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申请/专利权人：山东大学

摘要：本发明提出了一种隧道瓦斯突出注浆封堵全过程模拟方法及系统，涉及岩土工程技术领域，根据工程数据，构建并初始化瓦斯突出注浆封堵模型；基于初始化后的瓦斯突出注浆封堵模型，对三维流场进行流体计算，预测当前时间步的注浆速度场、注浆压力场、相分数场、浆液温度场和浆液粘度场，推进时间步，重复预测步骤，直至达到最终注浆时间步，完成瓦斯突出封堵注浆的模拟；本发明基于多相流理论并考虑浆液粘度的时变性构建瓦斯突出注浆封堵模型，通过引入可压缩性方程刻画瓦斯气体压缩过程，引入能量方程表征气体压缩过程中的温度变化，实现瓦斯突出注浆封堵过程中的真实呈现与精细化描述，从而实现隧道瓦斯突出注浆封堵全过程模拟与风险规避策略和防爆预警指导。

主权项：1.一种隧道瓦斯突出注浆封堵全过程模拟方法，其特征在于，包括：根据工程数据，构建瓦斯突出注浆封堵模型，并对瓦斯突出注浆封堵模型进行初始化；基于初始化后的瓦斯突出注浆封堵模型，对三维流场进行流体计算，预测当前时间步的注浆速度场、注浆压力场、相分数场、浆液温度场和浆液粘度场，推进时间步，重复预测步骤，直至达到最终注浆时间步，完成瓦斯突出封堵注浆的模拟；其中，所述瓦斯突出注浆封堵模型，通过可压缩性方程刻画瓦斯气体的压缩过程，通过能量方程表征瓦斯气体压缩过程中的温度变化，可压缩性方程与动量方程及连续性方程进行耦合，获取密度与压力、速度之间的关系，对三维流场进行流体计算；具体的，根据注浆速度、注浆压力、相分数和浆液粘度，组建动量方程，通过求解动量方程得到预测注浆速度，所述动量方程为： 其中，ρi为第i相的密度，U为速度，pi为第i相的压力，τi为第i相的粘性应力张量，g为重力加速度，Finter,i为第i相与其他相之间的相互作用力；将离散后的连续性方程与动量方程相组合，根据预测注浆速度求解注浆压力，根据注浆压力求解注浆速度；以此迭代计算，直至达到迭代次数后，求得的注浆压力和注浆速度即为当前时间步的注浆压力和注浆速度，所述连续性方程为： 其中，ρi为第i相的密度，U为速度，t为时间；根据预测得到的注浆压力、温度与可压缩性方程耦合，得到瓦斯相的密度，迭代计算，直至达到迭代次数后，得到当前时间步的注浆压力、温度与瓦斯相的密度，所述可压缩性方程为： 其中，ρ为密度，p为压力，R为特定气体常数，T为温度；将可压缩性方程与连续性方程耦合进行离散化求解当前时间步的瓦斯相密度；根据预测得到的注浆速度、密度与能量方程耦合，得到瓦斯介质的温度及更新焓，迭代计算，直至达到迭代次数后，得到当前时间步的注浆速度、瓦斯相密度与瓦斯介质温度，所述能量方程为： 其中，ρ为流体的密度，U表示速度，k为热导率，T为流体温度，Q为外部热源或由化学反应产生的热量，h为流体的单位质量焓，可用内能和压力体积乘积的总和表示，内能为温度的函数，通过比热容和温度来表达：e＝cvT，cv为恒容比热容；根据当前时间步的注浆速度构建离散后的相分数方程，通过求解相分数方程得到当前时间步岩溶管道岩体中的相分数，用来表征浆液扩散形态，所述相分数方程为： 其中，αi为第i相的体积分数，为第i相的体积分数随时间的变化率，U为速度，描述流体速度场对第i相体积分数的对流影响，ρi为第i相的密度，p为流体压力，第i相的密度对压力的偏导数，用于描述相的可压缩性，用于描述压力随时间的变化及其对流项，为流体速度场的散度对第i相体积分数的影响；基于有限体积法的基本原理，构建时间传输方程为： 其中，s表示时间，u表示速度；根据当前时间步的注浆速度，构建离散的时间传输方程，得到当前时间步的浆液注入时长，基于浆液注入时长，利用由实验数据拟合得到的粘度时变函数，计算浆液粘度；最终，得到当前时间步的注浆速度场、注浆压力场、相分数场、浆液温度场和浆液粘度场，然后推进时间步，重复上述步骤，直至达到最终注浆时间步，以完成高温动水注浆的模拟。

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