非均质岩体热力耦合理论与煤炭地下气化通道稳定性

第1章 绪论

1.1 煤炭地下气化现状

1.1.1 煤炭地下气化发展历程

1.1.2 煤炭地下气化通道稳定性

1.2 岩石高温物理力学特性

1.2.1 岩石的高温特性

1.2.2 煤的高温特性

1.2.3 简要评述

1.3 热力耦合理论

1.4 需要研究的内容

1.4.1 实验研究

1.4.2 理论研究

1.4.3 数值模拟与数值试验研究

第2章 600℃20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机

2.1 概述

2.1.1 主要功能

2.1.2 主要技术参数

2.2 设备的构成

2.2.1 主机加载系统

2.2.2 高温三轴压力室及温控系统

2.2.3 辅机装料系统

2.2.4 测试系统

2.3 设备研制中的关键技术

2.3.1 加热元件

2.3.2 密封与绝缘

2.4 设备的操作程序

第3章 高温及三轴应力下岩石物理力学特性

3.1 引言

3.1.1 高温及三轴应力下岩石的物理力学性质实验

3.1.2 岩体表征体积单元与大尺寸试样实验

3.2 实验材料与方法

3.2.1 实验试样采集及其制备

3.2.2 实验步骤

3.2.3 三轴实验弹性模量的计算

3.3 高温及三轴应力下岩石物理力学特性

3.3.1 高温及三轴应力下煤岩的变形特征

3.3.2 高温及三轴应力下煤岩的热破裂特征

3.3.3 高温及三轴应力下煤岩的物理力学性质

3.3.4 对煤岩高温特性的讨论

第4章 煤炭地下气化采场围岩热力耦合理论

4.1 引言

4.2 数学模型的建立

4.2.1 基本假设

4.2.2 岩体温度场控制方程

4.2.3 岩体变形控制方程

4.2.4 岩体热力耦合数学模型

4.3 岩体热力耦合数学模型的数值解法

4.3.1 岩体热传导控制方程的离散

4.3.2 岩体变形控制方程的泛函及其离散

4.4 耦合数学模型的有限元分析

4.5 专用模拟程序的编制

第5章 煤炭地下气化采场围岩温度场演化规律

5.1 引言

5.2 影响采场围岩温度场分布的因素

5.2.1 技术因素

5.2.2 岩体热物理性质因素

5.2.3 地质因素

5.3 模拟方法

5.3.1 专用模拟程序的编制

5.3.2 模拟模型的建立

5.3.3 煤岩体热物理参数随温度的变化规律

5.3.4 气化采场的移动速率

5.4 煤炭地下气化采场围岩温度场演化规律

5.4.1 温度场的总体分布特征

5.4.2 温度场动态变化规律

5.4.3 燃烧过程的讨论

第6章 煤炭地下气化采场热矿山压力显现特征

6.1 地下气化通道围岩稳定性问题

6.2 影响气化通道围岩稳定的因素

6.3 数值模拟方法

6.3.1 模拟模型的建立

6.3.2 煤岩体物理力学参数随温度的变化规律

6.3.3 煤岩物理力学参数

6.4 煤炭地下气化采场热矿山压力显现特征

6.4.1 气化采场围岩变形破坏特征

6.4.2 气化采场前方支承压力分布特征

6.4.3 气化采场热矿山压力显现特征的讨论

第7章 煤炭地下气化采场前方煤体热破裂机理与规律

7.1 引言

7.2 煤体的非均质性与热破裂

7.2.1 煤体结构的非均质性

7.2.2 岩石的热破裂

7.2.3 煤体的热破裂

7.3 非均质岩体热力耦合作用数学模型及其数值解法

7.3.1 基本假设和物理力学基础

7.3.2 三维随机非均质岩体热破裂数学模型

7.3.3 随机非均质岩体热破裂数学模型的数值解法

7.3.4 随机概率分布

7.4 数值试验方法

7.4.1 数值试验模型

7.4.2 数值试验方法

7.4.3 煤和岩石细观单元的赋值

7.5 煤炭地下气化采场前方煤体热破裂机理和规律

7.5.1 煤的热膨胀系数非均匀分布对热破裂的影响

7.5.2 非均匀温度场分布对热破裂的影响

7.5.3 煤体热破裂的讨论

参考文献

《非均质岩体热力耦合理论与煤炭地下气化通道稳定性》的主要内容包括：①自主研制了600℃20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机，该试验机是国内外唯一可应用于多种研究领域的多功能专用实验设备。②进行大尺寸煤和砂岩试样的高温三轴应力下的变形特性实验，得到高温三轴应力下煤和砂岩在变形、破坏和力学参数等方面异于常温下的一些特性。③基于热弹性本构模型，考虑岩石物理力学参数的热效应和非均质特点，建立了煤炭地下气化的岩体热力耦合作用非线性数学模型和随机非均质岩体热力耦合作用非线性数学模型。④数值模拟研究煤炭地下气化采场围岩温度场分布和矿山压力分布规律。⑤采用数值试验研究了气化采场前方煤体的热破裂现象。