煤力學

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 煤與煤系地層 1
1.1.1 煤與煤層瓦斯 1
1.1.2 煤系地層 4
1.2 煤的結構與物理簡化模型 9
1.2.1 煤的孔隙與裂隙 9
1.2.2 煤的物理簡化模型 14
1.3 煤與巖石的對比 16
1.3.1 結構與強度對比 16
1.3.2 吸附性能對比 16
1.3.3 災害對比 17
1.4 煤力學的研究內容 18
1.4.1 煤力學的定義 18
1.4.2 煤力學的發(fā)展 19
1.4.3 本書的結構 21
參考文獻 22
第2章 煤的生成與變質 29
2.1 成煤作用 29
2.2 煤化作用 30
2.2.1 煤成巖作用 30
2.2.2 煤變質作用 31
2.3 煤的顯微組成和變質類型 31
2.3.1 煤的顯微組分 31
2.3.2 煤的變質類型 33
2.4 煤中瓦斯生成 35
2.4.1 生物化學成煤時期瓦斯生成 35
2.4.2 煤化變質作用時期瓦斯生成 35
2.4.3 煤層瓦斯的成分 36
2.4.4 煤層瓦斯的賦存狀態(tài) 40
2.5 巖漿侵入對煤的變質及瓦斯賦存的影響 42
2.5.1 巖漿侵入煤層的方式 42
2.5.2 巖漿的熱溫度場分析 43
2.5.3 巖漿對煤的變質程度的影響 46
2.5.4 巖漿對瓦斯賦存的影響 47
參考文獻 53
第3章 煤的基本物理性質與孔裂隙特征 55
3.1 煤的基本物理性質 55
3.1.1 煤的水分 56
3.1.2 煤的灰分 57
3.1.3 煤的揮發(fā)分 58
3.1.4 煤的密度 59
3.1.5 煤的硬度 60
3.2 煤的孔隙特征 62
3.2.1 煤的孔隙分類 62
3.2.2 煤的孔隙測定方法 63
3.2.3 煤的孔隙結構表征 67
3.3 煤的裂隙特征 71
3.3.1 煤的裂隙分類 71
3.3.2 煤的裂隙分布 71
3.4 煤的基質特征 74
3.4.1 煤基質定義 74
3.4.2 煤基質尺度 74
參考文獻 77
第4章 煤的瓦斯吸附與解吸性能 79
4.1 煤的瓦斯吸附性能 79
4.1.1 煤對瓦斯的吸附原理 79
4.1.2 煤的瓦斯吸附規(guī)律 79
4.1.3 影響煤吸附性能的主要因素 81
4.1.4 煤的吸附性能測試方法 87
4.2 煤的瓦斯解吸性能 91
4.2.1 瓦斯解吸原理 91
4.2.2 影響瓦斯解吸性能的主要因素 92
4.2.3 煤的瓦斯解吸模型 96
4.2.4 煤的瓦斯解吸性能測試方法 99
4.2.5 煤的瓦斯解吸性能在瓦斯含量測定中的應用 99
4.3 煤的瓦斯擴散 103
4.3.1 煤的瓦斯擴散的物理過程 103
4.3.2 煤的瓦斯擴散的數(shù)學模型 104
4.3.3 鉆屑瓦斯解吸指標K1 106
參考文獻 108
第5章 煤力學基礎 110
5.1 應力狀態(tài) 110
5.1.1 應力的概念 110
5.1.2 一點的應力狀態(tài)描述 111
5.1.3 平面應力狀態(tài)及應力圓 112
5.1.4 主應力與主方向 116
5.2 應變狀態(tài) 117
5.2.1 變形與應變的概念 117
5.2.2 幾何方程 118
5.2.3 主應變與體積應變 120
5.3 強度準則 122
5.3.1 Mohr-Coulomb準則 122
5.3.2 D-P準則 123
5.3.3 格里菲斯準則 124
5.4 有效應力 125
參考文獻 126
第6章 含瓦斯煤的強度與變形 128
6.1 含瓦斯煤的力學特性試驗 128
6.1.1 試驗儀器及試驗原理 129
6.1.2 含瓦斯煤強度試驗的基本要求 131
6.1.3 煤樣制備方法 131
6.2 含瓦斯煤的強度特性 136
6.2.1 煤的常規(guī)壓縮試驗 137
6.2.2 含瓦斯煤的峰前卸圍壓試驗 141
6.2.3 含瓦斯煤的強度特性分析 145
6.3 含瓦斯煤的變形特性 154
6.3.1 含瓦斯煤的變形特性分析 154
6.3.2 瓦斯對煤的變形特性的影響 158
6.4 含瓦斯煤的本構方程 159
6.4.1 煤的本構關系特征分析 159
6.4.2 線彈性階段 162
6.4.3 非線性彈塑性階段 164
6.4.4 理想塑性階段 165
6.4.5 應變軟化階段 165
6.5 含瓦斯煤的宏觀破壞特征 166
6.6 含瓦斯煤的破壞機理及強度理論 168
6.6.1 C.D.Martin裂隙應變模型 168
6.6.2 煤的損傷擴容漸進破壞機制 170
6.6.3 煤的損傷擴容屈服準則 172
參考文獻 177
第7章 煤的滲透特性及滲透率演化模型 182
7.1 滲透率的基本概念與理論基礎 182
7.1.1 滲透率的基本概念 182
7.1.2 滲透率演化的理論基礎 186
7.2 經(jīng)典滲透率演化模型 189
7.2.1 Palmer-Mansoori（P-M）模型 193
7.2.2 Shi-Durucan（S-D）模型 195
