本书系统论述瓦斯吸附与快速卸压解吸对煤体的劣化损伤作用及其诱发煤与瓦斯突出的机理。全书共10章，包括绪论、基础试验仪器系统研发、气体吸附诱发煤体劣化的试验研究、基于分形理论的煤体裂隙演化特征分析、气体吸附与应力加载过程中煤体损伤劣化机制探究及数值验证、卸压过程煤体瓦斯解吸-扩散特征、瓦斯卸压诱发煤体损伤劣化研究、瓦斯卸压过程煤体有效应力突变规律与影响机制、含瓦斯煤体气固耦合动力学模型及瓦斯卸压致突数值模拟、结论与展望。
样章试读
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前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 含瓦斯煤体气固耦合特性测试装置研发现状 2
1.2.2 考虑气体吸附诱发煤体损伤劣化现状 5
1.2.3 峰后煤体力学破坏特性与裂隙演化研究现状 6
1.2.4 考虑气体卸压解吸对煤体损伤劣化研究现状 8
1.3 研究目标与研究内容 10
1.3.1 研究目标 10
1.3.2 研究内容 10
1.4 研究方法与主要创新 11
1.4.1 研究方法 11
1.4.2 主要创新 11
参考文献 13
第2章 基础试验仪器系统研发 20
2.1 引言 20
2.2 可视化恒容气固耦合试验系统研发 20
2.2.1 工作原理与功能指标 21
2.2.2 可视化恒容试验仪设计方案 24
2.2.3 设计强度校核 27
2.2.4 硅酮胶与二氧化碳吸附性能试验验证 31
2.2.5 圆柱标准试件环向变形测试系统设计方案 33
2.2.6 系统安装与操作 38
2.3 煤粒瓦斯放散测定仪 46
2.3.1 仪器结构与工作原理 46
2.3.2 技术参数与操作方法 48
2.4 岩石三轴力学渗透测试系统 49
2.4.1 系统主要功能与主要技术参数 50
2.4.2 系统构成与各部分关键技术 51
2.4.3 试件安装及更换方法 56
2.4.4 初步应用 57
2.5 本章小结 61
参考文献 61
第3章 气体吸附诱发煤体劣化的试验研究 64
3.1 引言 64
3.2 型煤标准试件研发与制作 64
3.2.1 型煤标准试件制作 65
3.2.2 强度与吸附性分析 67
3.3 静态加载过程中气体吸附诱发煤体劣化试验研究 68
3.3.1 试验一：不同性质气体吸附诱发煤体劣化试验研究 70
3.3.2 试验二：相同吸附量不同吸附压力中煤体劣化试验研究 74
3.4 本章小结 87
参考文献 87
第4章 基于分形理论的煤体裂隙演化特征分析 90
4.1 引言 90
4.2 分形理论简介 90
4.2.1 分形与分形维数的定义 90
4.2.2 分形理论在岩石力学与工程领域的应用 91
4.3 煤体峰后裂隙的分形几何研究方法 94
4.3.1 分维数的概念与盒维数法 94
4.3.2 基于分形理论的吸附煤体裂隙量化指标与表征方法 95
4.4 气体诱发煤体劣化试验的峰后裂隙演化特征分析 97
4.4.1 基于MATLAB编程的煤体裂隙发育度计算方案 97
4.4.2 不同性质气体吸附诱发煤体劣化的峰后裂隙演化特征分析 98
4.4.3 不同吸附压力劣化试验中煤体峰后裂隙演化特征分析 105
4.5 本章小结 108
参考文献 109
第5章 气体吸附与应力加载过程中煤体损伤劣化机制探究及数值验证 111
5.1 引言 111
5.2 气体吸附与加载过程中煤体损伤劣化模型研究 112
5.2.1 考虑气体吸附与外部加载共同作用的煤体损伤劣化本构关系 112
5.2.2 考虑气体吸附与外部加载共同作用的煤体损伤劣化演化方程 115
5.2.3 气体吸附诱发煤体损伤劣化数学模型应用与验证 116
5.3 气体吸附诱发煤体强度劣化的力学分析 120
5.3.1 针对吸附煤体强度劣化的宏观力学分析 120
5.3.2 基于颗粒离散元方法的劣化作用分析 124
5.4 PFC数值模拟与试验验证 132
5.4.1 PFC软件特点 132
5.4.2 数值试验方案 134
5.4.3 数值试验过程与结果分析 137
5.5 本章小结 141
参考文献 142
第6章 卸压过程煤体瓦斯解吸-扩散特征 146
6.1 煤体瓦斯解吸扩散机理 146
6.1.1 煤的孔隙特征 146
6.1.2 煤基质瓦斯扩散物理过程 148
6.2 环境气压对煤体瓦斯解吸影响试验研究 148
6.2.1 试验方案 148
6.2.2 环境气压对煤体瓦斯扩散动力学影响 149
6.3 煤体损伤对瓦斯解吸影响试验研究 155
6.3.1 试验方案 155
6.3.2 煤体损伤对瓦斯解吸影响及机理分析 156
6.4 考虑环境气压和煤体损伤的瓦斯解吸模型 158
6.4.1 模型形式确定 158
6.4.2 模型中环境气压的引入 160
6.4.3 模型中损伤变量的引入 161
6.5 小结 163
参考文献 163
第7章 瓦斯卸压诱发煤体损伤劣化研究 167
7.1 引言 167
7.2 煤体卸气压试验 168
7.2.1 试验方案 168
7.2.2 试验步骤 170
7.2.3 试验结果 171
7.3 气体卸压诱发煤体损伤演化规律及机理分析 173
7.3.1 煤体损伤程度 174
7.3.2 解吸气体量 175
7.3.3 气体卸压速率 176
7.4 考虑气体卸压过程的煤体损伤演化数学模型 177
7.5 小结 180
参考文献 181
第8章 瓦斯卸压过程煤体有效应力突变规律与影响机制 183
8.1 引言 183
8.2 瓦斯卸压过程煤体有效应力变化规律试验研究 183
8.2.1 试验原理 183
8.2.2 试验方案 184
8.2.3 试验步骤 186
8.2.4 试验结果 187
8.3 气体卸压对煤体有效应力影响及机制分析 188
8.3.1 有效应力总体变化规律 188
8.3.2 煤体损伤对有效应力突增量的影响 189
8.3.3 气体吸附量对有效应力突增量的影响 190
8.3.4 气体压力对有效应力突增量的影响 191
8.3.5 时间对有效应力突增量的影响 192
8.4 瓦斯卸压过程煤体有效应力数学模型 193
8.4.1 含瓦斯煤有效应力模型研究 193
8.4.2 考虑瓦斯卸压过程的含瓦斯煤有效应力数学模型 195
8.5 小结 198
参考文献 199
第9章 含瓦斯煤气固耦合动力学模型及瓦斯卸压致突数值模拟 201
9.1 引言 201
9.2 含瓦斯煤气固耦合动力学模型 202
9.2.1 基本假设 202
9.2.2 裂隙系统瓦斯流动控制方程 204
9.2.3 煤体变形控制方程 205
9.2.4 含瓦斯煤气固耦合动力学模型的建立 208
9.3 瓦斯卸压致突数值模拟 209
9.3.1 模拟算例 209
9.3.2 COMSOL Multiphysics软件介绍 210
9.3.3 模型建立 212
9.3.4 数值计算结果及分析 215
9.4 小结 219
参考文献 220
第10章 结论与展望 221
10.1 结论 221
10.2 展望 223
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