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第1章 绪论1

1.1 煤与煤系地层1

1.1.1 煤与煤层瓦斯1

1.1.2 煤系地层4

1.2 煤的结构与物理简化模型9

1.2.1 煤的孔隙与裂隙9

1.2.2 煤的物理简化模型14

1.3 煤与岩石的对比16

1.3.1 结构与强度对比16

1.3.2 吸附性能对比16

1.3.3 灾害对比17

1.4 煤力学的研究内容18

1.4.1 煤力学的定义18

1.4.2 煤力学的发展19

1.4.3 本书的结构21

参考文献22

第2章 煤的生成与变质29

2.1 成煤作用29

2.2 煤化作用30

2.2.1 煤成岩作用30

2.2.2 煤变质作用31

2.3 煤的显微组成和变质类型31

2.3.1 煤的显微组分31

2.3.2 煤的变质类型33

2.4 煤中瓦斯生成35

2.4.1 生物化学成煤时期瓦斯生成35

2.4.2 煤化变质作用时期瓦斯生成35

2.4.3 煤层瓦斯的成分36

2.4.4 煤层瓦斯的赋存状态40

2.5 岩浆侵入对煤的变质及瓦斯赋存的影响42

2.5.1 岩浆侵入煤层的方式42

2.5.2 岩浆的热温度场分析43

2.5.3 岩浆对煤的变质程度的影响46

2.5.4 岩浆对瓦斯赋存的影响47

参考文献53

第3章 煤的基本物理性质与孔裂隙特征55

3.1 煤的基本物理性质55

3.1.1 煤的水分56

3.1.2 煤的灰分57

3.1.3 煤的挥发分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 煤的孔隙分类62

3.2.2 煤的孔隙测定方法63

3.2.3 煤的孔隙结构表征67

3.3 煤的裂隙特征71

3.3.1 煤的裂隙分类71

3.3.2 煤的裂隙分布71

3.4 煤的基质特征74

3.4.1 煤基质定义74

3.4.2 煤基质尺度74

参考文献77

第4章 煤的瓦斯吸附与解吸性能79

4.1 煤的瓦斯吸附性能79

4.1.1 煤对瓦斯的吸附原理79

4.1.2 煤的瓦斯吸附规律79

4.1.3 影响煤吸附性能的主要因素81

4.1.4 煤的吸附性能测试方法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 影响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 煤的瓦斯解吸性能测试方法99

