含瓦斯煤THM耦合模型及實(shí)驗(yàn)研究

內(nèi)容概要

　　《含瓦斯煤THM耦合模型及實(shí)驗(yàn)研究》系統(tǒng)介紹了含瓦斯煤熱流固耦合模型及實(shí)驗(yàn)研究成果。全書(shū)共6章：第1章總結(jié)和評(píng)述含瓦斯煤多場(chǎng)耦合相關(guān)領(lǐng)域的研究成果；第2章研究含瓦斯煤孔隙率及有效應(yīng)力方程；第3章研究含瓦斯煤滲透率演化規(guī)律并建立了理論模型；第4章研究含瓦斯煤熱流固耦合模型并確定了定解條件；第5章詳細(xì)介紹煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)臺(tái)的研制及應(yīng)用；第6章利用COMSOL Multiphysics軟件對(duì)含瓦斯煤THM耦合模型進(jìn)行了數(shù)值分析?！　　逗咚姑篢HM耦合模型及實(shí)驗(yàn)研究》可供從事煤礦瓦斯綜合治理的采礦工程、安全技術(shù)及工程、防災(zāi)減災(zāi)工程與防護(hù)工程、巖土工程及相關(guān)領(lǐng)域的科研人員、工程技術(shù)人員參考使用，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)研究生和高年級(jí)本科生的教學(xué)參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

前言第1章 緒論1.1 引言1.2 研究現(xiàn)狀及評(píng)述1.2.1 煤的孔隙、滲透及吸附/解吸特性1.2.2 耦合問(wèn)題及其求解方法1.2.3 煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)1.3 本書(shū)主要研究?jī)?nèi)容第2章 含瓦斯煤孔隙率及有效應(yīng)力方程2.1 煤體孔隙特征及其孔隙率2.1.1 孔隙成因分類(lèi)2.1.2 孔隙的孔徑結(jié)構(gòu)劃分2.1.3 孔隙分形特征2.1.4 孔隙率數(shù)學(xué)模型2.2 有效應(yīng)力方程2.2.1 有效應(yīng)力分析2.2.2 含瓦斯煤變形機(jī)制2.2.3 有效應(yīng)力方程建立2.2.4 方程檢驗(yàn)2.3 本章小結(jié)第3章 含瓦斯煤滲透率演化模型3.1 滲透率理論模型3.1.1 滲透率影響機(jī)制3.1.2 模型建立3.2 滲透率試驗(yàn)研究3.2.1 煤樣的力學(xué)特性試驗(yàn)3.2.2 滲透率試驗(yàn)系統(tǒng)3.2.3 滲透率影響因素分析3.2.4 滲透率敏感性分析3.3 滲透率模型驗(yàn)證3.4 本章小結(jié)第4章 含瓦斯煤THM耦合模型4.1 基本物性參數(shù)耦合方程及假設(shè)4.1.1 孔隙率、滲透率方程4.1.2 煤層瓦斯氣體狀態(tài)方程4.1.3 修正的瓦斯含量方程4.1.4 基本假設(shè)4.2 含瓦斯煤耦合應(yīng)力場(chǎng)方程4.2.1 平衡方程4.2.2 幾何方程4.2.3 熱流固本構(gòu)方程4.2.4 應(yīng)力場(chǎng)方程4.3 含瓦斯煤耦合滲流場(chǎng)方程4.3.1 連續(xù)性方程4.3.2 滲流場(chǎng)方程4.4 含瓦斯煤耦合溫度場(chǎng)方程4.4.1 能量守恒方程4.4.2 自由能與體積內(nèi)能4.4.3 溫度場(chǎng)方程4.5 定解條件4.5.1 應(yīng)力場(chǎng)定解條件4.5.2 滲流場(chǎng)定解條件4.5.3 溫度場(chǎng)定解條件4.6 本章小結(jié)第5章 煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)臺(tái)的研制及應(yīng)用5.1 煤與瓦斯突出機(jī)理5.2 模擬試驗(yàn)臺(tái)的研制5.2.1 研制思路及目的5.2.2 模擬試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)5.2.3 模擬試驗(yàn)臺(tái)操作系統(tǒng)5.2.4 模擬試驗(yàn)臺(tái)千斤頂精度檢測(cè)5.2.5 模擬試驗(yàn)臺(tái)優(yōu)點(diǎn)5.3 模擬試驗(yàn)相似設(shè)計(jì)及其試驗(yàn)方法5.3.1 相似設(shè)計(jì)5.3.2 試驗(yàn)方法5.4 模擬試驗(yàn)結(jié)果及分析5.4.1 突出煤樣剪切試驗(yàn)5.4.2 模擬試驗(yàn)結(jié)果及分析5.5 本章小結(jié)第6章 含瓦斯煤THM耦合模型數(shù)值分析6.1 COMSOL Multiphysics軟件簡(jiǎn)介6.2 THM耦合模型的嵌入6.2.1 含瓦斯煤THM耦合模型6.2.2 THM耦合模型的嵌入6.3 THM耦合模型的解析解驗(yàn)證6.4 THM耦合模型的實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證6.5 THM耦合模型的工程應(yīng)用6.5.1 石壕礦概況6.5.2 數(shù)值計(jì)算模型及計(jì)算工況6.5.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析6.6 本章小結(jié)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

