第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 研究现状及发展趋势 2
1.2.1 煤岩试验研究 2
1.2.2 煤岩动力失稳研究 6
1.2.3 非线性科学在煤岩动力失稳中应用的研究 9
1.3 本书的主要内容 13
第二章 高瓦斯矿煤岩微结构及其分形特征 15
2.1 概述 15
2.2 煤体中瓦斯的赋存规律及煤样的微结构特征 16
2.2.1 煤体中瓦斯的赋存分布及其对煤体力学性质的影响 16
2.2.2 含瓦斯煤体微结构特征 19
2.3 含瓦斯煤体结构的分形特征 23
2.3.1 含瓦斯煤体孔隙裂隙的分型特征 23
2.3.2 煤岩体固体骨架介质类型 25
2.3.3 含瓦斯煤岩体碎裂后的块度分形特征 25
第三章 高瓦斯矿煤样强度和变形特征的试验研究 28
3.1 概述 28
3.2 煤样单轴压缩试验研究 28
3.2.1 单轴压缩实验概况 28
3.2.2 煤样单轴压缩试验结果 31
3.2.3 煤样单轴压缩破坏特征 33
3.3 煤样三轴压缩试验研究 34
3.3.1 煤样三轴压缩试验结果 34
3.3.2 煤样强度准则及其弹性模量的拟合 36
3.3.3 煤样三轴压缩破坏特征 37
第四章 高瓦斯矿煤样全应力-应变过程渗透试验 39
4.1 概述 39
4.2 煤样渗透特性试验的原理 39
4.2.1 瞬态渗透试验原理 39
4.2.2 煤岩试样的采集加工及实验程序 41
4.3 煤样全应力-应变过程渗透试验结果分析 43
4.3.1 煤样Darcy流渗透试验结果及分析 43
4.3.2 煤样非Darcy流渗透试验结果及分析 49
第五章 高瓦斯矿煤吸附／解吸规律的试验研究 57
5.1 概述 57
5.2 Langmuir吸附常数与温度及表面自由能之间关系 57
5.2.1 煤对瓦斯气体的吸附与解吸 57
5.2.2 气体分子运动动力学分析 59
5.2.3 Langmuir吸附常数a、b与温度及表面自由能的关系 60
5.3 温度对煤体吸附瓦斯性能的影响 62
5.3.1 实验设备 62
5.3.2 煤样的制作及其工业特性 64
5.3.3 瓦斯吸附实验及其等温线 64
5.3.4 温度与吸附常数a、b的关系 65
5.4 粒径大小对煤吸附瓦斯性能的影响 68
5.4.1 不同粒径煤样的吸附等温线 68
5.4.2 煤吸附能、吸附位、比表面积及吸附量之间的关系 70
5.4.3 实验结果的讨论 71
5.5 瓦斯吸附／解吸激振试验 72
5.5.1 瓦斯吸附／解吸激振及测试系统研制 72
5.5.2 改造后设备的吸附常数计算 73
5.5.3 激振荷载对煤解吸瓦斯的影响 74
第六章 含瓦斯煤岩破裂灾变的多尺度预测 78
6.1 概述 78
6.2 煤岩微单元强度模型的建立 78
6.2.1 固体材料损伤和破坏的多尺度耦合问题 78
6.2.2 煤岩的微单元强度模型 79
6.2.3 煤岩的强度分布特征 82
6.3 煤岩的微单元受力模型 84
6.3.1 平均场模型 85
6.3.2 集团分担模型 85
6.3.3 邻近单元加权分担模型 85
6.4 煤岩的宏观破坏概率 91
6.4.1 煤岩跨尺度宏观破坏概率函数 91
6.4.2 煤岩损伤破坏的跨尺度敏感性 94
6.4.3 温度及瓦斯压力对煤岩损伤破坏的影响 97
6.5 煤与瓦斯突出的跨尺度力学条件 102
6.5.1 煤与瓦斯突出的力学条件 102
6.5.2 煤体的强度分布特征 103
6.5.3 煤与瓦斯突出的跨尺度力学条件 105
第七章 煤岩体采掘失稳的突变机理 108
7.1 概述 108
7.2 煤岩体层状结构的产生及其力学模型 108
7.2.1 煤岩体的层状结构 108
7.2.2 煤岩体的力学模型 110
7.2.3 煤岩薄板挠度的重三角级数表示 112
7.3 煤岩薄板稳定性判定的尖点突变模型 113
7.3.1 突变理论的基本概念 113
7.3.2 尖点突变的数学描述 115
7.3.3 煤岩薄板系统的势函数 116
7.3.4 煤岩薄板系统的突变理论模型 118
7.3.5 煤岩薄板系统突变失稳的条件 119
7.4 考虑动态荷载煤岩板系统的燕尾突变模型 121
7.4.1 燕尾突变模型的数学描述 121
7.4.2 煤岩板系统的势函数 122
7.4.3 动荷载对煤岩板稳定性的影响 125
第八章 突变级数法在煤与瓦斯突出危险性预测中的应用 127
8.1 概述 127
8.2 突变级数法的基本思想及其突出预测指标体系的建立 127
8.2.1 突变级数法评价的基本思想 127
8.2.2 煤与瓦斯突出预测的指标体系的建立 130
8.3 突变级数法在矿井煤与瓦斯突出危险性预测中的应用 131
8.3.1 煤与瓦斯突出的样本学习 131
8.3.2 突变级数法评价实例 133
参考文献 135