4.2.5 煤的瓦斯解吸性能在瓦斯含量测定中的应用99

4.3 煤的瓦斯扩散103

4.3.1 煤的瓦斯扩散的物理过程103

4.3.2 煤的瓦斯扩散的数学模型104

4.3.3 钻屑瓦斯解吸指标K1106

参考文献108

第5章 煤力学基础110

5.1 应力状态110

5.1.1 应力的概念110

5.1.2 一点的应力状态描述111

5.1.3 平面应力状态及应力圆112

5.1.4 主应力与主方向116

5.2 应变状态117

5.2.1 变形与应变的概念117

5.2.2 几何方程118

5.2.3 主应变与体积应变120

5.3 强度准则122

5.3.1 Mohr-Coulomb准则122

5.3.2 D-P准则123

5.3.3 格里菲斯准则124

5.4 有效应力125

参考文献126

第6章 含瓦斯煤的强度与变形128

6.1 含瓦斯煤的力学特性试验128

6.1.1 试验仪器及试验原理129

6.1.2 含瓦斯煤强度试验的基本要求131

6.1.3 煤样制备方法131

6.2 含瓦斯煤的强度特性136

6.2.1 煤的常规压缩试验137

6.2.2 含瓦斯煤的峰前卸围压试验141

6.2.3 含瓦斯煤的强度特性分析145

6.3 含瓦斯煤的变形特性154

6.3.1 含瓦斯煤的变形特性分析154

6.3.2 瓦斯对煤的变形特性的影响158

6.4 含瓦斯煤的本构方程159

6.4.1 煤的本构关系特征分析159

6.4.2 线弹性阶段162

6.4.3 非线性弹塑性阶段164

6.4.4 理想塑性阶段165

6.4.5 应变软化阶段165

6.5 含瓦斯煤的宏观破坏特征166

6.6 含瓦斯煤的破坏机理及强度理论168

6.6.1 C.D.Martin裂隙应变模型168

6.6.2 煤的损伤扩容渐进破坏机制170

6.6.3 煤的损伤扩容屈服准则172

参考文献177

第7章 煤的渗透特性及渗透率演化模型182

7.1 渗透率的基本概念与理论基础182

7.1.1 渗透率的基本概念182

7.1.2 渗透率演化的理论基础186

7.2 经典渗透率演化模型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 经典渗透率模型评价198

7.3 煤的渗透特性试验仪器、原理及方法203

7.4 有效应力与吸附变形对煤的渗透率的影响206

7.4.1 煤的吸附变形206

7.4.2 有效应力对渗透率的影响209

7.4.3 吸附变形对渗透率的影响210

7.4.4 有效应力与吸附变形的竞争作用210

7.5 应力扰动对煤的渗透率的影响214

7.5.1 加载过程中的渗透率演化规律214

7.5.2 卸载过程中的渗透率演化规律220

7.5.3 加卸载过程中的渗透率演化差异分析224

7.5.4 卸载过程中煤的损伤演化与渗透率关系227

7.6 应力扰动区煤的瓦斯运移过程中的渗透率演化模型241

7.6.1 模型构建的基本思路241

7.6.2 采动应力扰动作用下煤的渗透率演化模型242

7.6.3 气固耦合作用下煤的渗透率演化模型244

7.6.4 考虑采动应力扰动及气固耦合作用的煤的渗透率演化模型248

参考文献249

第8章 地应力及煤层瓦斯赋存256

8.1 地应力的基本概念256

8.1.1 地应力的概念256

8.1.2 地应力的简单模型257

8.2 地应力的现场测量方法259

8.2.1 基本原理259

8.2.2 水压致裂法261

8.2.3 应力解除法264

8.3 地应力随埋深的演化规律268

8.3.1 地应力测试结果268

8.3.2 地应力随埋深的演化规律269

8.4 煤系地层构造应力273

8.4.1 构造应力273

8.4.2 构造对煤层赋存的影响274

8.4.3 构造应力对煤的动力变质作用275

8.5 瓦斯参数随埋深的变化276

8.5.1 瓦斯压力随埋深的变化276

8.5.2 瓦斯含量随埋深的变化280

8.5.3 渗透率随埋深的变化280

参考文献283

第9章 煤层中的瓦斯流动理论288

9.1 煤层瓦斯运移的基本规律288

9.1.1 煤层瓦斯运移过程及基本假设288

9.1.2 煤层瓦斯流场分类292

9.2 孔隙中的瓦斯扩散理论295

9.3 裂隙中的瓦斯渗流理论297

9.4 煤与瓦斯气固耦合模型299

9.4.1 煤与瓦斯气固耦合模型的构建299

9.4.2 初始条件及边界条件301

9.5 吸附平衡过程中煤样孔隙压力及渗透率演化规律302

9.5.1 物理模型简介303

9.5.2 孔隙压力随吸附平衡时间的演化特征306

9.5.3 渗透率随吸附平衡时间的演化特征309

9.6 抽采过程中的瓦斯流场特征310

9.6.1 物理模型简介312

9.6.2 抽采过程中瓦斯压力分布特征312

9.6.3 瓦斯日抽采量的演化特征314

参考文献315

第10章 煤力学在卸压瓦斯抽采中的应用319

10.1 卸压瓦斯抽采概述319

10.2 采动应力及膨胀变形的演化规律325

10.2.1 采动应力的演化规律325

10.2.2 膨胀变形的时空特征330

10.3 卸压煤层渗透率的时空分布规律334

10.3.1 卸压煤层渗透率的时空分布规律预测的基本方法334

10.3.2 卸压煤层体积应力及渗透率的时空分布规律335

10.4 卸压瓦斯抽采及其流场特性339

10.4.1 卸压瓦斯抽采流场的初始、边界条件339

10.4.2 卸压瓦斯抽采过程分析340

10.4.3 瓦斯日抽采量的演化特征341

10.5 钻孔卸压瓦斯抽采方法344

10.5.1 钻孔卸压瓦斯抽采方法简介345

10.5.2 钻孔卸压瓦斯抽采应用效果348

参考文献352

第11章 煤力学在煤与瓦斯突出中的应用354

11.1 煤与瓦斯突出概述354

11.1.1 煤与瓦斯突出的规律354

11.1.2 研究方法359

11.2 煤与瓦斯突出的力学机制361

11.2.1 煤与瓦斯突出假说361

11.2.2 煤与瓦斯突出过程分析363

11.3 煤与瓦斯突出的发动364

11.3.1 煤与瓦斯突出前期的理论模型364

11.3.2 煤与瓦斯突出发动的失稳判据367

11.3.3 数值模型解算371

11.3.4 煤与瓦斯突出发动的影响因素分析372

11.3.5 煤的力学性质对突出倾向的影响377

11.4 煤与瓦斯突出的发展过程382

11.4.1 煤与瓦斯突出发展过程的特征分析382

11.4.2 煤与瓦斯突出发展过程的验证分析385

11.5 粉煤急速解吸对突出煤搬运的作用390

11.5.1 突出发展过程中煤搬运所需瓦斯量390

11.5.2 急速解吸瓦斯的来源395

参考文献400

附录405