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內容簡介

　　《含瓦斯煤岩破壞失穩力學作用機理及其應用》係統介紹含瓦斯煤岩破壞失穩力學作用機理及其在工程中的應用。全書共6章。第1章總結和評述含瓦斯煤岩多場耦閤破壞失穩相關領域的研究進展；第2章研究煤儲層孔裂隙結構特徵及瓦斯賦存狀態；第3章研究含瓦斯煤岩破壞過程中熱流固耦閤作用機理；第4章研究含瓦斯煤岩剪切變形破壞過程及其損傷演化規律；第5章研究不同應力條件下煤與瓦斯突齣破壞失穩過程；第6章研究含瓦斯煤岩體穩定性分析的強度和能量判據及其在煤與瓦斯突齣區域預測中的應用。
　　《含瓦斯煤岩破壞失穩力學作用機理及其應用》可供采礦工程、安全技術及工程、岩土工程等相關領域的科研人員使用，也可作為高等院校相關專業研究生和本科生的教學參考書。

內頁插圖

目錄

前言

第1章 緒論
1．1 研究背景及意義
1．2 研究現狀評述
1．2．1 煤與瓦斯突齣機理研究進展
1．2．2 煤層瓦斯賦存狀態及其吸附解吸特性研究進展
1．2．3 含瓦斯煤岩三軸壓縮力學及破壞特性研究進展
1．2．4 含瓦斯煤岩固氣耦閤滲流理論及試驗研究進展
1．2．5 含瓦斯煤岩剪切破斷裂紋宏細觀演化規律研究進展
1．2．6 煤與瓦斯突齣破壞失穩過程物理模擬試驗研究進展
1．3 主要研究內容及方法

第2章 突齣煤層孔裂隙結構特徵及瓦斯賦存狀態
2．1 概述
2．2 煤儲層fL裂隙結構特徵
2．2．1 孔裂隙成因及分類
2．2．2 煤孔隙特徵
2．2．3 煤裂隙結構的分形特徵
2．3 煤儲層瓦斯賦存狀態
2．3．1 煤儲層瓦斯賦存機理
2．3．2 等溫吸附試驗及瓦斯吸附常數
2．3．3 煤儲層瓦斯源失穩分析
2．4 本章小結

第3章 含瓦斯煤岩破壞過程中熱流固耦閤力學作用機理
3．1 概述
3．2 含瓦斯煤岩熱流固耦閤三軸伺服滲流裝置的研製
3．2．1 研製思路及目的
3．2．2 滲流裝置的技術方案
3．2．3 滲流裝置的技術指標及優點
3．2．4 試驗操作方法
3．3 煤樣製備及試驗內容
3．3．1 煤樣采集及製作
3．3．2 試驗內容
3．4 多場耦閤效應下含瓦斯煤岩力學特性
3．4．1 圍壓對含瓦斯煤岩力學特性的影響
3．4．2 瓦斯對含瓦斯煤岩力學特性的影響
3．4．3 溫度對含瓦斯煤岩力學特性的影響
3．4．4 考慮熱流固耦閤效應的含瓦斯煤岩強度準則
3．4．5 含瓦斯煤岩三軸壓縮破壞過程中的能量分析
3．5 含瓦斯煤岩破壞過程中的滲透特性
3．5．1 煤岩三軸壓縮破壞過程中瓦斯滲流規律
3．5．2 熱力耦閤作用對煤岩瓦斯滲流的影響
3．5．3 基質收縮效應對煤岩瓦斯滲流的影響
3．5．4 考慮熱流固耦閤效應的煤儲層滲透率計算模型
3．6 本章小結

第4章 含瓦斯煤岩剪切變形破壞過程及其損傷演化規律
4．1 概述
4．2 含瓦斯煤岩細觀剪切試驗裝置的研製
4．2．1 研製思路及目的
4．2．2 剪切裝置的技術方案
4．2．3 剪切裝置的技術指標及優點
4．2．4 剪切實驗操作方法
4．3 含瓦斯煤岩剪切力學特性試驗
4．3．1 試件製作
4．3．2 試驗方法
4．3．3 試驗結果
4．4 含瓦斯煤岩抗剪力學性能及其剪切破壞損傷演化過程
4．4．1 含瓦斯煤岩抗剪力學性能
4．4．2 含瓦斯煤岩剪切過程中細觀裂紋演化分析
4．4．3 含瓦斯煤岩剪切破壞力學機理
4．5 含瓦斯煤岩剪切破壞損傷演化的分形特徵
4．6 本章小結

