第1章 绪论 1
1．1引子 1
1．2开采煤层气的实际意义 2
1．2．1煤层气对矿井的危害 2
1．2．2排放煤层气对环境的影响 3
1．2．3煤层气的能源价值 4
1．3开采煤层气存在的技术困境 5
1．3．1开采煤层气面临的主要困难 5
1．3．2煤层气与石油天然气开采理论与技术的异同 5
1．4煤层中的耦合运动理论研究现状分析 7
1．4．1概述 7
1．4．2煤的化学结构与孔隙结构 7
1．4．3煤的吸附扩散性能 9
1．4．4煤层孔隙结构模型分类 16
1．4．5孔隙裂隙二重介质模型 16
1．4．6扩散理论 19
1．4．7渗流理论 20
1．4．8孔隙裂隙二重介质的扩散解吸与渗流理论 22
1．4．9气固耦合力学理论 23
1．5本书研究主要内容和方法 26
第2章 耦合运动的物理数学模型 28
2．1物理过程、基本假设和运动定律 28
2．2孔隙裂隙煤层中的基本方程 34
2．2．1煤层变形平衡方程 34
2．2．2煤层变形几何方程 35
2．2．3孔隙系统中扩散运动连续方程 36
2．2．4裂隙系统中渗流运动连续方程 37
2．3孔隙裂隙煤层中的耦合运动微分方程组 38
2．3．1煤层变形运动微分方程组 38
2．3．2孔隙系统中吸附状态煤层气扩散运动微分方程 40
2．3．3裂隙系统中游离状态煤层气渗流运动微分方程 41
2．3．4耦合运动微分方程组的初始边界条件与求解 41
2．4均匀孔隙煤层中的耦合运动微分方程组 41
2．5均匀裂隙煤层中的耦合运动微分方程组 42
2．6非煤储层中的耦合运动微分方程组 43
2．6．1高低渗流与非煤储层变形耦合运动微分方程组 43
2．6．2渗流与非煤储层变形耦合运动微分方程组 45
2．6．3煤层中与非煤储层中的耦合运动的比较 46
2．7煤层中无耦合运动微分方程 47
2．7．1耦合运动与无耦合运动方程之间的关系 47
2．7．2总应力作用下的变形运动微分方程组 47
2．7．3孔隙裂隙煤层中的扩散渗流微分方程组 48
2．7．4均匀孔隙煤层中的扩散运动微分方程 50
2．7．5均匀裂隙煤层中的渗流运动微分方程 51
2．8煤层中的耦合运动综合分析 52
第3章 均匀孔隙介质中的扩散规律 55
3．1均匀孔隙煤层中的扩散微分方程分析解 55
3．1．1一维稳定扩散 55
3．1．2平面径向稳定扩散 57
3．2煤粒吸附煤层气扩散解吸过程 58
3．2．1煤粒吸附煤层气扩散的物理数学模型 58
3．2．2扩散微分方程的边界条件分析及求解 59
3．2．3近似解及其应用 70
3．3扩散解吸试验研究 72
3．3．1煤样采集与制备 72
3．3．2试验装置 72
3．3．3试验原理 73
3．3．4试验步骤 74
3．3．5试验内容 75
3．3．6试验数据处理方法 76
3．3．7试验数据的处理结果 78
3．3．8扩散微分方程的试验解（内质量源的试验式） 81
3．3．9理论和试验结果的分析讨论 82
3．4煤与瓦斯突出预测指标 84
3．4．1常见突出预测指标 84
3．4．2煤与瓦斯突出机理简析 86
3．4．3煤与瓦斯突出预测新指标探索 88
3．4．4 Bi预测指标测试方法探讨 89
3．4．5突出预测指标Bi计算实例和比较 91
3．5煤与瓦斯突出预测应用实例 92
3．5．1沙曲煤矿及试验区概况 93
3．5．2突出预测方法和工艺介绍 96
3．5．3对《测定标准》的分析 102
3．5．4钻屑解吸指标K现场测定及分析 103
3．5．5钻屑解吸指标K试验室测定及分析 118
3．5．6现场与试验室试验数据分析结果的比较 128
3．5．7几个重要结论 129
第4章 均匀裂隙介质中的渗流规律 130
4．1均匀裂隙煤层中的渗流物理数学模型 130
4．2平行巷间煤柱中渗流微分方程近似分析解 133
4．2．1渗流微分方程的近似分析解 133
4．2．2对近似分析解的讨论 137
4．2．3近似分析解在掘进巷道瓦斯涌出量预测中的应用 138
4．3二维渗流在移动边界条件的近似分析解 140
4．3．1概述 140
4．3．2工作面煤体瓦斯压力分布规律 141
4．3．3工作面煤体瓦斯涌出量的预测 143
4．3．4关于分析解的计算机模拟及讨论 144
4．4一维径向渗流规律及应用 147
4．4．1概述 147
4．4．2一维瓦斯径向流动的数学模型 148
4．4．3衡量煤层瓦斯抽放难易程度指标的观测 150
4．4．4抽放钻孔有效抽放半径计算方法 153
第5章 煤体的吸附变形与有效应力 155
5．1概述 155
5．2吸附变形与吸附热力学参数的关系 155
5．2．1孔隙的表面压力 155
5．2．2吸附膨胀模式及其计算 156
5．2．3实例模拟计算 159
5．2．4对吸附膨胀变形特性的分析讨论 160
5．3含吸附煤层气煤的有效应力 161
5．3．1煤层的受力状态分析 161
5．3．2含吸附煤层气煤层的有效应力计算公式 163
5．3．3有效应力作用下煤体变形的理论值与实测值比较 164
5．3．4对煤层有效应力计算公式的分析 165
5．4孔隙率和吸附变形之间的关系 166
5．4．1内向吸附应变与外观应变 166
5．4．2裂隙孔隙率与煤层变形之间的关系 167
5．5渗透率与孔隙率之间的关系 168
5．6关于吸附变形与有效应力知识的要点 170
第6章 半耦合运动规律及其应用 172
6．1概述 172
6．2孔隙裂隙煤层中的半耦合运动微分方程 174
6．2．1三维变形条件下的三维扩散渗流 174
6．2．2一维应变条件下的二维扩散渗流 177
6．2．3平面应变条件下的一维扩散渗流 179
6．3均匀裂隙煤层中的半耦合运动微分方程 181
6．3．1三维变形条件下的三维渗流 181
6．3．2一维应变条件下的二维渗流 181
6．3．3平面应变条件下的一维渗流 183
6．4具有变形和扩散解吸作用的渗流方程的应用 184
6．4．1提高煤层气采收率的途径 184
6．4．2评价煤层气资源的主要指标 184
6．4．3注入增产机理及影响压裂效果的因素 186
第7章 多组分气体运动规律及其应用 188
7．1注气增产机理及效果分析 188
7．1．1注气增产机理分析 188
7．1．2自然降压开采煤层气的最大理论回收量和回收率 191
7．1．3注气开采煤层气的最大理论回收量和回收率 192
7．1．4回收率的模拟计算 194
7．2多组分流体扩散渗流的物理数学模型 199
7．2．1基本概念和假定 199
7．2．2煤粒基质孔隙系统吸附气相扩散解吸方程 200
7．2．3煤层裂隙系统中的渗流方程 201
7．3间歇注气过程的微分方程及近似解 202
7．3．1多组分流体扩散渗流微分方程的简化 202
7．3．2初始边界条件 203
7．3．3近似分析解的求解方法 204
参考文献 207