煤矿瓦斯动力灾害防治理论及控制技术

前言

第1章绪论

1.1煤矿瓦斯基础研究进展显著

1.2煤矿瓦斯治理技术水平显著提高

1.3我国煤矿瓦斯安全基础研究任重而道远

第2章含瓦斯煤岩破裂及渗透性基本特征

2.1岩石的结构及渗流基本特性

2.1.1岩石的空隙结构特征

2.1.2岩石的渗流特性

2.1.3岩石渗透率的测量

2.1.4岩石破裂过程渗透性演化基本规律

2.1.5渗透系数与应力(变)关系方程

2.2含瓦斯煤岩破裂过程的力学及渗透特性

2.2.1含瓦斯煤岩破裂过程围压效应

2.2.2含瓦斯煤岩破裂过程孔隙压力效应

2.2.3含瓦斯煤岩破裂过程围压效应的理论分析

2.2.4含瓦斯煤岩破裂过程卸荷效应

2.2.5煤岩的蠕变损伤破裂

2.2.6含瓦斯煤岩破裂过程渗透性演化

2.3煤岩破裂过程固-气耦合模型

2.3.1耦合数值模型的基本思路

2.3.2岩石细观统计损伤本构方程

2.3.3煤岩破裂过程固-气耦合方程

2.3.4RFPA2D-FlOW固-气耦合模型数值解法

2.3.5RFPA2D-FlOW固-气耦合数值模型验证

2.4峰后岩石渗透性的非线性动力学行为与分岔特性

2.4.1峰后岩石非达西渗流特性的试验

2.4.2峰后岩石非达西渗流系统的控制方程

2.4.3峰后岩石气体渗流系统的稳定性及分岔条件

2.4.4峰后岩石非线性渗流系统的动力学响应

2.5采场顶、底板煤岩层破坏及裂隙发育规律研究

2.5.1计算机数值模拟计算方法的确定

2.5.2三维离散元法(3DEC)数值模拟计算原理

2.5.3采场条件下顶板煤岩层断裂、下沉、离层、裂隙发育规律

2.5.4采场条件下底板煤岩层断裂、底鼓、离层、裂隙发育规律

2.5.5采场条件下顶板、底板煤岩层应力重新分布规律分析

2.6本章小结

第3章低透气性煤层(群)瓦斯渗流及强化抽放技术

3.1煤层应力渗透率模型及其抽采诱导变化数值模拟

3.1.1煤层应力渗透率地质-物理-数学模型

3.1.2煤层渗透率抽采诱导变化数值模拟方法

3.2块裂介质煤体变形与瓦斯渗流的耦合机理

3.2.1物理基础

3.2.2块裂介质岩体变形与气体渗流的耦合数学模型

3.2.3数值解法

3.2.4瓦斯抽放的数值模拟

3.3低渗透煤体强化瓦斯抽放物理模拟与数值模拟

3.3.1物理模拟

3.3.2数值模拟

3.4保护层开采与瓦斯抽放技术

3.4.1保护层开采的物理模拟和数值模拟

3.4.2保护层开采现场考察与分析

3.5本章小结

第4章煤岩动力灾害电磁辐射规律及应用

4.1煤岩电磁辐射特征及其变化规律

4.1.1受载煤岩电性参数及其变化规律

4.1.2煤体剪切声电效应及规律

4.1.3单轴压缩条件下煤岩破坏的电磁辐射特征及其变化规律

4.1.4煤岩流变破坏电磁辐射记忆效应特征

4.1.5煤岩流变破坏电磁辐射记忆效应机理研究

4.1.6复杂应力条件下煤岩流变破坏的电磁辐射特征

4.2煤岩电磁辐射力-电耦合模型及其参数确定

4.2.1煤岩电磁辐射力-电耦合模型的建立

4.2.2电磁辐射力-电耦合模型参数m的确定

4.2.3电磁辐射在煤岩介质中的传播特征

4.3煤岩动力灾害电磁辐射监测技术及应用

4.3.1矿井煤岩动力灾害电磁辐射预警技术

4.3.2电磁辐射法预测突出技术

4.3.3电磁辐射法预测冲击地压技术

4.3.4采煤过程电磁辐射的动态变化规律

4.4本章小结

第5章瓦斯爆炸动态传播规律及其控制技术基础

5.1瓦斯爆炸理论模型的建立及数值模拟

