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龙图腾网获悉北京大学申请的专利一种基质-裂隙-巷道水运移耦合的数值模拟方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119442795B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-06-24发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411587737.8，技术领域涉及：G06F30/23；该发明授权一种基质-裂隙-巷道水运移耦合的数值模拟方法是由刘谋斌;郭朝阳设计研发完成，并于2024-11-08向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基质-裂隙-巷道水运移耦合的数值模拟方法在说明书摘要公布了：本发明涉及智慧矿山开采技术领域，尤其是涉及一种基质‑裂隙‑巷道水运移耦合的数值模拟方法。具体包含以下步骤：从GIS系统中提取基质以及巷道信息，生成包含三维基质、二维裂隙以及简化的一维巷道网格信息；根据实测矿山情况设置物性参数、压力和速度边界条件；求得三维基质和二维裂隙的渗透率；对三维基质、二维裂隙的渗流方程以及巷道的伯努利方程进行离散求解，并设置耦合条件即压强相同、流量满足叠加的原理进行耦合计算，得到不同维度下的流速信息；一维巷道快速计算之后得到突水流量和突水水位，在此基础上利用SPH方法进行局部可视化展示并提前预警。通过本方法可以完整地模拟地下水的运移情况，进而达到优化工程设计的目的。

本发明授权一种基质-裂隙-巷道水运移耦合的数值模拟方法在权利要求书中公布了：1.一种基质-裂隙-巷道水运移耦合的数值模拟方法，其特征在于：包含以下步骤： S1建立实测矿山的几何模型：根据GIS系统上实测矿山的实际地层以及巷道几何模型，确定计算域大小、以及裂隙、巷道的位置、裂隙的宽度和巷道沿轴线方向各处的截面尺寸，然后根据实测矿山的岩石基质物性以及分布来确定其渗透率，并根据勘测和现场信息获取边界条件和初始条件，确定该实测矿山的几何模型； S2生成全计算域的网格模型：将步骤S1中确定的几何模型导入到网格算法之中，生成全计算域的网格模型，在该网格模型的地层信息中插入二维单元来模拟裂隙面； S3计算矿山基质的渗流场和渗透率：根据实测矿山基质材料选择三维渗流模型来进行计算其渗流场和渗透率， 渗流场控制方程表示为公式1：其中Sp代表多孔介质储水系数，通过多孔介质孔隙率和流体密度进行计算、p代表压力、u达西代表流体在多孔介质中的达西速度、t表示时间、qm基质的体积源项， 实测矿山的基质为岩石时，基质的渗透率kp表示为公式2：其中ε为基质的孔隙率、C为KC常数、s为比面， 实测矿山的基质为填充床或颗粒土等规则结构时，基质的渗透率率kp表示为公式3：其中dp为组成基质的颗粒的有效粒径、ε为基质的孔隙率； S4计算裂隙的渗流场和渗透率：采用离散裂隙模型对裂隙进行数值模拟，裂隙内渗流场方程表示为公式4：其中df为裂隙厚度、Sf代表裂隙的储水系数、t为时间、uf代表流体在裂隙中流速、qf为裂隙的体积源项， 裂隙的渗透率kf表示为公式5：其中df为裂隙厚度； S5根据流体通过多孔介质流动的两种模型对基质和裂隙模型进行数值模拟： 低速流动的流体流经均匀多孔基质结构时，为达西流动，其达西速度u达西的计算公式表示为公式6：其中k为多孔介质或裂隙的渗透率、μ代表流体动力粘性系数、p代表压力； 高速流动的流体流经复杂多孔基质结构时，为非达西流动，根据Forchheimer方程可知，其非达西速度u非达西表示为公式7：μ代表流体动力粘性系数、其中β是惯性阻力系数，cF为Forchheimer无量纲参数、k为多孔介质或裂隙的渗透率、p代表压力、ρ为流体密度； 根据实测矿山的实际情况，将各参数代入公式6或公式7，计算其达西速度u达西或非达西速度u非达西； S6利用一维明渠流动模型对巷道进行数值模拟：将巷道断面简化为矩形，则巷道处的水运移简化为断面为矩形的一维明渠流动模型，采用圣维南方程组进行模拟， 其连续性方程表示为公式8： 其动量方程表示为公示9：其中A为断面面积，由巷道截面形状和淹没深度确定、t为时间、Q为通过断面的流量、x为巷道的位置、u为断面平均流速、g为重力加速度、Z为有效截面，即过流断面形心与基准水平面的相对高度、f为摩擦引起的沿程和局部阻力之和； 对于矩形巷道，连续性方程简化为公式10： 而动量方程简化为公式11：其中w为巷道宽度、h为水深、t为时间、Q为通过断面的流量、u为断面平均流速、f为摩擦引起的沿程和局部阻力之和； S7基质-裂隙-巷道水运移耦合过程： 采用压强相等、流量满足叠加的原理建立边界条件以及源项，具体分为基质-裂隙的耦合，基质-巷道的耦合，裂隙-巷道的耦合3个部分： A：基质与裂隙的耦合过程：通过穿过裂隙面的流量计算二维裂隙面的质量源项进行传递，对于基质与裂隙两个渗流场来说，二者互为源汇项，因此二者的体积流量互为相反数，即满足源项qf＝-qm，则得到裂隙的体积源项qf、流体自基质流入裂隙的流速ufp，如公式12所示，其中n为裂隙法向、kf为裂隙的渗透系数、ufp是基质流入裂隙的流速、df为裂隙厚度、Af为裂隙表面积、Vf为裂隙的体积，μ为流体动力粘性系数、p为压力； B.基质与巷道的耦合过程： 根据巷道壁面渗流场的平均达西速度，建立巷道突水速度边界条件，进入巷道的水流utm表示为公式13utm＝u达西·nt13，其中nt为巷道壁面的内法向单位矢量，由基质指向巷道内部、u达西代表基质中流体在多孔介质中的达西速度， 则进入巷道的体积流量Qtm表示为公式14：其中Atm是单位长度巷道的壁面面积、A为断面面积、utm为公式13中求得的进入巷道的水流； C.裂隙与巷道的耦合过程： 通过巷道壁面的缝宽、缝长确定裂隙横截面积，并根据裂隙流速作为巷道突水的速度utc边界条件表示为公式15：utc＝uf·nt15，其中，uf代表流体在裂隙中流速、nt为巷道壁面的内法向单位矢量，由基质指向巷道内部， 则进入巷道的体积流量Qtm表示为公式16，其中，utf为自裂隙进入巷道的流体速度、stf是单位长度巷道的裂隙长度、f为摩擦引起的沿程和局部阻力之和、s为比面； S8可视化展示并设置阈值预警：利用三维可视化工具将步骤S7巷道中的流速和截面形状、尺寸来显示水流淹没深度，将基质-裂隙-巷道的模拟结果进行可视化展示，并基于SPH方法进行巷道突水的局部精细化展示，根据展示情况，分析突水水位并设置突水水位阈值，根据突水水位阈值设置地层内的灾害预警。

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