目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究目的和意義 1
1.2 國內外研究現狀 3
1.2.1 煤孔裂隙結構特征及其對煤粒瓦斯放散規(guī)律的影響 3
1.2.2 分子結構特征及其對煤粒瓦斯放散規(guī)律的影響 7
1.2.3 煤的瓦斯放散規(guī)律研究現狀 8
1.2.4 煤粒瓦斯放散規(guī)律的影響因素研究現狀 11
1.2.5 煤粒的瓦斯放散機理研究現狀 13
1.2.6 煤粒的瓦斯放散動力學模型 14
1.2.7 瓦斯解吸規(guī)律的應用 17
1.2.8 存在問題 19
第2章 華北板塊構造軟煤分布規(guī)律及構造控制作用 20
2.1 構造煤區(qū)域分布規(guī)律及大地構造控制 21
2.1.1 構造煤區(qū)域分布規(guī)律 21
2.1.2 構造煤區(qū)域分布的大地構造控制 22
2.2 構造煤層域分布規(guī)律及含煤建造控制 23
2.2.1 構造煤層域分布規(guī)律 23
2.2.2 構造煤層域分布的含煤建造控制 24
第3章 軟硬煤孔裂隙結構的差異特征 28
3.1 煤樣采集與制備 29
3.1.1 煤樣的采集與制作 29
3.1.2 實驗煤樣的制備 30
3.1.3 煤樣的基本參數測定結果 30
3.2 煤的大孔裂隙掃描電鏡實驗 31
3.3 壓汞法分析軟硬煤孔隙結構特征 33
3.4 低溫液氮吸附法分析軟硬煤孔隙結構特征 50
3.5 二氧化碳吸附法測量煤樣孔隙結構 59
3.5.1 二氧化碳吸附法原理 59
3.5.2 二氧化碳吸附法可靠性分析 60
3.5.3 二氧化碳吸附法數據分析 60
3.6 小角X 射線散射法測量煤樣孔隙結構 63
3.6.1 小角X 射線散射法原理 64
3.6.2 小角X 射線散射實驗數據分析 64
3.6.3 小角X 射線散射結果可靠性分析 68
3.7 軟硬煤全尺度孔隙結構差異特征 68
3.7.1 不同實驗方法可測的合理孔徑范圍取值 68
3.7.2 軟硬煤全尺度孔隙孔容分析 68
3.7.3 軟硬煤全尺度孔隙比表面積分析 70
3.7.4 軟硬煤全尺度孔隙結構影響瓦斯放散規(guī)律的機理分析 71
3.8 軟硬煤孔隙結構分形特征 72
3.8.1 分形的定義 72
3.8.2 基于壓汞實驗的分形維數計算 72
3.8.3 基于低溫液氮吸附實驗的分形維數計算 74
3.8.4 基于小角X 射線散射實驗的分形維數計算 75
3.9 本章小結 76
第4章 煤分子結構特征 78
4.1 X射線衍射實驗 79
4.1.1 X射線衍射實驗原理 79
4.1.2 XRD圖譜處理與參數計算 80
4.2 傅里葉紅外光譜 85
4.2.1 傅里葉紅外光譜實驗原理 85
4.2.2 數據處理 86
4.2.3 傅里葉紅外光譜圖處理 88
4.3 本章小結 96
第5章 軟硬煤瓦斯吸附規(guī)律差異性研究 97
5.1 軟硬煤瓦斯吸附規(guī)律 97
5.2 瓦斯吸附等溫線方程 98
5.2.1 吸附模型介紹 98
5.2.2 軟硬煤吸附數據處理 100
5.2.3 吸附模型對軟硬煤吸附性能的適用性 101
5.3 本章小結 106
第6章 基于分子動力學模擬煤的瓦斯吸附機理 107
6.1 軟件介紹 107
6.2 模型構建 108
6.3 吸附模擬 111
6.4 模擬結果與分析 113
6.5 納米級孔吸附性能模擬研究 117
6.6 本章小結 119
第7章 煤粒瓦斯放散實驗系統(tǒng)研制 122
7.1 煤粒瓦斯放散實驗系統(tǒng)的設計 122
7.1.1 實驗儀器的系統(tǒng)結構 123
7.1.2 實驗儀器的功能分析 124
7.2 實驗儀器體積的標定 124
7.3 實驗系統(tǒng)死空間游離瓦斯體積的測定 125
7.4 不同水分煤樣制作 126
7.5 測定數據處理 127
第8章 煤粒瓦斯放散規(guī)律實驗研究 129
8.1 吸附平衡壓力對瓦斯放散規(guī)律的影響 129
8.1.1 平衡壓力對瓦斯放散量的影響 129
8.1.2 平衡壓力對瓦斯放散速度的影響 130
8.1.3 平衡壓力對瓦斯放散系數的影響 133
8.2 變質程度對瓦斯放散規(guī)律的影響 135
8.2.1 變質程度對瓦斯放散量的影響 135
8.2.2 變質程度對瓦斯放散速度的影響 136
8.2.3 變質程度對瓦斯放散系數的影響 137
8.3 破壞程度對瓦斯放散規(guī)律的影響 139
8.3.1 破壞程度對瓦斯放散量的影響 139
8.3.2 破壞程度對瓦斯放散系數的影響 146
8.4 粒度對瓦斯放散規(guī)律的影響 147
8.4.1 粒度對瓦斯放散量的影響 147
8.4.2 粒度對瓦斯放散速度的影響 149
8.4.3 粒度對擴散系數的影響 152
8.5 水分對瓦斯放散規(guī)律的影響 154
8.5.1 水分對瓦斯放散量的影響 155
8.5.2 水分對瓦斯擴散系數的影響 157
8.5.3 水分對瓦斯放散規(guī)律的影響機理 158
8.6 環(huán)境溫度對瓦斯放散規(guī)律的影響 160
8.6.1 理論分析 161
8.6.2 物理模擬實驗 162
8.6.3 環(huán)境溫度對瓦斯放散規(guī)律的影響機理 166
8.7 本章小結 168
第9章 煤粒的瓦斯放散機理與模型研究 170
9.1 煤粒的瓦斯放散機理 170
9.1.1 煤粒內瓦斯流動方式探討 170
9.1.2 擴散模式 171
9.1.3 擴散系數隨時間變化的機理 173
9.1.4 軟硬煤擴散系數差異特征機理 173
9.2 煤粒瓦斯放散物理-數學模型 174
9.2.1 均質煤粒瓦斯擴散模型 174
9.2.2 均質煤粒存在的問題 179
9.2.3 雙孔隙結構煤粒瓦斯擴散模型 179
9.2.4 新模型的建立 181
9.3 新模型通解的討論與驗證 184
9.3.1 通解的討論 184
9.3.2 通解的實驗驗證 185
第10章 結論與討論 187
10.1 結論 187
10.2 討論 188
參考文獻 189