非均质岩体热力耦合理论与煤炭地下气化通道稳定性PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1煤炭地下气化现状 1

1.1.1煤炭地下气化发展历程 1

1.1.2煤炭地下气化通道稳定性 4

1.2岩石高温物理力学特性 11

1.2.1岩石的高温特性 11

1.2.2煤的高温特性 16

1.2.3简要评述 17

1.3热力耦合理论 17

1.4需要研究的内容 18

1.4.1实验研究 18

1.4.2理论研究 19

1.4.3数值模拟与数值试验研究 19

第2章 600℃ 20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机 20

2.1概述 20

2.1.1主要功能 21

2.1.2主要技术参数 21

2.2设备的构成 22

2.2.1主机加载系统 22

2.2.2高温三轴压力室及温控系统 24

2.2.3辅机装料系统 26

2.2.4测试系统 27

2.3设备研制中的关键技术 29

2.3.1加热元件 29

2.3.2密封与绝缘 30

2.4设备的操作程序 32

第3章 高温及三轴应力下岩石物理力学特性 34

3.1引言 34

3.1.1高温及三轴应力下岩石的物理力学性质实验 34

3.1.2岩体表征体积单元与大尺寸试样实验 35

3.2实验材料与方法 39

3.2.1实验试样采集及其制备 39

3.2.2实验步骤 39

3.2.3三轴实验弹性模量的计算 41

3.3高温及三轴应力下岩石物理力学特性 42

3.3.1高温及三轴应力下煤岩的变形特征 43

3.3.2高温及三轴应力下煤岩的热破裂特征 50

3.3.3高温及三轴应力下煤岩的物理力学性质 55

3.3.4对煤岩高温特性的讨论 64

第4章 煤炭地下气化采场围岩热力耦合理论 66

4.1引言 66

4.2数学模型的建立 67

4.2.1基本假设 67

4.2.2岩体温度场控制方程 68

4.2.3岩体变形控制方程 69

4.2.4岩体热力耦合数学模型 69

4.3岩体热力耦合数学模型的数值解法 70

4.3.1岩体热传导控制方程的离散 70

4.3.2岩体变形控制方程的泛函及其离散 75

4.4耦合数学模型的有限元分析 77

4.5专用模拟程序的编制 81

第5章 煤炭地下气化采场围岩温度场演化规律 83

5.1引言 83

5.2影响采场围岩温度场分布的因素 84

5.2.1技术因素 84

5.2.2岩体热物理性质因素 85

5.2.3地质因素 85

5.3模拟方法 85

5.3.1专用模拟程序的编制 85

5.3.2模拟模型的建立 86

5.3.3煤岩体热物理参数随温度的变化规律 87

5.3.4气化采场的移动速率 92

5.4煤炭地下气化采场围岩温度场演化规律 94

5.4.1温度场的总体分布特征 94

5.4.2温度场动态变化规律 96

5.4.3燃烧过程的讨论 105

第6章 煤炭地下气化采场热矿山压力显现特征 106

6.1地下气化通道围岩稳定性问题 106

6.2影响气化通道围岩稳定的因素 108

6.3数值模拟方法 109

6.3.1模拟模型的建立 109

6.3.2煤岩体物理力学参数随温度的变化规律 110

6.3.3煤岩物理力学参数 114

6.4煤炭地下气化采场热矿山压力显现特征 115

6.4.1气化采场围岩变形破坏特征 115

6.4.2气化采场前方支承压力分布特征 123

6.4.3气化采场热矿山压力显现特征的讨论 124

第7章 煤炭地下气化采场前方煤体热破裂机理与规律 125

7.1引言 125

7.2煤体的非均质性与热破裂 126

7.2.1煤体结构的非均质性 126

7.2.2岩石的热破裂 128

7.2.3煤体的热破裂 131

7.3非均质岩体热力耦合作用数学模型及其数值解法 131

7.3.1基本假设和物理力学基础 131

7.3.2三维随机非均质岩体热破裂数学模型 132

7.3.3随机非均质岩体热破裂数学模型的数值解法 133

7.3.4随机概率分布 136

7.4数值试验方法 138

7.4.1数值试验模型 138

7.4.2数值试验方法 139

7.4.3煤和岩石细观单元的赋值 140

7.5煤炭地下气化采场前方煤体热破裂机理和规律 142

7.5.1煤的热膨胀系数非均匀分布对热破裂的影响 142

7.5.2非均匀温度场分布对热破裂的影响 153

7.5.3煤体热破裂的讨论 162

参考文献 165