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第1章 深部开采定义与采动力学1

1.1 深部开采的定量界定与分析1

1.1.1 地应力测试数据统计特征1

1.1.2 国内有关矿区地应力测试结果2

1.1.3 深部的力学定义3

1.1.4 不同深度煤岩体采动力学性质研究7

1.2 极限开采深度探讨12

1.2.1 基于地温平均梯度的极限开采深度探讨13

1.2.2 基于巷道围岩变形的极限开采深度探讨15

1.2.3 基于巷道围岩弹性能分析的极限开采深度探讨19

1.3 不同开采条件下采动力学行为21

1.3.1 不同开采条件下支撑压力分布规律21

1.3.2 不同开采条件下工作面前方煤岩体应力环境25

1.3.3 不同开采条件下工作面前方煤体采动力学实验研究27

1.3.4 不同开采条件下岩石的变形破坏特征及对比分析32

参考文献33

第2章 多尺度煤的瓦斯吸附特征及规律35

2.1 分子尺度上煤体表面瓦斯吸附作用的模拟35

2.1.1 简单煤表面模型上瓦斯吸附的特征35

2.1.2 非均质煤结构模型与瓦斯的相互作用规律41

2.2 细观尺度煤体瓦斯吸附的模拟46

2.2.1 温度压力对瓦斯在煤中吸附的影响46

2.2.2 瓦斯在煤表面的竞争吸附和吸附促进解吸的机制56

2.3 宏观尺度瓦斯吸附的动平衡和动力学模型66

2.3.1 吸附势理论研究超临界状态下的甲烷气体吸附67

2.3.2 不同煤样瓦斯吸附动力学模型的建立84

2.4 煤体孔隙结构对瓦斯吸附特征的影响89

2.4.1 煤体孔隙结构特征的分形表征89

2.4.2 煤体结构对瓦斯吸附行为的影响98

2.4.3 煤体粒度与瓦斯吸附行为的关系104

参考文献107

第3章 深部煤与瓦斯共采下采动煤岩体增透率理论110

3.1 增透率定义及基于平板流体模型的增透率理论110

3.1.1 增透率定义及概念模型111

3.1.2 基于平板流体模型的增透率理论112

3.2 基于采动裂隙场的煤岩增透率理论室内试验验证113

3.2.1 采动卸压增透试验平台的构建113

3.2.2 保护层开采条件下增透率室内试验及理论验证116

3.2.3 放顶煤开采条件下增透率室内试验及理论验证120

3.2.4 无煤柱开采条件下增透率室内试验及理论验证122

3.2.5 不同开采条件下煤岩增透率室内试验比较分析123

3.3 现场增透率测试及采动增透图谱分析127

3.3.1 基于平板流体模型煤层增透理论现场试验128

3.3.2 采场区域增透率空间分布图谱132

参考文献138

第4章 深部煤与瓦斯共采下采动裂隙演化规律与反演分析139

4.1 深部长壁工作面覆岩采动裂隙网络演化特征139

4.1.1 深部长壁工作面覆岩运动相似材料模拟实验研究139

4.1.2 采动岩体裂隙分形网络维数演化规律141

4.1.3 采动裂隙长度分维与工作面推进长度的关系142

4.1.4 采动裂隙网络的逾渗与分形特征关系研究146

4.1.5 基于采动裂隙场的瓦斯渗流演化过程151

4.2 深部采动裂隙网络实时演化及连通性特征的现场研究165

4.2.1 工程背景及工作面前方钻孔布置方案165

4.2.2 工作面前方钻孔孔壁裂隙演化特征167

4.2.3 钻孔孔壁裂隙分维及孔深方向连通率演化特征175

4.3 深部采动裂隙网络统计特征建模与重构研究178

4.3.1 裂隙网络统计模型概述178

4.3.2 椭圆状非平行裂隙特征尺寸分布的解析式推导179

4.3.3 基于钻孔矩阵数据的椭圆状裂隙尺寸研究190

4.3.4 煤岩体采动裂隙网络重构与反演分析201

参考文献207

第5章 深部煤与瓦斯共采条件下采动破断煤岩体中瓦斯运移规律212

5.1 深部煤与瓦斯共采基础研究系列试验装置212

5.1.1 煤岩热流固耦合试验系统212

5.1.2 多功能真三轴流固耦合试验系统214

