目录

●前言
第1章 绪论 1
1.1 国内外研究现状 5
1.1.1 煤岩采动应力场-裂隙场-渗流场研究现状 5
1.1.2 煤岩结构各向异性特征研究现状 9
1.1.3 煤岩力学及渗透特性的研究现状 11
1.1.4 含瓦斯煤岩渗透率模型及多场耦合模型研究现状 17
1.1.5 含瓦斯煤瓦斯流动数值模拟的研究现状 21
1.2 主要工作 22
第2章 单调荷载条件下含瓦斯煤的变形特征及瓦斯运移规律研究 25
2.1 煤样参数测定及制备 25
2.1.1 煤层地质及煤岩基本特征 25
2.1.2 煤样制备 26
2.2 实验设备 26
2.2.1 RWL-2000型微机伺服岩石三轴实验机 26
2.2.2 含瓦斯煤热流固三轴伺服渗透实验装置 26
2.2.3 核磁共振分析系统及CT装置 27
2.3 单调荷载条件下含瓦斯煤渗流实验 28
2.4 单调荷载条件下含瓦斯煤的变形特征及瓦斯运移规律研究 31
2.4.1 常规三轴非连续压缩条件下含瓦斯煤渗流实验 31
2.4.2 加卸载条件下含瓦斯煤渗流实验 38
第3章 真三轴应力条件下正交层理煤岩变形及渗流特征研究 48
3.1 煤样参数测定及制备 49
3.1.1 煤层地质及煤岩基本特征 49
3.1.2 煤岩孔裂隙结构特征 50
3.1.3 正交层理煤样制备 52
3.2 实验方法 53
3.2.1 多功能真三轴流固耦合实验系统 53
3.2.2 实验方案 54
  
3.3 实验结果与分析 56
3.3.1 真三轴应力作用下正交层理煤岩变形各向异性特征 56
3.3.2 真三轴应力作用下正交层理煤岩渗透率各向异性特征 58
3.3.3 真三轴应力作用下正交层理煤岩渗透率各向异性比 60
第4章 真三轴采动应力下结构异性煤岩力学及渗流特性研究 63
4.1 实验方法 63
4.1.1 煤样制备 63
4.1.2 实验方案设计 64
4.1.3 真三轴加卸载路径 65
4.2 真三轴采动应力下结构异性煤岩应力-应变-渗透率特征分析 66
4.2.1 真三轴采动应力下煤岩偏应力-应变-渗透率对应演化特征 66
4.2.2 真三轴采动应力状态对中间和*小主应变的影响分析 67
4.2.3 层理角度和真三轴采动应力状态对煤样渗透率及强度影响分析 69
4.3 真三轴采动应力下结构异性煤岩能量演化特征分析 73
4.3.1 真三轴采动应力下含瓦斯煤岩能量计算原理 73
4.3.2 真三轴采动应力下结构异性煤岩应力-应变-能量演化特征 75
4.3.3 层理角度与真三轴采动应力状态对煤岩能量演化的影响 76
4.4 真三轴采动应力下结构异性煤岩破坏形态及受力原理分析 79
4.4.1 层理角度和真三轴采动应力状态对煤岩破坏形态的影响 79
4.4.2 不同层理角度煤岩破坏滑移面特征分析 80
4.4.3 应力状态A和B组的受力原理分析 81
第5章 循环荷载条件下含瓦斯煤的变形特征及瓦斯运移规律研究 84
5.1 实验方案及步骤 85
5.1.1 围压等幅循环条件下含瓦斯煤渗流实验 85
5.1.2 围压分级循环卸载条件下含瓦斯煤渗流实验 86
5.2 围压等幅循环条件下含瓦斯煤渗流实验 86
5.2.1 围压等幅循环条件下煤岩变形及渗透率演化规律 86
5.2.2 围压等幅循环条件下煤岩的渗透率损伤变化规律 88
5.2.3 围压等幅循环条件下煤岩孔径分布及分形维数变化规律 90
5.3 围压分级循环卸载条件下含瓦斯煤渗流实验 93
5.3.1 围压分级循环卸载条件对渗流行为的影响 93
5.3.2 围压分级循环卸载条件下煤样的不可逆应变演化 96
