【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿山安全绿色开采，特别涉及地下工程中一种预估岩体注浆浆液扩散、注浆压力的预估方法。
技术介绍
1、近年来，矿产资源开采所面临的灾害事故频发，究其原因是因为工程岩体受外部环境变化会产生孔隙、裂隙等弱体结构，则本体的性能大大低于初始完整结构。为此，人们应用了一种满足工程需求的方法，即注浆，其实质是将水泥等材料配制成浆液，用压送设备将其注入岩体裂隙内使其扩散、胶凝或固化，以达到加固岩体或防渗堵漏的目的。
2、而裂隙岩体注浆(裂隙注浆及劈裂注浆)在很大程度上属于非可控注浆，但可尝试利用已知的岩石力学参数、浆液性能指标等建立有效的注浆扩散模型，准确描述浆液运移规律和预估裂隙岩体注浆的扩散范围。如公开号为cn108487918a的中国专利技术专利申请《隧道与地下工程围岩裂隙水注浆治理设计方法》通过浆液扩散理论方程获取注浆压力、注浆速率和浆液扩散距离之间的定量关系，该注浆压力是基于步骤d中注浆压力理论值pg的公式计算的，该公式利用达到半径r时的粘度和裂隙宽度等参数进行计算，但该公式本身存在不准确的问题。
3、目前人们多忽略岩体裂隙在地质岩层内所呈现的多角度交叉和非平滑的特性，造成在预估注浆参数中存在一定的偏差；同时，人们也多忽略浆液的粘度特征，造成对注浆压力和注浆扩散范围的预估不足，进而产生材料浪费、注浆不足等后果。实现对岩体裂隙和浆液粘度的表征来预估浆液扩散已经成为注浆防控灾害的必须解决的问题。
4、因此迫切需要一种可计算的、简易实施的预估方法来实现对扩散范围的评价。
1、本专利技术所要解决的技术问题在于如何实现对倾斜裂隙、黏变性注浆浆液等复杂工况下注浆压力的估算，以解决岩体注浆过程中存在的材料浪费、注浆不足、设计困难等诸多问题。
2、本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，包括以下步骤：
3、s1、引入裂隙内所需浆液扩散半径l、平均隙宽b、倾斜裂隙倾角β、初始粘度μ0、粘度系数η、注浆孔孔径r0、外压p0、注浆流量q，给出扩散长度计算段个数n、方向角段数m；
4、s2、计算单元半径δr和单元角度δw；
5、s3、定义初始压力为外压p0，初始扩散半径为注浆孔孔径r0，计算在同一方向角kδw下的浆液扩散半径ri+1,k和平均扩散半径
6、s4、基于质量平衡定律，根据裂隙隙宽计算在同一方向角kδw和单元半径δr控制下的不同扩散半径的平均扩散速度计算出扩散半径达到单元半径δr所需的时间δti,k、扩散一定距离后的总时间t(i,k)；
7、s5、计算同一方向角kδw下随注浆时间变化的平均浆液粘度
8、s6、根据压力梯度控制方程得到在方向角为kδw时，单元半径δr的注浆压力梯度δpi,k；
9、s7、计算方向角为kδw、扩散半径为ri,k时的裂隙内注浆压力pi,k；
10、s8、在同一方向角kδw下递增扩散半径ri,k，重复s1-s7，直至i＝n，完成方向角为kδw上注浆压力的估算；
11、s9、递增方向角，在同一方向角(k+1)δw下递增扩散半径ri,k，重复s1-s7，直至i＝n，完成方向角为(k+1)δw上注浆压力的估算，直至完成对整个裂隙面的注浆压力的估算。
12、优选的，所述步骤s2中单元半径δr和单元角度δw通过以下公式计算：
13、δr＝l/n，δw＝2π/m，其中l为浆液扩散半径，n为扩散长度计算段个数，m为方向角段数。
14、优选的，所述步骤s3中浆液扩散半径ri+1,k和平均扩散半径通过以下公式计算：
15、
16、其中，ri+1,k为方向角kδw下浆液扩散距离到达(i+1)δr的浆液扩散半径，ri,k为方向角kδw下浆液扩散距离到达iδr的浆液扩散半径，δr为单元半径。
17、优选的，所述步骤s4中平均扩散速度扩散半径达到单元半径δr所需的时间δti,k、扩散一定距离后的总时间t(i,k)通过以下公式计算：
18、
19、其中，为裂隙隙宽，b为平均隙宽，jrc为岩体工程常用表征裂隙粗糙度额定常数，j＝0-n。
20、优选的，所述步骤s5中平均浆液粘度通过以下公式计算：
21、
22、其中，μi,k为扩散半径为iδr、方向角为kδw的浆液粘度，μi-1,k为扩散半径为(i-1)δr、方向角为kδw的浆液粘度，μi,k＝μ0+ηt(i,k)，vi-1,k＝μ0+ηt(i-1,k)，整理后可得：
23、
24、优选的，所述步骤s6中注浆压力梯度δpi,k通过以下公式计算：
25、
26、其中，ri+1,k为方向角kδw下浆液扩散距离到达(i+1)δr的浆液扩散半径，为平均浆液粘度，q为注浆流量，为裂隙隙宽，ρ为浆液密度，g为自由加速度，δw为单元角度，k＝0-m，m为方向角段数，β为倾斜裂隙倾角，δr为单元半径。