5.1.3 多场耦合煤与瓦斯共采模拟试验系统218

5.1.4 三向加载大型三维相似模拟试验系统220

5.2 深部采动煤岩力学特性与渗流规律的试验研究221

5.2.1 常规加载条件下煤岩力学及渗流特性试验221

5.2.2 不同加卸载条件下煤岩力学及渗流特性试验229

5.2.3 峰后煤岩力学及渗流特性试验238

5.2.4 真三轴应力条件下的流固耦合试验240

5.3 深部煤岩体多物理场耦合理论研究244

5.3.1 含瓦斯煤渗透率理论模型244

5.3.2 煤岩体热流固耦合模型的建立254

5.3.3 煤岩体热流固耦合模型的应用263

5.3.4 基于不同流动形态分区的煤层瓦斯运移模型267

5.4 深部采动破断煤岩体中瓦斯运移与富集规律269

5.4.1 深部采动应力条件下覆岩裂隙演化规律的试验研究269

5.4.2 深部采动破断煤岩体中渗透率分布规律的数值模拟研究276

5.4.3 基于三维相似模拟试验的瓦斯运移与富集规律数值模拟研究276

参考文献283

第6章 深部开采瓦斯流动通道形成机制与人工导控技术286

6.1 瓦斯自主通道与导向通道的概念与内涵286

6.1.1 瓦斯自主通道286

6.1.2 瓦斯导向通道287

6.1.3 瓦斯钻孔蝶形导向通道的形成机制289

6.2 瓦斯自主通道几何特征与流态方程300

6.2.1 瓦斯自主通道的演化与渗透率耦合特性的实验室研究300

6.2.2 采动煤岩卸荷增透理论模型与瓦斯自主通道定量表征312

6.2.3 瓦斯自主通道的流态特征317

6.3 深部开采瓦斯流动通道形成的力学机制与时空演化规律332

6.3.1 工作面前方采动裂隙与瓦斯通道332

6.3.2 采场覆岩瓦斯通道形成机制与规律339

6.3.3 底板裂隙形成机制与瓦斯通道347

6.4 深部开采瓦斯导向通道的构建与应用356

6.4.1 工作面前方瓦斯流动通道特征的现场试验357

6.4.2 采场覆岩瓦斯导向通道的构建359

6.4.3 采场底板岩层瓦斯导向通道的构建371

参考文献389

第7章 深部开采单一低透煤层增透机制及有效抽采技术392

7.1 单一低透煤层卸压增透及瓦斯解吸流动规律392

7.1.1 单一低透煤层吸附解吸特性及影响因素392

7.1.2 瓦斯渗流特性及影响因素403

7.1.3 水力化钻孔卸压增透范围内瓦斯流场时空演化规律410

7.2 钻孔射流割缝卸压增透机制及数值模拟416

7.2.1 瓦斯流动模型的建立416

7.2.2 割缝卸压区瓦斯流动分析418

7.2.3 割缝卸压区煤体增透分析426

7.2.4 钻孔射流割缝卸压增透数值模拟427

7.3 钻孔射流割缝及脉动压裂耦合增透技术439

7.3.1 基本原理440

7.3.2 设备研发441

7.3.3 试验分析443

7.4 工程应用及效果分析452

7.4.1 试验矿井之一的古汉山矿453

7.4.2 试验效果及分析456

7.4.3 试验矿井之二的平煤12矿461

7.4.4 试验效果及分析462

参考文献466

第8章 深部煤层群煤与瓦斯共采关键技术469

8.1 煤层群煤与瓦斯共采时空协同机制469

8.1.1 煤层群开采条件下煤岩介质裂隙演化规律469

8.1.2 煤层群开采条件下煤岩介质渗透性演化规律486

8.1.3 基于多示踪气体的近距离煤层群瓦斯越流现场实测495

8.2 煤与瓦斯共采控制参数指标体系与评价模型研究499

8.2.1 煤层群煤与瓦斯共采影响因素统计、辨识与量化研究500

8.2.2 煤与瓦斯共采评价体系与评价模型501

8.2.3 典型矿区煤与瓦斯共采协调性分析508

8.3 煤层群煤与瓦斯共采抽采优化技术与应用512

8.3.1 近距离煤层群煤与瓦斯共采技术应用512

8.3.2 远距离煤层群煤与瓦斯共采技术应用524

8.3.3 近距离煤层群上行开采煤与瓦斯共采技术应用532

参考文献540