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第1章 绪论1

1.1 煤与瓦斯突出概述1

1.2 煤与瓦斯突出机理的研究现状及发展趋势6

1.2.1 煤与瓦斯突出机理的研究现状6

1.2.2 煤与瓦斯突出机理研究的发展趋势16

第2章 煤与瓦斯突出的统计特征18

2.1 煤与瓦斯突出的总体规律18

2.1.1 突出与开采深度的关系18

2.1.2 突出与地质构造的关系25

2.1.3 突出与煤层厚度的关系41

2.1.4 突出与巷道类型的关系44

2.1.5 突出与作业方式的关系46

2.1.6 突出发生的前兆特征48

2.1.7 突出发生的总体规律49

2.2 煤与瓦斯突出中煤体的抛出特征52

2.2.1 突出孔洞的基本特征53

2.2.2 突出类型与突出强度62

2.2.3 突出煤的堆积及粒度组成63

2.3 突出过程中的瓦斯涌出动态变化特征69

2.3.1 突出后瓦斯涌出的动态监测69

2.3.2 突出后瓦斯浓度的回归分析70

2.4 突出过程中的动力效应特征72

2.4.1 突出动力效应的表现特征分析73

2.4.2 突出过程中的冲击波78

2.5 煤与瓦斯突出发生过程的现场考察79

2.5.1 苏联顿巴斯煤田突出监测资料79

2.5.2 苏联顿巴斯“红十月”矿突出事故85

2.5.3 中梁山煤矿突出事故85

2.5.4 海孜矿突出事故88

2.5.5 突出的实验室物理模拟88

2.5.6 其他突出事故89

2.5.7 突出发生过程的规律总结90

2.6 本章小结90

第3章 突出煤的结构及物理力学特性93

3.1 突出煤层与突出煤的结构特征93

3.1.1 突出煤层的结构特征93

3.1.2 突出煤的结构特征95

3.2 突出煤的微观孔、裂隙结构特征100

3.2.1 煤中的孔隙100

3.2.2 煤中的裂隙105

3.2.3 突出煤的比表面积特征107

3.3 瓦斯在煤体中的赋存特性117

3.3.1 瓦斯在煤体中的赋存状态117

3.3.2 煤体的吸附特性118

3.3.3 突出煤层的瓦斯含量特征123

3.4 突出煤的瓦斯解吸规律143

3.4.1 瓦斯在煤体中的解吸扩散过程144

3.4.2 煤中解吸瓦斯放散的规律144

3.4.3 突出煤层煤样瓦斯解吸的特点154

3.4.4 瓦斯解吸的理论模型及实验验证156

3.4.5 解吸瓦斯在煤与瓦斯突出过程中的作用162

3.5 吸附作用下突出煤的渗流规律163

3.5.1 渗流实验理论164

3.5.2 突出煤体渗透特性实验167

3.5.3 吸附-应力耦合作用影响的瓦斯流动数学模型180

3.6 固-气耦合作用下的煤体力学特性190

3.6.1 煤岩裂隙扩展及破坏的演化规律191

3.6.2 含瓦斯煤的有效应力原理193

3.6.3 含瓦斯煤的本构关系194

3.6.4 准静载条件下瓦斯对煤体力学特性的影响197

3.6.5 准静载作用下的流变剪切破坏201

3.6.6 突然卸载条件下瓦斯对煤的破坏207

3.7 本章小结223

第4章 煤与瓦斯突出的力学演化机制227

4.1 煤与瓦斯突出的演化流程227

4.2 突出孕育阶段围岩的力学状态229

4.2.1 采掘工作面前方的支承压力分布229

4.2.2 工作面前方的应力状态模拟233

4.2.3 工作面前方煤壁的破坏过程分析241

4.3 煤与瓦斯突出激发的失稳机制243

4.3.1 突出激发的失稳模型243

4.3.2 突出激发时煤壁的失稳形式245

4.3.3 突出激发的影响因素247

4.4 煤与瓦斯突出发展阶段煤的破坏机制252

4.4.1 突出发展的力学模型252

4.4.2 突出激发后孔洞壁的应力状态变化252

4.4.3 突然卸载条件下应力波的传播257

