煤田火区裂隙渗流耦合动力学

前言

1 绪论

1.1 煤火灾害现状及研究意义

1.1.1 世界各国

1.1.2 中国

1.1.3 研究意义

1.2 国内外研究动态及发展趋势

1.2.1 煤岩体和岩土体热破坏过程研究

1.2.2 煤田火区煤岩体裂隙渗流特性研究

1.2.3 煤田火区煤岩体流-固-热耦合数学模型

1.2.4 问题的提出

1.3 研究的主要内容

参考文献

2 煤田火区煤岩体裂隙场多场耦合过程基础理论研究

2.1 煤岩体温度场

2.1.1 煤氧复合作用及其热效应

2.1.2 煤燃烧化学场

2.2 煤岩体裂隙场

2.2.1 温度应力

2.2.2 煤岩体热损伤演化

2.2.3 煤体燃烧后上覆岩层形成垮落裂隙

2.3 煤岩体渗流场

2.3.1 热力风压

2.3.2 气体非稳态渗流

2.4 煤田火区煤岩体多场耦合作用过程

2.4.1 煤火灾害的热动力特性

2.4.2 煤岩体多场耦合作用的热力学过程

参考文献

3 煤岩体热破坏裂隙扩展CT实验研究

3.1 煤岩样CT扫描实验方法

3.1.1 CT扫描原理

3.1.2 实验装置

3.2 实验条件与过程

3.2.1 试样选取与制备

3.2.2 试验过程

3.3 煤岩热破坏裂隙扩展特征

3.3.1 无烟煤试样热破坏裂隙演化特征

3.3.2 泥岩试样热破坏裂隙演化特征

3.4 三维重建及其裂隙扩展分布

3.4.1 无烟煤试样热破坏裂隙演化规律

3.4.2 泥岩试样热破坏孔裂隙演化规律

参考文献

4 煤田火区煤岩体破坏的热固耦合模型及数值模拟

4.1 煤岩体材料属性

4.2 耦合数学模型及有限元分析

4.3 热固耦合作用下煤岩体热破裂数值模拟

4.3.1 数值模拟的物理力学参数

4.3.2 砂岩的裂隙扩展分布

4.3.3 煤的裂隙扩展分布

4.3.4 煤岩组合体的裂隙扩展分布

参考文献

5 煤岩体全应力应变过程的渗透性试验研究

5.1 实验装置及原理

5.1.1 瞬态法实验原理

5.1.2 Darcy流的渗透性

5.1.3 非Darcy流的渗透性

5.2 煤岩体单轴和三轴应力应变特征

5.2.1 煤岩体单轴应力应变

5.2.2 煤岩体三轴应力应变

5.3 煤岩体在温度影响下的三轴应力应变特征

5.4 煤岩体全应力应变过程渗透试验

5.4.1 实验程序及步骤

5.4.2 煤样的渗透特性

5.4.3 煤样非Darcy流渗透性

参考文献

6 煤田火区煤岩体热-流-固多场耦合动力学模型

6.1 煤田火区煤岩体双重孔隙介质属性

6.2 煤田火区煤岩体热-流-固多场耦合动力学机制

6.2.1 基本假定

6.2.2 煤岩体热-固-流耦合数学模型及边界条件

6.3 裂隙气体渗流动力学分析

6.3.1 齐次数值解法

6.3.2 非齐次柯西解法

参考文献

7 乌达煤田火区演化发展过程数值模拟

7.1 工程背景

7.1.1 乌达煤田概况

7.1.2 含煤地层

7.1.3 煤火特征

7.2 模型的建立

7.2.1 模拟思路

7.2.2 模型构建

7.2.3 网格划分

7.2.4 物理参数选择

7.2.5 边界条件确定

7.3 数值模拟及结果分析

7.3.1 应力应变 位移场分布

7.3.2 垮落前后的位移场变化

7.3.3 温度场 应力场随时间的变化

7.3.4 流场分布

参考文献

8 乌达煤田火区监测结果及分析

8.1 煤火成因

8.2 高光谱热红外遥感监测

8.2.1 红外光谱

8.2.2 高光谱遥感成像特点

8.2.3 乌达煤火遥感监测

8.3 测氡法探测

8.3.1 探测原理

8.3.2 测氡方法及仪器装置

8.3.3 乌达6号火区探测结果

8.4 红外线测温结果

8.5 裂隙间距

参考文献

《煤田火区裂隙渗流耦合动力学》系统综述了煤田火区煤岩体裂隙场的多场耦合作用过程的基础理论，发展了三维情况下的损伤基本方程；基于CT三维扫描测试研究了煤岩体在热固耦合作用下的裂隙扩展分布规律及其三维重建；开展了煤体、岩体、煤岩组合体在热固耦合作用下的数值模拟研究；采用MTS测试研究了煤岩体在不同加载模式下（单轴、三轴、温度）的全应力应变过程以及全应力应变过程的渗透性，构建了煤田火区煤岩体的热-流-固多场耦合动力学模型；根据乌达煤田火区实际，数值模拟煤田火区的形成演化过程，并开展了火区的监测和分析。《煤田火区裂隙渗流耦合动力学》针对煤田火区灾害实际中迫切需要解决的问题，在实验、理论、数值模拟和应用等方面形成了系统成果。