本书主要围绕煤矿瓦斯防治基础、煤矿瓦斯的灾害特征及煤矿瓦斯抽采和利用等知识展开介绍，包括煤矿瓦斯的基础知识、煤中瓦斯的赋存特征、煤基质瓦斯的扩散、煤裂隙瓦斯的渗流、含瓦斯煤的力学性能、煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸、煤矿瓦斯抽采和煤矿瓦斯利用等。
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总序
前言
第1章 煤矿瓦斯的基础知识 1
1.1 煤矿瓦斯的概念及防治的重要意义 1
1.1.1 煤矿瓦斯的概念 1
1.1.2 煤矿瓦斯防治的重要意义 2
1.2 我国煤矿瓦斯防治工作方针、理念与工作体系 3
1.2.1 我国煤矿瓦斯防治工作方针 3
1.2.2 我国煤矿瓦斯防治理念 3
1.2.3 我国煤矿瓦斯防治的工作体系 5
参考文献 7
第2章 煤中瓦斯的赋存特征 8
2.1 煤层瓦斯生成与赋存 8
2.1.1 煤层瓦斯生成的阶段 8
2.1.2 瓦斯在煤中的赋存状态 11
2.2 煤中瓦斯吸附性能 11
2.2.1 煤中孔隙的基本特征 11
2.2.2 煤中孔隙的分析测定方法 14
2.2.3 煤的吸附等温线 15
2.2.4 煤层瓦斯吸附解吸迟滞规律 16
2.2.5 煤的极限吸附瓦斯量的影响因素与量化 16
2.3 煤层瓦斯压力 18
2.3.1 煤层瓦斯压力的概念 18
2.3.2 煤层瓦斯压力的分布规律 19
2.3.3 煤层瓦斯压力测定方法 19
2.3.4 煤层瓦斯压力预测方法——安全线法 24
2.4 煤层瓦斯含量 25
2.4.1 煤层瓦斯含量的概念 25
2.4.2 煤层瓦斯含量的分布规律 27
2.4.3 煤层瓦斯含量测定方法 28
参考文献 32
第3章 煤基质瓦斯的扩散 34
3.1 扩散的基本定义 34
3.1.1 浓度定义 34
3.1.2 化学势定义 36
3.1.3 浓度定义和化学势定义的联系 36
3.2 扩散系数的分类 37
3.2.1 空间尺度分类 37
3.2.2 内在驱动力分类 39
3.2.3 边界效应分类 42
3.3 扩散模型 43
3.3.1 恒定扩散系数 43
3.3.2 时变扩散系数 49
3.3.3 分形扩散系数 52
3.4 扩散系数的测定 56
3.4.1 吸附压降法 59
3.4.2 解吸体积法 59
3.4.3 吸附质量法 59
3.5 扩散系数的影响因素 60
3.5.1 瓦斯压力和含量 60
3.5.2 温度 60
3.5.3 水分 61
3.5.4 其他因素 62
3.6 粒煤瓦斯解吸动力学过程 62
3.6.1 粒煤瓦斯解吸动力学过程与扩散动力学过程的关系 62
3.6.2 粒煤瓦斯解吸动力学模型 63
参考文献 67
第4章 煤裂隙瓦斯的渗流 71
4.1 渗透率基本概念 71
4.1.1 渗透率 71
4.1.2 透气性系数 72
4.2 煤的渗透特性测试方法 72
4.2.1 瞬态法 72
4.2.2 稳态法 73
4.2.3 现场测试方法(透气性系数) 75
4.3 有效应力与吸附变形对渗透率的影响 77
4.3.1 煤的吸附变形 77
4.3.2 有效应力对渗透率的影响 79
4.3.3 吸附变形对渗透率的影响 79
4.3.4 有效应力与吸附膨胀变形的竞争作用 80
4.4 煤层瓦斯渗透的各向异性 84
参考文献 86
第5章 含瓦斯煤的力学性能 89
5.1 应力与应变的基本概念 89
5.1.1 应力状态 89
5.1.2 应变状态 95
5.1.3 有效应力 99
5.1.4 强度准则 100
5.2 含瓦斯煤的力学特征的测试方法 103
5.2.1 实验仪器 103
5.2.2 实验方案和煤体试样 104
5.3 煤的力学实验 106
5.3.1 单轴加载试验 106