第5章 煤與瓦斯突齣失穩破壞過程物理模擬研究
第6章 含瓦斯煤岩體穩定性判據及其應用
參考文獻

前言/序言

　　煤與瓦斯突齣嚴重威脅著我國煤礦的安全生産和礦工的生命安全，由於災謇影響因素眾多，其發生機理及探測預防技術一直是我國煤礦安全研究領域的重點和難點。隨著煤礦開采往深部發展，煤與瓦斯突齣事故發生頻率提高，突齣強度增大，人員傷亡更為慘重，給煤礦安全生産造成瞭陰影。對於煤與瓦斯突齣的機製，學者們雖然提齣瞭眾多假說，但對煤與瓦斯突齣啓動條件、發展過程及主控因素仍難以達成共識，導緻對煤與瓦斯突齣研究還遠未達到機理清晰、規律明確的程度，特彆是深部煤層賦存環境十分復雜，地壓大、瓦斯壓力高、地溫影響日漸突齣，加上我國煤層普遍存在滲透率低的特點，深部復雜地質條件下的煤與瓦斯突齣動力學演化及其控製還有待於深入研究。
　　從綜閤作用假說的觀點來看，煤與瓦斯突齣是地應力、瓦斯及煤的物理力學性質等因素綜閤作用下發生的災變行為，可以從力學角度解釋為流固耦閤作用下的含瓦斯煤岩體破壞失穩的問題。本書研究內容正是為瞭深入認識煤岩體與瓦斯氣體之間的耦閤特徵及相互作用機理，並針對隨采礦活動嚮深部發展而帶來的高地應力、高瓦斯壓力、低滲透煤體不易抽采煤層瓦斯且易發生煤與瓦斯突齣災害等重大工程實際和理論問題而提齣的。目前，國內外在含瓦斯煤岩的力學破壞特徵和變形演化規律、煤層瓦斯運移規律及煤與瓦斯突齣發生機理方麵已有不少研究成果，但是多場耦閤作用下的含瓦斯煤岩力學破壞過程中的滲流規律、含瓦斯煤岩抗剪性能的宏、細觀演化規律等研究成果卻較少，煤與瓦斯突齣過程中的失穩破壞力學作用機理尚待深入研究。因此，本書在對含瓦斯煤岩基本物理力學性質、含瓦斯煤岩變形破壞過程中的滲流特性、含瓦斯煤岩剪切麵裂紋宏細觀演化規律、不同應力條件下的煤與瓦斯突齣演化特徵等進行實驗研究的基礎上，探討含瓦斯煤岩流固耦閤效應下的失穩破壞力學作用機理。
　　全書共6章。第1章結閤本書主要研究內容，對煤與瓦斯突齣發生機理、煤層瓦斯賦存狀態及其吸附解吸特性、含瓦斯煤岩三軸壓縮力學及破壞特性、含瓦斯煤岩固氣耦閤滲流試驗及理論、含瓦斯煤岩剪切破壞裂紋宏細觀演化規律、煤與瓦斯突齣破壞失穩過程模擬試驗等方麵的研究成果進行總結和評述。第2章分析突齣煤岩原生孔裂隙結構特徵，並利用HCA型高壓容量法吸附裝置對其吸附瓦斯特性進行試驗研究，得到不同溫度下的等溫吸附麯綫及吸附常數口、6值隨溫度的變化規律；在此基礎上，提齣瓦斯源失穩概念，並對煤儲層瓦斯源失穩狀態進行分析。第3章介紹自主研發的含瓦斯煤岩熱流固耦閤三軸伺服滲流裝置。該裝置為開展含瓦斯煤岩破壞過程中的熱流固耦閤效應研究提供瞭有力的試驗手段，利用該裝置開展較為係統的含瓦斯煤岩三軸壓縮全應力應變過程中的力學特性及滲流特性試驗，探討含瓦斯煤岩破壞過程中應力一瓦斯一溫度耦閤作用機理，並推導完全理想約束條件下瓦斯吸附膨脹應力及熱膨脹應力的計算公式。通過考慮其對含瓦斯煤岩有效應力的影響，進而對Drucker-Prager強度準則進行修正，修正後的含瓦斯煤岩強度準則能較好地反映齣不同條件下型煤及原煤試件在三軸壓縮應力狀態下的峰值強度特徵。同時建立考慮煤基質收縮效應及熱膨脹效應的煤儲層滲透率模型，並通過實驗所測滲透率數據對其實用性及閤理性進行瞭驗證。結果錶明，考慮基質收縮效應及熱膨脹效應影響的滲透率模型麯綫能夠較好地反映實測滲透率的變化趨勢。第4章介紹自主研製的含瓦斯煤岩細觀剪切試驗裝置，提齣含瓦斯煤岩細觀剪切試驗方法，並依此進行不同瓦斯壓力、不同加載速率、不同正應力條件下的含瓦斯煤岩剪切試驗，揭示剪切麵裂紋的時空演化規律及其斷裂力學機理，建立剪切麵裂紋分形維數與斷裂耗散能之間的關係方程。第5章通過不同垂直應力、不同水平應力、不同集中應力條件下煤與瓦斯突齣破壞失穩過程模擬試驗研究含瓦斯煤岩破壞失穩演化過程及其動力效應，獲得含瓦斯煤岩破壞失穩演化過程中瓦斯壓力、煤體溫度、突齣強度、孔洞形態和突齣煤樣分布等變化規律。第6章基於煤基質吸附瓦斯膨脹效應及熱膨脹效應，修正煤與瓦斯突齣危險性區域預測的強度判據及能量判據，並結閤礦區三維地應力場數值模擬分析，將其應用於重慶三匯一礦Ki煤層的煤與瓦斯突齣區域預測的實際工程中，預測結果與實際情況較為吻閤。
　　針對煤與瓦斯突齣發生機理及其控製理論，國內外學者們已開展瞭大量的試驗及理論研究，並取得瞭豐碩的成果，本書研究內容隻是在前人研究的基礎上對該研究領域進行瞭一點補充和延伸。隨著采礦活動往深部發展，有關深部煤與瓦斯突齣發生機理及其控製理論方麵的研究仍然還有很長路要走，需要繼續與同行專傢一起努力，共同為實現煤與瓦斯安全高效共采奮鬥。
　　最後，感謝各基金項目對本書研究工作的資助，感謝重慶大學煤礦災害動力學與控製國傢重點實驗室及復雜煤氣層瓦斯抽采國傢地方聯閤工程實驗室所提供的大力支持和幫助！
　　由於作者的水平有限，書中難免存在不足之處，敬請讀者朋友批評指正。
　　作者
　　2015年10月於重慶大學
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