5.1.1瓦斯爆炸理论模型的建立

5.1.2瓦斯爆炸数值模拟

5.2瓦斯爆炸传播过程及变化规律

5.2.1实验系统及工作原理

5.2.2瓦斯爆炸过程中火焰与爆炸波之间的相互关系

5.2.3湍流的诱导及其对瓦斯爆炸传播过程中的影响作用

5.2.4壁面热效应及其对瓦斯爆炸传播特性的影响

5.3综放采空区覆岩冒落与撞击火花引爆瓦斯研究

5.3.1综放采空区覆岩冒落特征

5.3.2综放采空区瓦斯运移与积聚规律

5.3.3综放采空区覆岩冒落撞击火花引爆瓦斯实验

5.4瓦斯煤尘爆炸及传播规律

5.4.1煤尘着火机理研究

5.4.2粉尘点火和燃烧波传播研究

5.4.3瓦斯煤尘共存爆炸特性研究

5.4.4瓦斯灾害实验室模拟研究

5.4.5瓦斯灾害数值仿真研究

5.5本章小结

第6章矿井瓦斯风险性评价技术

6.1瓦斯风险综合评价指标值的确定

6.2矿井瓦斯风险影响因素及指标体系

6.3评价模型的建立

6.4瓦斯爆炸事故隐患的关联性分析

6.4.1瓦斯爆炸事故隐患

6.4.2关联性理论及其应用

6.4.3矿井重大灾害事故防治措施的确定

6.5矿井安全管理信息系统研究

6.5.1研究开发内容

6.5.2使用简介

6.5.3矿井火灾烟流可视化模拟显示系统

6.6本章小结

第7章矿井瓦斯治理技术

7.1治理综放工作面瓦斯超限的J型通风技术

7.1.1综放沿空小断面留巷

7.1.2布置J型通风系统

7.1.3数值模拟采空区瓦斯运移规律

7.2水力割缝强化抽放瓦斯的技术应用

7.2.1矿用水射流连续推进钻机

7.2.2模拟煤壁高压水射流钻孔-割缝的实验室中试研究

7.2.3水力割缝的井下实施

7.2.4水力割缝强化抽放瓦斯的工业试验

7.3深部煤(岩)与瓦斯动力特征及防治对策

7.3.1矿井基本情况及分析

7.3.2矿井深部动力特征

7.3.3动力现象原因分析

7.3.4卸压区安全宽度推导及突变理论的应用

7.3.5基于RFPA系统的动力现象过程数值模拟

7.3.6动力现象危险性预测及敏感指标

7.3.7动力现象的防治

7.4本章小结

参考文献

　　本书共分7章，内容包括：含瓦斯煤岩破裂过程中的力学及渗透特性、煤岩电磁辐射特征、瓦斯(煤尘)爆炸特征等；建立了煤岩破裂过程中的固-气耦合模型、煤层瓦斯涌出渗流的动力学模型、煤岩电磁辐射力-电耦合模型、瓦斯爆炸理论模型和原发性灾害诱发继发性灾害的致灾规律。本书适合从事煤矿瓦斯领域的领导者、决策者、科研人员、工程技术人员、高等院校教师、研究生和本科高年级学生阅读。　　本书是国家自然科学基金重点项目的主要研究成果。全书共分7章，介绍了含瓦斯煤岩破裂过程中的力学及渗透特性、煤岩电磁辐射特征、瓦斯(煤尘)爆炸特征等；建立了煤岩破裂过程中的固-气耦合模型、煤层瓦斯涌出渗流的动力学模型、煤岩电磁辐射力-电耦合模型、瓦斯爆炸理论模型和原发性灾害诱发继发性灾害的致灾规律等；揭示了煤岩层破坏及裂隙发育的规律、低透气性高瓦斯煤层群采动卸压瓦斯流动规律、瓦斯爆炸传播过程及其变化规律等；提出了保护层开采实现两个消除、两个开采保障和三个改善的技术原理与方法；开发了具有自主知识产权的煤岩破裂固-气耦合数值模拟软件、瓦斯风险性综合评价软件和治理综放工作面瓦斯超限的J型通风技术、KBD7煤岩动力灾害非接触电磁辐射监测仪、水力割缝强化抽放瓦斯的技术与装备、深部煤(岩)与瓦斯动力特征防治技术等。　　本书适合从事煤矿瓦斯领域的领导者、决策者、科研人员、工程技术人员、高等院校教师、研究生和本科高年级学生阅读。