第1章 緒論1.1 引言煤是一種孔隙裂隙雙重介質(zhì)，其開(kāi)采過(guò)程中的煤體變形和瓦斯流動(dòng)均是在流固耦合作用下的煤體變形和瓦斯流動(dòng)，而煤與瓦斯突出也是由于流固耦合作用下的煤體失穩(wěn)破壞而發(fā)生的災(zāi)害現(xiàn)象［1］。因此，若要使瓦斯在煤層中的運(yùn)移規(guī)律更符合實(shí)際，則必須考慮瓦斯在煤層中的流固耦合問(wèn)題。通常所說(shuō)的流固耦合是指在流體和固體組成的系統(tǒng)中流體和固體相互影響、相互作用的現(xiàn)象，流、固兩場(chǎng)同時(shí)存在。為簡(jiǎn)化研究過(guò)程，一般假設(shè)流體和固體在相互作用的過(guò)程中溫度是恒定的（即不考慮溫度場(chǎng)變化與固體變形、流體流動(dòng)間的耦合作用），然而，因溫度變化引起的熱效應(yīng)在煤巖體賦存的地球物理環(huán)境諸因素中是不應(yīng)忽視的，自然界中實(shí)際存在的流固耦合系統(tǒng)的溫度場(chǎng)通常也是不斷變化的，所涉及的工程領(lǐng)域也相對(duì)較多，如核廢料深埋處理、地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)、石油熱采、煤層氣開(kāi)采等。越來(lái)越多的現(xiàn)象表明，隨著井下煤層開(kāi)采深度的增加，井下作業(yè)環(huán)境溫度逐漸升高，這種熱效應(yīng)已成為影響井下煤層中瓦斯流動(dòng)的重要因素。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)研究表明，煤層瓦斯被大量解吸時(shí)，煤壁溫度有所下降。瓦斯在煤層中的運(yùn)移無(wú)論是吸附/解吸或滲透、擴(kuò)散過(guò)程都有熱效應(yīng)發(fā)生，現(xiàn)有的煤層瓦斯流固耦合理論將瓦斯在煤層中的流動(dòng)視為等溫過(guò)程，與實(shí)際偏差較大。因此，若要進(jìn)行更切合實(shí)際的煤層瓦斯流動(dòng)規(guī)律研究，就不能僅僅考慮隨著采深增加而引起的煤層高地應(yīng)力和低滲透性影響，必須放棄等溫條件假設(shè)，連同隨著采深增加而引發(fā)的高溫?zé)嵝?yīng)共同考慮在內(nèi)，即將地球物理場(chǎng)中的溫度場(chǎng)、滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)三場(chǎng)同時(shí)耦合考慮，進(jìn)行瓦斯在煤層中運(yùn)移的熱流固……

編輯推薦

許江、陶云奇、尹光志、彭守建、李波波編著的《含瓦斯煤THM耦合模型及實(shí)驗(yàn)研究》隨著采礦活動(dòng)向縱深發(fā)展，隨之引發(fā)的高溫、高地應(yīng)力、高瓦斯壓力、低滲透等問(wèn)題，不僅限制了當(dāng)前國(guó)家號(hào)召的煤層氣作為新型能源的發(fā)展，也極易引發(fā)煤礦瓦斯災(zāi)害事故的發(fā)生。煤層瓦斯運(yùn)移規(guī)律和煤與瓦斯突出防治不僅遇到了極大挑戰(zhàn)，而且勢(shì)在必行，但因該領(lǐng)域涉及的范圍較廣，本書(shū)研究?jī)?nèi)容只是在前人研究的基礎(chǔ)上對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行了補(bǔ)充和延伸。

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