5.3.2 三轴加载实验 108
5.3.3 煤体应力应变关系及宏观破坏特征 109
5.4 瓦斯对煤体强度劣化的作用 120
5.4.1 煤的强度参数和变形参数 120
5.4.2 瓦斯对煤体强度特性的影响 123
5.4.3 瓦斯对煤体变形特性的影响 126
5.5 含瓦斯煤的破坏机理及强度理论 129
5.5.1 Martin裂隙应变模型 130
5.5.2 煤体损伤扩容渐进破坏机制 131
5.5.3 煤体损伤扩容屈服准则 133
参考文献 134
第6章 煤与瓦斯突出 137
6.1 煤与瓦斯突出机理及动力过程 137
6.1.1 煤与瓦斯突出的定义、分类及特征 137
6.1.2 突出发展阶段及特点 139
6.1.3 煤与瓦斯突出机理假说 140
6.2 煤与瓦斯突出的孕育 142
6.2.1 构造煤的形成 142
6.2.2 低渗带的形成 143
6.2.3 突出能量的孕育 145
6.3 煤与瓦斯突出的持续发展 146
6.3.1 突出气固两相流的形成 146
6.3.2 突出固气两相流的流态特征 147
6.3.3 突出固气两相流的冲击波传播特征 148
6.3.4 突出固气两相流煤粉的分选性 148
6.4 煤与瓦斯突出预警及防治 150
6.4.1 煤与瓦斯突出预警 150
6.4.2 煤与瓦斯突出防治 156
6.5 突出后灾变通风的控制 165
6.5.1 突出灾害对通风系统的影响 166
6.5.2 突出后灾变通风控制 167
6.6 深部煤岩瓦斯复合动力灾害 168
6.6.1 煤岩瓦斯复合动力灾害的特点 168
6.6.2 煤岩瓦斯复合动力灾害的防治方法 171
参考文献 173
第7章 瓦斯爆炸 175
7.1 瓦斯爆炸机理 175
7.1.1 瓦斯爆炸的基本概念 175
7.1.2 链式反应与链载体 176
7.1.3 链式反应过程构成 176
7.1.4 较低温度下甲烷氧化链式反应的基元反应方程组 178
7.1.5 较高温度下甲烷氧化链式反应的基元反应方程组 179
7.1.6 反应速率常数Kf与反应速率W 180
7.1.7 增倍因子 181
7.2 瓦斯与煤自燃复合热动力灾害 181
7.2.1 复合热动力灾害的主要特征 181
7.2.2 复合热动力灾害多场演化特性 183
7.2.3 复合热动力灾害监测预警 184
参考文献 185
第8章 煤矿瓦斯抽采 187
8.1 国内外瓦斯抽采概况 187
8.1.1 生产矿井 187
8.1.2 废弃矿井 188
8.2 瓦斯场的空间分布特征 190
8.2.1 垂向分布 190
8.2.2 横向分布 192
8.3 瓦斯场的时间演化特征 197
8.3.1 煤矿瓦斯跨尺度运移规律 197
8.3.2 渗透主控期的瓦斯涌出特征 198
8.3.3 扩散主控期的瓦斯涌出特征 201
8.4 瓦斯的基本抽采方法 202
8.4.1 抽采方法的分类 202
8.4.2 矿井采前抽采瓦斯方法 203
8.4.3 矿井采中瓦斯抽采方法 217
8.4.4 矿井采后抽采瓦斯方法 223
8.4.5 瓦斯扩容增渗抽采方法 224
8.4.6 瓦斯智能抽采技术 236
参考文献 240
第9章 煤矿瓦斯利用 244
9.1 我国煤矿瓦斯利用的发展概况 244
9.2 煤矿瓦斯利用途径 245
9.2.1 瓦斯作为能源利用 245
9.2.2 瓦斯作为化工原料利用 247
9.3 煤矿瓦斯全浓度利用技术 248
9.3.1 高浓度瓦斯利用技术 248
9.3.2 低浓度瓦斯利用技术 248
9.3.3 超低浓度瓦斯利用技术 248
9.3.4 近零浓度瓦斯利用技术 249
参考文献 251
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