本书系统论述煤岩流体的电渗、电泳等电动特性及其在资源开采中应用的理论和方法。本书详细介绍煤岩流体电动作用的工程现状，阐明煤岩类多孔介质及其内部气液流体在电场作用下运移的理论基础—双电层理论，提出煤岩流体电动力学的概念及其理论架构，系统研究采用电动力学强化煤岩粉解堵、尾矿砂脱水固结及煤瓦斯解吸渗流等的规律与效果等。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 煤岩流体电动作用工程现状 1
1.1.1 软土地基/边坡脱水加固领域 1
1.1.2 强化油气采收领域 3
1.1.3 井巷软岩加固领域 4
1.1.4 矿山导流增注领域 5
1.2 煤岩流体电动作用存在的主要问题 6
参考文献 8
第2章 双电层理论 10
2.1 电动现象 10
2.1.1 电泳 11
2.1.2 电渗和流动电位 18
2.1.3 电迁移 22
2.2 电荷来源 26
2.3 双电层模型 27
2.3.1 亥姆霍兹(Helmholtz)平行板电容器模型 27
2.3.2 托伊-查普曼(Gouy-Chapman)扩散双电层模型 29
2.3.3 Stern修正模型 35
2.4 黏土矿物中的双电层理论 40
2.4.1 Casagrande电渗速度方程 40
2.4.2 毛细管电渗流理论 42
2.4.3 电渗流机理 44
2.4.4 电渗流的停止 45
参考文献 46
第3章 煤岩流体电动作用规律 47
3.1 煤岩流体等多相介质的运移特性 47
3.1.1 煤岩中液体的运移特性(电渗特性) 47
3.1.2 煤岩固体颗粒的运移特性(电泳特性) 48
3.1.3 煤岩流体中离子的运移特性(电迁移特性) 49
3.2 煤岩宏观物性变化 49
3.3 煤岩结构变化 50
3.3.1 微晶结构 50
3.3.2 基质结构 50
3.3.3 化学结构 50
3.3.4 孔隙结构 55
3.3.5 裂隙结构 77
参考文献 94
第4章 煤岩流体电动力学理论架构 98
4.1 煤岩流体电动力学的定义与框架 98
4.2 煤岩流体电动力学的主要研究方向 99
4.3 煤岩流体电动力学的关键技术开发 100
参考文献 105
第5章 电动力学对煤层气排采过程中煤粉沉降特性影响规律及其
机理研究 106
5.1 煤粉电泳作用原理分析 107
5.2 煤粉电泳作用试验 109
5.2.1 试验装置 109
5.2.2 试验样品 110
5.2.3 试验方案 110
5.2.4 试验方法及步骤 111
5.2.5 表征方案 111
5.3 结果与分析 112
5.3.1 电位梯度对煤粉沉降质量的影响 112
5.3.2 电位梯度对煤粉沉降速率的影响 115
5.4 表征 117
5.4.1 接触角表征 117
5.4.2 表面基团表征 118
5.4.3 PIV表征 120
5.5 煤粉电泳解堵机理分析 122
参考文献 123
第6章 电动力学对细尾砂脱水固结特性的影响规律及其机理 125
6.1 电渗提高细尾砂脱水固结原理 126
6.2 试验 128
6.3 试验数据结果和分析 131
6.3.1 电位梯度对细尾砂排水量及排水速率的影响 131
6.3.2 电位梯度对细尾砂蒸发量的影响 134
6.4 表征测试 135
6.4.1 直剪强度表征 135
6.4.2 X射线衍射表征 137
6.4.3 SEM表征 139
6.5 机理 140
参考文献 141
第7章 电动力学强化煤瓦斯解吸特性及其机理 143
7.1 煤岩的电动力学作用原理 144
7.2 试验装置组成与性能参数 145
7.2.1 试验装置组成 145
7.2.2 主要性能参数 146
7.3 电动力学强化无烟煤瓦斯解吸试验 146
7.3.1 无烟煤及其电动特性 146
7.3.2 试验方案 147
7.3.3 试验过程与步骤 148
7.4 试验结果及分析 148
7.4.1 瓦斯解吸规律 148
7.4.2 电解液排出量 151
7.4.3 温度变化 152
7.4.4 煤样填充矿物变化 152
7.5 电动力学强化无烟煤瓦斯解吸机理 153
参考文献 155
第8章 电动力学强化煤瓦斯渗流特性及其机理研究 157
8.1 煤岩的电渗特性 158
8.2 煤岩电动-压动三轴渗流试验装置的主要功能与技术参数 159
8.3 煤岩电动-压动三轴渗流试验装置的组成及各部件的关键技术 159
8.4 煤岩电动-压动三轴渗流试验 161
8.4.1 煤样采集与加工 161
8.4.2 试验方案及步骤 161
8.4.3 试验结果及分析 163
参考文献 166
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