5.3.3 围压分级循环卸载条件下煤样的声发射信号特征分析 98
5.3.4 围压分级循环卸载条件下煤样的能量耗散特性分析 101
5.3.5 基于CT技术的煤样三维重构与损伤表征 106
第6章 真三轴循环扰动作用下煤岩力学及损伤特性研究 108
6.1 真三轴循环扰动实验方案 108
6.1.1 煤样制备 108
6.1.2 实验装置 109
6.1.3 实验方案及循环路径 110
6.2 实验结果与分析 111
6.2.1 真三轴分级循环载荷下煤岩应力-应变*线特征 112
6.2.2 真三轴分级循环载荷下煤岩残余应变特征 117
6.2.3 真三轴分级循环载荷下煤岩能耗及损伤特征 122
第7章 应力扰动下含瓦斯煤渗透率模型研究 127
7.1 煤岩渗透率模型研究现状 128
7.1.1 煤岩**渗透率模型概述 128
7.1.2 煤岩各向同性渗透率模型 130
7.1.3 煤岩各向异性渗透率模型 132
7.2 考虑应力对吸附影响的渗透率模型构建及验证 135
7.2.1 基本假设 135
7.2.2 模型构建 135
7.2.3 模型验证 140
7.3 加卸载条件下考虑损伤的渗透率模型构建及验证 141
7.3.1 基本假设 141
7.3.2 模型构建 141
7.3.3 渗透率模型效果分析 145
7.4 围压等幅循环条件下渗透率模型的构建及验证 147
7.4.1 基本假设 148
7.4.2 模型构建 148
7.4.3 模型验证 149
第8章 真三轴应力条件下煤岩动态各向异性渗透率模型建立及验证 153
8.1 真三轴应力条件下煤岩动态各向异性渗透率模型建立 153
8.1.1 真三轴应力条件下动态各向异性渗透率模型推导 154
8.1.2 基于层理效应的真三轴应力条件下动态各向异性渗透率模型 159
8.2 基于层理效应的煤岩真三轴动态各向异性渗透率模型验证 160
8.2.1 模型理论计算值与实验数据进行对比验证 160
8.2.2 动态各向异性渗透率模型与**渗透率模型对比验证 162
第9章 上覆垂直应力作用下煤体流固耦合模型及应用 163
9.1 基于双重孔隙结构的煤体流固耦合模型构建 163
9.1.1 基本假设 163
9.1.2 煤体瓦斯运移控制方程 164
9.1.3 煤体变形控制方程 166
9.1.4 流固耦合模型控制方程组 168
9.2 上覆垂直应力作用下煤样内部瓦斯赋存及渗透性演化规律 169
9.2.1 COMSOL-Multiphysics 169
9.2.2 数值模拟过程 169
9.2.3 数值模拟结果分析 171
9.3 上覆垂直应力作用下煤层瓦斯的多孔抽采效果研究 175
9.3.1 数值模拟过程 175
9.3.2 数值模拟结果分析 177
第10章 真三维结构异性煤层多场耦合数学模型建立及应用 181
10.1 真三维结构异性煤层多场耦合数学模型构建 182
10.1.1 煤岩体简化物理模型及模型基本假设 182
10.1.2 煤层应力场(或变形场)控制方程 183
10.1.3 煤基质瓦斯运移场控制方程 187
10.1.4 煤裂隙瓦斯渗流场控制方程 189
10.1.5 煤层多场耦合数学模型控制方程组 190
10.2 真三维结构异性煤层多场耦合数学模型应用 191
10.2.1 数值模拟软件介绍 191
10.2.2 数值模拟工程背景介绍 192
10.2.3 单孔顺层渗透率各向异性煤层瓦斯抽采数值模拟结果分析 192
10.2.4 渗透率各向异性煤层多抽采孔优化布置探讨 201
参考文献 203