第1章 绪论 1
1.1煤炭的地位和作用 1
1.1.1煤炭行业在全球经济中的地位 1
1.1.2煤炭在我国国民经济发展中的作用 2
1.2煤矿瓦斯的双重性 4
1.2.1煤矿瓦斯的灾害性 4
1.2.2煤矿瓦斯的资源性 8
1.3煤与甲烷共采理念的提出 9
1.3.1煤矿绿色开采理念 9
1.3.2煤与甲烷共采的概念 10
1.4煤与甲烷共采理论与技术研究现状 11
1.4.1矿井采动覆岩移动及结构演化规律研究现状 11
1.4.2矿井瓦斯抽采基础理论研究现状 16
1.4.3矿井瓦斯抽采技术研究现状 24
1.5煤与甲烷共采学的研究内容和研究方法 27
1.5.1煤与甲烷共采学的研究内容 27
1.5.2煤与甲烷共采学的研究方法 27
1.5.3煤与甲烷共采学研究技术路线 28
第2章 煤层甲烷赋存及渗透特性分析 29
2.1煤层甲烷赋存状态及特点 29
2.1.1煤层甲烷赋存状态 29
2.1.2我国大部分矿区煤层甲烷赋存特点 30
2.2煤体微结构及吸附甲烷特性分析 30
2.2.1煤体微结构特性分析 30
2.2.2煤体孔隙孔容压汞实验分析 34
2.2.3煤体吸附甲烷特性实验分析 37
2.3煤体渗透特性分析 42
2.3.1煤体渗透特性电液伺服渗流试验分析 42
2.3.2煤层渗透特性主控影响因素 48
第3章 采动覆岩裂隙动态演化规律的物理模拟 50
3.1模型的设计及制作 50
3.1.1实验原型条件 50
3.1.2相似常数的确定 51
3.1.3实验材料配比计算 51
3.1.4测试仪表及测点布置 53
3.1.5模型的制作 57
3.2采动覆岩移动规律分析 57
3.2.1采动覆岩关键层的确定 57
3.2.2采动覆岩下沉规律分析 58
3.3采动覆岩应力分布规律分析 60
3.3.1煤层走向分布规律分析 60
3.3.2煤层倾向应力分布规律 66
3.4采动覆岩裂隙动态演化规律 67
3.4.1采动覆岩破断裂隙分布规律 67
3.4.2采动覆岩离层裂隙动态演化规律 69
3.4.3采动覆岩碎胀特征分析 74
第4章 采动覆岩卸压范围及分布形态的数值模拟 76
4.1基于FLAC3D的煤层开采前处理程序的开发 76
4.1.1 FLAC3D软件简介 76
4.1.2程序开发的基本思路 76
4.1.3程序的主界面及功能模块 78
4.2计算模型的建立 87
4.2.1基本假设 87
4.2.2计算模型的建立 88
4.3采动覆岩移动及应力分布规律 89
4.3.1采动覆岩移动破坏规律分析 89
4.3.2采动覆岩应力变化规律分析 99
4.3.3采动覆岩卸压区形态分析 109
第5章 采动覆岩裂隙带动态演化模型及机理研究 116
5.1采动裂隙带空间结构工程简化模型及参数 116
5.1.1采动裂隙椭抛带及其控制方程 116
5.1.2采动裂隙椭抛带的工程简化模型 118
5.2采动裂隙带的主要参数及影响因素 122
5.2.1采动裂隙带的主要参数 122
5.2.2采动裂隙带动态演化的影响因素 125
5.3采动裂隙带动态演化特征及机理 126
5.3.1采动裂隙带动态演化特征 126
5.3.2采动裂隙带动态演化机理 127
第6章 采动裂隙带卸压瓦斯运移规律数值模拟 134
6.1采动裂隙带及其中卸压瓦斯特点 134
6.1.1采动裂隙带的多孔介质性质 134
6.1.2采动裂隙带内瓦斯来源及其流态分析 137
6.2采动裂隙带卸压瓦斯运移数学模型及其解法 139
6.2.1采动裂隙带卸压瓦斯运移数学模型 139
6.2.2采动裂隙带卸压瓦斯运移模型的数值解法 142
6.3采动裂隙带瓦斯运移的FLUENT数值建模 148
6.3.1 FLUENT软件简介 148
6.3.2采场几何模型及网格划分 149
6.3.3模型主要参数的确定 152
6.4采动裂隙带瓦斯运移规律分析 156
6.4.1 U形通风系统瓦斯运移规律数值模拟 156
6.4.2 U＋L形通风系统瓦斯运移规律数值模拟 158
6.4.3 U形通风系统＋高抽巷采场瓦斯运移规律数值模拟 161
6.4.4 U＋L形通风系统＋走向高抽巷瓦斯治理效果数值模拟 167
第7章 煤与甲烷共采工程实践 169
7.1采动裂隙演化与卸压瓦斯储集关系分析 169
7.1.1采动裂隙演化与卸压瓦斯储集过程分析 169
7.1.2卸压瓦斯在采动裂隙带的运移储集特征 171
7.2高抽巷抽采卸压瓦斯工程验证 172
7.2.1工作面概况 172
7.2.2瓦斯抽排系统的布置 173
7.2.3工作面瓦斯涌出影响因素 174
7.2.4工作面煤与甲烷共采效果 177
7.3低抽巷抽采卸压瓦斯工程验证 180
7.3.1工作面概况 180
7.3.2低抽巷抽采瓦斯布置方式 180
7.3.3工作面瓦斯涌出影响因素 183
7.3.4工作面煤与甲烷共采效果 186
第8章 主要结论及研究展望 190
8.1主要结论 190
8.2研究展望 192
参考文献 193