煤粒瓦斯放散动力学规律和模型大多是基于均质煤粒建立，没有考虑软硬煤在孔隙结构和分子结构方面的差异及其对瓦斯放散规律的影响，工程实践表明，软煤瓦斯含量损失量推算、煤粒瓦斯解吸指标等参数测定偏差较大。本书研究了不同煤阶典型软硬煤分子结构、孔隙结构、初始瓦斯扩散浓度和瓦斯放散动态过程的差异特征，探讨动力变质对煤粒瓦斯放散规律的影响。根据气体在多孔介质运移理论，揭示煤结构对软硬煤粒瓦斯放散的影响机理。引入孔隙结构参数，建立能统一描述软硬煤粒瓦斯放散动态过程的多重孔隙结构动力学物理－数学模型，求解瓦斯放散量与时间关系式，采用数值模拟研究不同煤阶、破坏类型煤粒瓦斯放散规律。为瓦斯灾害预测与防治、煤层气开发奠定理论基础。
样章试读
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前言
第1章 绪论 1
1.1 研究目的和意义 1
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1 煤孔裂隙结构特征及其对煤粒瓦斯放散规律的影响 3
1.2.2 分子结构特征及其对煤粒瓦斯放散规律的影响 7
1.2.3 煤的瓦斯放散规律研究现状 8
1.2.4 煤粒瓦斯放散规律的影响因素研究现状 11
1.2.5 煤粒的瓦斯放散机理研究现状 13
1.2.6 煤粒的瓦斯放散动力学模型 14
1.2.7 瓦斯解吸规律的应用 17
1.2.8 存在问题 19
第2章 华北板块构造软煤分布规律及构造控制作用 20
2.1 构造煤区域分布规律及大地构造控制 21
2.1.1 构造煤区域分布规律 21
2.1.2 构造煤区域分布的大地构造控制 22
2.2 构造煤层域分布规律及含煤建造控制 23
2.2.1 构造煤层域分布规律 23
2.2.2 构造煤层域分布的含煤建造控制 24
第3章 软硬煤孔裂隙结构的差异特征 28
3.1 煤样采集与制备 29
3.1.1 煤样的采集与制作 29
3.1.2 实验煤样的制备 30
3.1.3 煤样的基本参数测定结果 30
3.2 煤的大孔裂隙扫描电镜实验 31
3.3 压汞法分析软硬煤孔隙结构特征 33
3.4 低温液氮吸附法分析软硬煤孔隙结构特征 50
3.5 二氧化碳吸附法测量煤样孔隙结构 59
3.5.1 二氧化碳吸附法原理 59
3.5.2 二氧化碳吸附法可靠性分析 60
3.5.3 二氧化碳吸附法数据分析 60
3.6 小角X 射线散射法测量煤样孔隙结构 63
3.6.1 小角X 射线散射法原理 64
3.6.2 小角X 射线散射实验数据分析 64
3.6.3 小角X 射线散射结果可靠性分析 68
3.7 软硬煤全尺度孔隙结构差异特征 68
3.7.1 不同实验方法可测的合理孔径范围取值 68
3.7.2 软硬煤全尺度孔隙孔容分析 68
3.7.3 软硬煤全尺度孔隙比表面积分析 70
3.7.4 软硬煤全尺度孔隙结构影响瓦斯放散规律的机理分析 71
3.8 软硬煤孔隙结构分形特征 72
3.8.1 分形的定义 72
3.8.2 基于压汞实验的分形维数计算 72
3.8.3 基于低温液氮吸附实验的分形维数计算 74
3.8.4 基于小角X 射线散射实验的分形维数计算 75
3.9 本章小结 76
第4章 煤分子结构特征 78
4.1 X射线衍射实验 79
4.1.1 X射线衍射实验原理 79
4.1.2 XRD图谱处理与参数计算 80
4.2 傅里叶红外光谱 85
4.2.1 傅里叶红外光谱实验原理 85
4.2.2 数据处理 86
4.2.3 傅里叶红外光谱图处理 88
4.3 本章小结 96
第5章 软硬煤瓦斯吸附规律差异性研究 97
5.1 软硬煤瓦斯吸附规律 97
5.2 瓦斯吸附等温线方程 98
5.2.1 吸附模型介绍 98
5.2.2 软硬煤吸附数据处理 100
5.2.3 吸附模型对软硬煤吸附性能的适用性 101
5.3 本章小结 106
第6章 基于分子动力学模拟煤的瓦斯吸附机理 107
6.1 软件介绍 107
6.2 模型构建 108
6.3 吸附模拟 111
6.4 模拟结果与分析 113
6.5 纳米级孔吸附性能模拟研究 117
6.6 本章小结 119
第7章 煤粒瓦斯放散实验系统研制 122
7.1 煤粒瓦斯放散实验系统的设计 122
7.1.1 实验仪器的系统结构 123
7.1.2 实验仪器的功能分析 124
7.2 实验仪器体积的标定 124
7.3 实验系统死空间游离瓦斯体积的测定 125
7.4 不同水分煤样制作 126
7.5 测定数据处理 127
第8章 煤粒瓦斯放散规律实验研究 129
8.1 吸附平衡压力对瓦斯放散规律的影响 129
8.1.1 平衡压力对瓦斯放散量的影响 129
8.1.2 平衡压力对瓦斯放散速度的影响 130
8.1.3 平衡压力对瓦斯放散系数的影响 133
8.2 变质程度对瓦斯放散规律的影响 135
8.2.1 变质程度对瓦斯放散量的影响 135
8.2.2 变质程度对瓦斯放散速度的影响 136
8.2.3 变质程度对瓦斯放散系数的影响 137
8.3 破坏程度对瓦斯放散规律的影响 139
8.3.1 破坏程度对瓦斯放散量的影响 139
8.3.2 破坏程度对瓦斯放散系数的影响 146
8.4 粒度对瓦斯放散规律的影响 147
8.4.1 粒度对瓦斯放散量的影响 147
8.4.2 粒度对瓦斯放散速度的影响 149
8.4.3 粒度对扩散系数的影响 152
8.5 水分对瓦斯放散规律的影响 154
8.5.1 水分对瓦斯放散量的影响 155
8.5.2 水分对瓦斯扩散系数的影响 157
8.5.3 水分对瓦斯放散规律的影响机理 158
8.6 环境温度对瓦斯放散规律的影响 160
8.6.1 理论分析 161
8.6.2 物理模拟实验 162
8.6.3 环境温度对瓦斯放散规律的影响机理 166
8.7 本章小结 168
第9章 煤粒的瓦斯放散机理与模型研究 170
9.1 煤粒的瓦斯放散机理 170
9.1.1 煤粒内瓦斯流动方式探讨 170
9.1.2 扩散模式 171
9.1.3 扩散系数随时间变化的机理 173
9.1.4 软硬煤扩散系数差异特征机理 173
9.2 煤粒瓦斯放散物理-数学模型 174
9.2.1 均质煤粒瓦斯扩散模型 174
9.2.2 均质煤粒存在的问题 179
9.2.3 双孔隙结构煤粒瓦斯扩散模型 179
9.2.4 新模型的建立 181
9.3 新模型通解的讨论与验证 184
9.3.1 通解的讨论 184
9.3.2 通解的实验验证 185
第10章 结论与讨论 187
10.1 结论 187
10.2 讨论 188
参考文献 189
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