7.2.3 Robertson-Christiansen（R-C）模型 196
7.2.4 經(jīng)典滲透率模型評價 198
7.3 煤的滲透特性試驗儀器、原理及方法 203
7.4 有效應力與吸附變形對煤的滲透率的影響 206
7.4.1 煤的吸附變形 206
7.4.2 有效應力對滲透率的影響 209
7.4.3 吸附變形對滲透率的影響 210
7.4.4 有效應力與吸附變形的競爭作用 210
7.5 應力擾動對煤的滲透率的影響 214
7.5.1 加載過程中的滲透率演化規(guī)律 214
7.5.2 卸載過程中的滲透率演化規(guī)律 220
7.5.3 加卸載過程中的滲透率演化差異分析 224
7.5.4 卸載過程中煤的損傷演化與滲透率關系 227
7.6 應力擾動區(qū)煤的瓦斯運移過程中的滲透率演化模型 241
7.6.1 模型構建的基本思路 241
7.6.2 采動應力擾動作用下煤的滲透率演化模型 242
7.6.3 氣固耦合作用下煤的滲透率演化模型 244
7.6.4 考慮采動應力擾動及氣固耦合作用的煤的滲透率演化模型 248
參考文獻 249
第8章 地應力及煤層瓦斯賦存 256
8.1 地應力的基本概念 256
8.1.1 地應力的概念 256
8.1.2 地應力的簡單模型 257
8.2 地應力的現(xiàn)場測量方法 259
8.2.1 基本原理 259
8.2.2 水壓致裂法 261
8.2.3 應力解除法 264
8.3 地應力隨埋深的演化規(guī)律 268
8.3.1 地應力測試結果 268
8.3.2 地應力隨埋深的演化規(guī)律 269
8.4 煤系地層構造應力 273
8.4.1 構造應力 273
8.4.2 構造對煤層賦存的影響 274
8.4.3 構造應力對煤的動力變質作用 275
8.5 瓦斯參數(shù)隨埋深的變化 276
8.5.1 瓦斯壓力隨埋深的變化 276
8.5.2 瓦斯含量隨埋深的變化 280
8.5.3 滲透率隨埋深的變化 280
參考文獻 283
第9章 煤層中的瓦斯流動理論 288
9.1 煤層瓦斯運移的基本規(guī)律 288
9.1.1 煤層瓦斯運移過程及基本假設 288
9.1.2 煤層瓦斯流場分類 292
9.2 孔隙中的瓦斯擴散理論 295
9.3 裂隙中的瓦斯?jié)B流理論 297
9.4 煤與瓦斯氣固耦合模型 299
9.4.1 煤與瓦斯氣固耦合模型的構建 299
9.4.2 初始條件及邊界條件 301
9.5 吸附平衡過程中煤樣孔隙壓力及滲透率演化規(guī)律 302
9.5.1 物理模型簡介 303
9.5.2 孔隙壓力隨吸附平衡時間的演化特征 306
9.5.3 滲透率隨吸附平衡時間的演化特征 309
9.6 抽采過程中的瓦斯流場特征 310
9.6.1 物理模型簡介 312
9.6.2 抽采過程中瓦斯壓力分布特征 312
9.6.3 瓦斯日抽采量的演化特征 314
參考文獻 315
第10章 煤力學在卸壓瓦斯抽采中的應用 319
10.1 卸壓瓦斯抽采概述 319
10.2 采動應力及膨脹變形的演化規(guī)律 325
10.2.1 采動應力的演化規(guī)律 325
10.2.2 膨脹變形的時空特征 330
10.3 卸壓煤層滲透率的時空分布規(guī)律 334
10.3.1 卸壓煤層滲透率的時空分布規(guī)律預測的基本方法 334
10.3.2 卸壓煤層體積應力及滲透率的時空分布規(guī)律 335
10.4 卸壓瓦斯抽采及其流場特性 339
10.4.1 卸壓瓦斯抽采流場的初始、邊界條件 339
10.4.2 卸壓瓦斯抽采過程分析 340
10.4.3 瓦斯日抽采量的演化特征 341
10.5 鉆孔卸壓瓦斯抽采方法 344
10.5.1 鉆孔卸壓瓦斯抽采方法簡介 345
10.5.2 鉆孔卸壓瓦斯抽采應用效果 348
參考文獻 352
第11章 煤力學在煤與瓦斯突出中的應用 354
11.1 煤與瓦斯突出概述 354
11.1.1 煤與瓦斯突出的規(guī)律 354
11.1.2 研究方法 359
11.2 煤與瓦斯突出的力學機制 361
11.2.1 煤與瓦斯突出假說 361
11.2.2 煤與瓦斯突出過程分析 363
11.3 煤與瓦斯突出的發(fā)動 364
11.3.1 煤與瓦斯突出前期的理論模型 364
11.3.2 煤與瓦斯突出發(fā)動的失穩(wěn)判據(jù) 367
11.3.3 數(shù)值模型解算 371
11.3.4 煤與瓦斯突出發(fā)動的影響因素分析 372
11.3.5 煤的力學性質對突出傾向的影響 377
11.4 煤與瓦斯突出的發(fā)展過程 382
11.4.1 煤與瓦斯突出發(fā)展過程的特征分析 382
11.4.2 煤與瓦斯突出發(fā)展過程的驗證分析 385
11.5 粉煤急速解吸對突出煤搬運的作用 390
11.5.1 突出發(fā)展過程中煤搬運所需瓦斯量 390
11.5.2 急速解吸瓦斯的來源 395
參考文獻 400
附錄 405
彩圖