巖層位移明顯減小，注漿加固效果較好。

另外，圖4b中顯示1煤開采后底板巖層的位移為正，表示底板巖層向上運(yùn)移，這主要是因?yàn)槊簩娱_采后形成采空區(qū)，上部作用于底板巖層上的應(yīng)力釋放，使得底板出現(xiàn)“底鼓”現(xiàn)象，但“底鼓”量較小，且注漿加固后，底板巖層“底鼓”量明顯減少，進(jìn)而說明注漿加固效果較好。

本發(fā)明依據(jù)工程地質(zhì)條件，利用flac3d數(shù)值模擬軟件建立數(shù)值分析模型，通過提高圍巖的力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)來模擬注漿后的巖層物理力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而對比注漿前后位移曲線與塑性破壞分布，更能直觀合理的評價(jià)斷層注漿加固效果，且操作簡單，易于實(shí)際應(yīng)用。

以上所述具體實(shí)例，對本發(fā)明的目的，過程和有益效果進(jìn)行詳細(xì)說明，并不用于限定本發(fā)明的限定范圍，凡在本發(fā)明的精神原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。