本书介绍了作者十余年来在矿井灾害多场耦合理论与防控技术方面取得的研究成果。全书共7章，以煤矿通风、瓦斯、火灾、粉尘（简称一通三防）为研究对象，总结矿井灾害防治理论与技术的现状和进展；梳理矿井灾害的种类及其成因；系统阐述矿井灾害的多场耦合控制方程、耦合致灾机理和灾害判别准则；分析瓦斯灾害、自燃灾害和粉尘灾害的多场耦合基本特征，重点介绍采动煤岩体卸压瓦斯、煤层钻孔抽采瓦斯、采空区煤自燃火灾、巷道粉尘运移等典型过程的多场耦合建模与计算；精选地面采动钻井抽采技术、颗粒密封漏气裂隙瓦斯抽采技术、脉动气力压裂煤层增透技术、煤自燃液氮防灭火技术、巷道干式过滤除尘技术等代表性应用成果；最后简述矿井灾害多物理量监测与预测方法，展望未来发展趋势。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 我国煤炭生产现状与趋势 1
1.2 矿井灾害防治理论 2
1.2.1 矿井灾害概述 2
1.2.2 矿井瓦斯防治理论 3
1.2.3 矿井火灾防治理论 6
1.2.4 矿井粉尘防治理论 8
1.3 矿井灾害防治技术 9
1.3.1 矿井瓦斯防治技术 9
1.3.2 矿井火灾防治技术 11
1.3.3 矿井粉尘防治技术 12
1.4 矿井灾害多场耦合理论现状 14
参考文献 15
第2章 矿井灾害种类及形成 19
2.1 矿井灾害的种类19
2.1.1 矿井瓦斯 19
2.1.2 矿井火灾 25
2.1.3 矿井粉尘 29
2.2 矿井灾害的形成 33
2.2.1 矿井瓦斯 33
2.2.2 矿井火灾 37
2.2.3 矿井粉尘 46
2.3 矿井灾害的多场耦合特征 48
2.3.1 矿井灾害物理场的跨尺度特征 48
2.3.2 矿井灾害多场耦合的基本理论 51
参考文献 54
第3章 矿井灾害多场耦合理论 56
3.1 控制方程体系 56
3.1.1 煤岩裂隙渗流场控制方程 56
3.1.2 煤岩巷道流体场控制方程 63
3.1.3 煤岩应力场控制方程 65
3.1.4 温度场控制方程 68
3.2 矿井灾害耦合关系 71
3.2.1 瓦斯灾害气-固-热耦合机理 71
3.2.2 自燃灾害气-固-热耦合机理 72
3.2.3 粉尘灾害气-固耦合机理 74
3.3 矿井灾害判别准则 75
3.3.1 瓦斯灾害判别准则 75
3.3.2 自燃灾害判别准则 81
3.3.3 粉尘灾害判别准则 85
参考文献 87
第4章 瓦斯灾害耦合理论分析与防控技术 89
4.1 瓦斯灾害多物理场特征 89
4.1.1 地应力场 89
4.1.2 采动裂隙场 90
4.1.3 采空区气体流动场 92
4.1.4 瓦斯渗流场 92
4.1.5 瓦斯浓度场 93
4.2 瓦斯灾害耦合计算分析 95
4.2.1 采动煤岩体卸压瓦斯多场耦合计算 95
4.2.2 煤层钻孔瓦斯抽采多场耦合计算 104
4.3 煤层瓦斯抽采的安全准则和效率准则 121
4.3.1 煤层瓦斯抽采安全准则 123
4.3.2 煤层瓦斯抽采效率准则 132
4.4 地面采动钻井高效抽采技术 139
4.4.1 地面钻井控制单一煤层卸压瓦斯流场模式 140
4.4.2 地面钻井抽采被保护层卸压瓦斯消突模式 150
4.5 固相颗粒密封漏气裂隙瓦斯抽采技术 163
4.5.1 抽采钻孔周边煤岩裂隙区分布与渗流特性 164
4.5.2 煤岩裂隙内固相颗粒的堵塞行为 179
4.5.3 固相颗粒密封漏气裂隙装备与技术工艺 192
4.5.4 固相颗粒密封钻孔漏气裂隙工程应用 196
4.6 脉动气力压裂煤层增透技术 198
4.6.1 脉动气力压裂参数对煤体孔隙结构的影响 199
4.6.2 脉动气力压裂煤层增透工业性试验 208
参考文献 221
第5章 自燃灾害耦合理论分析与防控技术224
5.1 自燃灾害多物理场特征 224
5.2 自燃灾害耦合计算分析 225
5.2.1 采空区自燃灾害的多场耦合模型 225
5.2.2 采空区煤自燃多场耦合模型的验证 233
5.2.3 采空区自燃与瓦斯共生灾害多场耦合计算 236
5.3 煤自燃与瓦斯耦合致灾的判定准则 247
5.3.1 煤自燃与瓦斯共生致灾判定准则 247
5.3.2 采空区瓦斯抽采流场及安全度演化 248
5.4 煤自燃灾害防控的液氮技术 264
5.4.1 液氮防灭火概述 265
5.4.2 跨尺度裂隙场内液氮传热传质特性 266
5.4.3 液氮防灭火关键技术及装备 275
5.4.4 复杂煤矿特大瓦斯燃爆事故处置 284
5.4.5 千万吨级矿井极易自燃煤层液氮防灭火 287
5.4.6 煤矿空冷式液氮防灭火、降温技术及工程应用 294
参考文献 303
第6章 粉尘灾害耦合理论分析与防控技术 305
6.1 粉尘灾害多物理场特征 305
6.1.1 流场 305
6.1.2 粉尘浓度场 306
6.2 粉尘灾害耦合计算分析 307
6.2.1 气固两相流建模 307
6.2.2 巷道粉尘颗粒受力机理 308
6.2.3 巷道粉尘运移追踪模型 311
6.2.4 巷道粉尘运移的多场耦合计算 313
6.2.5 掘进工作面全粒径粉尘分布可视化技术 318
6.3 粉尘灾害防控技术330
6.3.1 粉尘灾害防控常用技术 330
6.3.2 巷道干式过滤除尘技术 334
参考文献 346
第7章 矿井灾害多物理量监测与预测 349
7.1 多物理量监测概述 349
7.2 矿井灾害多物理量监测方法 351
7.2.1 矿井通风监测 351
7.2.2 矿井瓦斯监测 359
7.2.3 矿井火灾监测 365
7.2.4 矿井粉尘监测 368
7.3 矿井灾害多物理量监测大数据分析 373
7.3.1 大数据分析技术特征 374
7.3.2 大数据分析流程 374
7.3.3 实例-工作面瓦斯涌出浓度趋势预测方法 375
7.4 矿井灾害多物理量监测展望 383
7.4.1 感知方法多样化 384
7.4.2 数据分析平台化 385
7.4.3 预测预警智能化 385
参考文献 386
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