真三軸條件下受載煤體損傷與瓦斯?jié)B流耦合機(jī)理研究
定 價(jià):28 元
- 作者:劉佳佳著
- 出版時(shí)間:2018/10/1
- ISBN:9787502064334
- 出 版 社:煤炭工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TD712
- 頁(yè)碼:172頁(yè)
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:32開
本書采用理論分析、實(shí)驗(yàn)研究、模擬研究和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用相結(jié)合的研究方法,從細(xì)觀微觀角度分析煤體受載前后裂隙微觀結(jié)構(gòu)及不同層理煤樣受力前后形態(tài)特性的差異,開展真三軸載荷含層理煤體的滲透率實(shí)驗(yàn)研究,構(gòu)建真三軸條件下滲流特性與最大主應(yīng)力、中間主應(yīng)力、最小主應(yīng)力、有效應(yīng)力、不同層理構(gòu)造之間的定性與定量關(guān)系,建立考慮Klinkenberg效應(yīng)、瓦斯壓力壓縮變形、吸附膨脹和有效應(yīng)力影響的真三軸載荷煤體滲透率動(dòng)態(tài)演化模型及煤巖損傷與滲流耦合模型,并進(jìn)行煤巖損傷與滲流特性的數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,研究成果對(duì)優(yōu)化瓦斯抽采設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。
雖然目前我國(guó)對(duì)一次性能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整,但煤炭仍然占一次性能源的70%以上。根據(jù)預(yù)測(cè),直到2020年我國(guó)的發(fā)展能源戰(zhàn)略將仍然以煤炭為主體。隨著煤礦開采深度和開采規(guī)模的不斷增加,煤層瓦斯含量和壓力都呈明顯增大趨勢(shì),導(dǎo)致礦井瓦斯排放量也迅速增加。根據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì),我國(guó)礦井瓦斯排放量占世界瓦斯排放總量的30%,我國(guó)每年煤礦排放到大氣中的瓦斯量達(dá)1.94×l0101113,排放的大量瓦斯造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。如果可以對(duì)煤層中的瓦斯進(jìn)行有效的抽采并進(jìn)一步加以利用,既可以降低煤礦瓦斯災(zāi)害,降低煤層瓦斯含量和壓力,也可以“變害為寶”,真正實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)和新能源供應(yīng)的煤炭工業(yè)良好循環(huán)可持續(xù)健康發(fā)展。
我國(guó)煤層瓦斯賦存以“三高一低”(高應(yīng)力、高瓦斯壓力、高瓦斯含量及低滲透性)為主要特征,煤儲(chǔ)層構(gòu)造復(fù)雜,煤層存在許多強(qiáng)烈變形,受載煤體的三向應(yīng)力受到煤層賦存情況、煤層傾角等地質(zhì)條件,以及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等力學(xué)擾動(dòng)的影響而有明顯差別.所處的應(yīng)力條件一般為三向不等壓狀態(tài)。另外,瓦斯抽采、煤層開挖等采動(dòng)行為也會(huì)使應(yīng)力重新分布導(dǎo)致局部應(yīng)力集中,其應(yīng)力環(huán)境同樣為三向不等壓狀態(tài),即真三軸應(yīng)力狀態(tài)。與此同時(shí).由于我國(guó)成煤歷史過(guò)程的不均勻性、煤體本身構(gòu)造、孔隙裂隙發(fā)育和變形程度的不同,很大程度上影響著煤體強(qiáng)度和力學(xué)變形特征,致使煤層不同層理方向上裂隙擴(kuò)展特征和滲透率演化有明顯差別。因此,開展真三軸條件下不同層理構(gòu)造(垂直、平行和斜交層理)受載煤體滲流特性的研究迫在眉睫。
本書的研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金“真三軸條件下含瓦斯煤巖損傷與滲流耦合機(jī)理研究(51604101)”、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“深部開采采空區(qū)覆巖卸壓瓦斯精準(zhǔn)抽采基礎(chǔ)研究(51734007)”、國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金“中高煤階煤瓦斯吸附能力差異性的低場(chǎng)核磁共振實(shí)驗(yàn)研究(51704099)”、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“風(fēng)井防爆門快速?gòu)?fù)位技術(shù)與裝備(2018YFC0808103)”、河南省博士后經(jīng)費(fèi)資助“深部采動(dòng)煤體變形與瓦斯解吸一滲流多場(chǎng)耦合機(jī)理研究”、河南理工大學(xué)博士基金資助項(xiàng)目(B2018-59)和中原青年博士后創(chuàng)新人才等項(xiàng)目的資助:并且本書在成書過(guò)程中得到了導(dǎo)師王凱教授的悉心指導(dǎo)和幫助,在此一并表示感謝!
由于作者水平所限,書中可能存在不當(dāng)之處,敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正!
1 緒論
1.1 研究背景及意義
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.3 研究進(jìn)展中存在的問(wèn)題
1.4 研究?jī)?nèi)容
1.5 技術(shù)路線
2 煤體微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)與不同層理受載煤體力學(xué)特性分析
2.1 煤體孔隙類型及特征
2.2 煤體裂隙特征及分類
2.3 煤體的孔隙分布及基本物性參數(shù)
2.4 煤體孔隙裂隙微觀結(jié)構(gòu)變化
2.5 不同層理受載煤體力學(xué)特性
2.6 本章小結(jié)
3 真三軸條件下載荷煤體滲流特性實(shí)驗(yàn)
3.1 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法
3.2 受載煤體滲流特性實(shí)驗(yàn)
3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
3.4 本章小結(jié)
4 受載含層理煤體裂隙演化與滲流特性數(shù)值模擬
4.1 RFPA2D-Flow模擬軟件介紹
4.2 含層理煤體層間受力分析
4.3 含層理煤體裂隙演化與滲流特性數(shù)值模擬
4.4 模擬結(jié)果分析
4.5 本章小結(jié)
5 真三軸載荷煤體滲透率動(dòng)態(tài)演化模型
5.1 載荷煤體孔隙率演化模型
5.2 真三軸載荷煤體的有效應(yīng)力方程
5.3 真三軸載荷煤體滲透率演化模型
5.4 本章小結(jié)
6 抽采鉆孔周圍煤體流固耦合模型及應(yīng)用
6.1 抽采鉆孔周圍煤體應(yīng)力分布特征
6.2 抽采鉆孔周圍煤體流固耦合模型
6.3 抽采鉆孔周圍煤體滲流特性數(shù)值模擬
6.4 現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用
6.5 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
7.1 主要結(jié)論
7.2 創(chuàng)新點(diǎn)
7.3 有待進(jìn)一步解決的問(wèn)題
參考文獻(xiàn)