含瓦斯煤THM耦合模型及實驗研究

內容概要

　　《含瓦斯煤THM耦合模型及實驗研究》系統(tǒng)介紹了含瓦斯煤熱流固耦合模型及實驗研究成果。全書共6章：第1章總結和評述含瓦斯煤多場耦合相關領域的研究成果；第2章研究含瓦斯煤孔隙率及有效應力方程；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章詳細介紹煤與瓦斯突出模擬試驗臺的研制及應用；第6章利用COMSOL Multiphysics軟件對含瓦斯煤THM耦合模型進行了數值分析。　　《含瓦斯煤THM耦合模型及實驗研究》可供從事煤礦瓦斯綜合治理的采礦工程、安全技術及工程、防災減災工程與防護工程、巖土工程及相關領域的科研人員、工程技術人員參考使用，也可作為高等院校相關專業(yè)研究生和高年級本科生的教學參考書。

書籍目錄

前言第1章 緒論1.1 引言1.2 研究現狀及評述1.2.1 煤的孔隙、滲透及吸附/解吸特性1.2.2 耦合問題及其求解方法1.2.3 煤與瓦斯突出模擬試驗1.3 本書主要研究內容第2章 含瓦斯煤孔隙率及有效應力方程2.1 煤體孔隙特征及其孔隙率2.1.1 孔隙成因分類2.1.2 孔隙的孔徑結構劃分2.1.3 孔隙分形特征2.1.4 孔隙率數學模型2.2 有效應力方程2.2.1 有效應力分析2.2.2 含瓦斯煤變形機制2.2.3 有效應力方程建立2.2.4 方程檢驗2.3 本章小結第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 滲透率影響機制3.1.2 模型建立3.2 滲透率試驗研究3.2.1 煤樣的力學特性試驗3.2.2 滲透率試驗系統(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 滲透率模型驗證3.4 本章小結第4章 含瓦斯煤THM耦合模型4.1 基本物性參數耦合方程及假設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4.2 含瓦斯煤耦合應力場方程4.2.1 平衡方程4.2.2 幾何方程4.2.3 熱流固本構方程4.2.4 應力場方程4.3 含瓦斯煤耦合滲流場方程4.3.1 連續(xù)性方程4.3.2 滲流場方程4.4 含瓦斯煤耦合溫度場方程4.4.1 能量守恒方程4.4.2 自由能與體積內能4.4.3 溫度場方程4.5 定解條件4.5.1 應力場定解條件4.5.2 滲流場定解條件4.5.3 溫度場定解條件4.6 本章小結第5章 煤與瓦斯突出模擬試驗臺的研制及應用5.1 煤與瓦斯突出機理5.2 模擬試驗臺的研制5.2.1 研制思路及目的5.2.2 模擬試驗臺的結構方案設計5.2.3 模擬試驗臺操作系統(tǒng)5.2.4 模擬試驗臺千斤頂精度檢測5.2.5 模擬試驗臺優(yōu)點5.3 模擬試驗相似設計及其試驗方法5.3.1 相似設計5.3.2 試驗方法5.4 模擬試驗結果及分析5.4.1 突出煤樣剪切試驗5.4.2 模擬試驗結果及分析5.5 本章小結第6章 含瓦斯煤THM耦合模型數值分析6.1 COMSOL Multiphysics軟件簡介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證6.4 THM耦合模型的實驗室驗證6.5 THM耦合模型的工程應用6.5.1 石壕礦概況6.5.2 數值計算模型及計算工況6.5.3 數值模擬結果分析6.6 本章小結參考文獻

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，其開采過程中的煤體變形和瓦斯流動均是在流固耦合作用下的煤體變形和瓦斯流動，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)生的災害現象［1］。因此，若要使瓦斯在煤層中的運移規(guī)律更符合實際，則必須考慮瓦斯在煤層中的流固耦合問題。通常所說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、相互作用的現象，流、固兩場同時存在。為簡化研究過程，一般假設流體和固體在相互作用的過程中溫度是恒定的（即不考慮溫度場變化與固體變形、流體流動間的耦合作用），然而，因溫度變化引起的熱效應在煤巖體賦存的地球物理環(huán)境諸因素中是不應忽視的，自然界中實際存在的流固耦合系統(tǒng)的溫度場通常也是不斷變化的，所涉及的工程領域也相對較多，如核廢料深埋處理、地熱資源的開發(fā)、石油熱采、煤層氣開采等。越來越多的現象表明，隨著井下煤層開采深度的增加，井下作業(yè)環(huán)境溫度逐漸升高，這種熱效應已成為影響井下煤層中瓦斯流動的重要因素。同時，根據實際觀測和實驗研究表明，煤層瓦斯被大量解吸時，煤壁溫度有所下降。瓦斯在煤層中的運移無論是吸附/解吸或滲透、擴散過程都有熱效應發(fā)生，現有的煤層瓦斯流固耦合理論將瓦斯在煤層中的流動視為等溫過程，與實際偏差較大。因此，若要進行更切合實際的煤層瓦斯流動規(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力和低滲透性影響，必須放棄等溫條件假設，連同隨著采深增加而引發(fā)的高溫熱效應共同考慮在內，即將地球物理場中的溫度場、滲流場、應力場三場同時耦合考慮，進行瓦斯在煤層中運移的熱流固……

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耦合模型及實驗研究》隨著采礦活動向縱深發(fā)展，隨之引發(fā)的高溫、高地應力、高瓦斯壓力、低滲透等問題，不僅限制了當前國家號召的煤層氣作為新型能源的發(fā)展，也極易引發(fā)煤礦瓦斯災害事故的發(fā)生。煤層瓦斯運移規(guī)律和煤與瓦斯突出防治不僅遇到了極大挑戰(zhàn)，而且勢在必行，但因該領域涉及的范圍較廣，本書研究內容只是在前人研究的基礎上對該領域進行了補充和延伸。

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