27、优选的，所述步骤s7中裂隙内注浆压力pi,k通过以下公式计算：
28、
29、其中，pi-1,k为方向角为kδw、扩散半径为ri-1,k时的裂隙内注浆压力。
30、优选的，浆液在空间裂隙内的每个单元方向上会呈现圆形扩散模式，浆液在扩散方向上以δw递增并以变量k表示，k＝0-m，浆液在扩散距离上以δr递增并以变量i表示，i＝0-n。
31、优选的，所述平均隙宽b在现场工程中通过常规测定岩体渗透率和常规达西公式计算得到。
32、优选的，所述粘度系数η通过以下方式得到：通过粘度计测得注浆浆液在不同时间的粘度，得到注浆浆液随时间的变化，从而确定注浆浆液的粘度系数η。
33、本专利技术提供的优点在于：通过空间单元化计算，以空间单元化表征时间单元化，在对注浆压力的预估计算中考虑了单元时间内浆液粘度变化、倾斜裂隙隙宽变化、倾角重力变化，使得注浆压力的估算更加符合实际裂隙表面非平整、倾斜的问题，提高注浆压力估算的准确性，实现了对倾斜裂隙、黏变性注浆浆液等复杂工况下的浆液扩散压力与扩散半径的深度计算，提高对注浆参数设计的合理性，避免注浆工程中注浆材料的浪费，降低注浆成本，可以对采场内注浆工程设计提供有效数据，提高注浆效率和利用率。
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1.一种倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，其特征在于：所述步骤S2中单元半径Δr和单元角度Δw通过以下公式计算：
3.根据权利要求2所述的倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，其特征在于：所述步骤S3中浆液扩散半径ri+1,k和平均扩散半径通过以下公式计算：
4.根据权利要求3所述的倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，其特征在于：所述步骤S5中平均浆液粘度通过以下公式计算：
6.根据权利要求5所述的倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，其特征在于：所述步骤S6中注浆压力梯度ΔPi,k通过以下公式计算：
7.根据权利要求6所述的倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，其特征在于：所述步骤S7中裂隙内注浆压力Pi,k通过以下公式计算：
8.根据权利要求1所述的倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布
9.根据权利要求1所述的倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，其特征在于：所述平均隙宽b在现场工程中通过常规测定岩体渗透率和常规达西公式计算得到。
10.根据权利要求1所述的倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，其特征在于：所述粘度系数η通过以下方式得到：通过粘度计测得注浆浆液在不同时间的粘度，得到注浆浆液随时间的变化，从而确定注浆浆液的粘度系数η。
...【技术特征摘要】
1.一种倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，其特征在于：所述步骤s2中单元半径δr和单元角度δw通过以下公式计算：
3.根据权利要求2所述的倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，其特征在于：所述步骤s3中浆液扩散半径ri+1,k和平均扩散半径通过以下公式计算：
4.根据权利要求3所述的倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，其特征在于：所述步骤s5中平均浆液粘度通过以下公式计算：
6.根据权利要求5所述的倾斜裂隙粘变浆液压力的多向空间分布预估方法，其特征在于：所述步骤s6中注浆压力梯度δpi,k通过以下公式计算：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：朱昌淮，党保全，余国锋，贺世芳，韩云春，周继生，黄刚，任波，张延喜，秦广俊，张刚，徐一帆，赵靖，王创，于云飞，
申请(专利权)人：淮南矿业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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