4.4.4 孔洞壁的瓦斯压力状态262

4.4.5 突出发展的物理模拟实验265

4.4.6 突出发展阶段层裂的数值模拟269

4.4.7 突出发展阶段煤的层裂破坏机理272

4.4.8 突出发展阶段煤的粉化破坏机理278

4.5 煤与瓦斯突出的暂停、再次激发和终止机制282

4.6 本章小结284

第5章 煤与瓦斯突出发生的力学条件286

5.1 煤与瓦斯突出发生的总条件286

5.2 突出激发的能量条件290

5.2.1 煤体及瓦斯释放的能量291

5.2.2 煤体耗散的能量294

5.2.3 计算结果及分析295

5.3 基于能量分析的突出强度预测299

5.3.1 突出孔洞范围内煤体的弹性势能299

5.3.2 突出影响范围内煤体的瓦斯内能300

5.3.3 周围煤岩体对突出范围内煤岩所做的功302

5.3.4 煤岩体的破碎功302

5.3.5 瓦斯及煤粒混合体的抛出功303

5.3.6 突出强度的预测方法305

5.4 煤与瓦斯突出发生的数值模拟与分析306

5.4.1 水平煤层巷道掘进突出的模拟306

5.4.2 倾斜煤层瓦斯突出的模拟312

5.4.3 材料非均质对突出发生的影响315

5.5 煤与瓦斯突出案例的能量关系分析317

5.5.1 沿沟煤矿“11·8”事故317

5.5.2 化处矿切眼上山突出事故318

5.6 本章小结319

第6章 煤与瓦斯突出过程中的瓦斯涌出规律320

6.1 突出过程中涌出瓦斯的来源321

6.2 突出时抛出煤的瓦斯涌出规律322

6.2.1 抛出煤瓦斯涌出模型的建立322

6.2.2 抛出煤瓦斯涌出速度323

6.2.3 计算结果及分析324

6.3 突出时孔洞壁附近煤体的影响范围326

6.3.1 煤体影响范围的理论分析326

6.3.2 煤体影响范围的静动态有限元分析326

6.4 突出时孔洞壁附近煤体的瓦斯涌出规律330

6.4.1 煤层瓦斯流动的模拟方法330

6.4.2 工程实例331

6.4.3 影响因素分析333

6.4.4 瓦斯涌出速度的近似计算344

6.5 参数拟合及突出实例验证346

6.5.1 现场数据346

6.5.2 参数m的拟合348

6.5.3 突出实例验证350

6.6 突出后巷道内高浓度瓦斯的运移及衰减353

6.6.1 突出后瓦斯的运移及监测353

6.6.2 突出后巷道内高浓度瓦斯的衰减354

6.7 本章小结357

第7章 突出煤和瓦斯的运动规律和动力效应358

7.1 突出孔洞内煤-瓦斯两相流的流动状态358

7.1.1 突出孔洞内煤-瓦斯两相流的数学模型359

7.1.2 突出过程中煤-瓦斯两相流的临界状态362

7.1.3 气-固两相流中的声速365

7.1.4 煤-瓦斯两相流运动状态的数值模拟368

7.1.5 现场实例分析375

7.2 煤与瓦斯突出冲击波的形成机理及其传播规律377

7.2.1 扰动波与冲击波378

7.2.2 空气冲击波基本原理379

7.2.3 煤与瓦斯突出冲击波的主要特征382

7.2.4 煤与瓦斯突出冲击波的形成机理383

7.2.5 突出冲击波在巷道中的传播规律388

7.2.6 石门揭煤突出冲击波形成及传播规律的数值模拟389

7.2.7 煤与瓦斯突出事故分析397

7.3 煤-瓦斯两相流在巷道内的运移规律400

7.3.1 研究思路和方法400

7.3.2 固体颗粒在气流中的悬浮运动方程401

7.3.3 粉煤颗粒群在巷道内的运移数学模型402

7.4 本章小结409

第8章 煤岩瓦斯动力灾害新的分类及鉴别方法411

8.1 煤岩瓦斯动力灾害新的表现特征411

8.1.1 典型煤岩动力灾害的表现形式411

8.1.2 高瓦斯煤层煤岩瓦斯动力灾害新的表现特征413

8.1.3 灾害事故新的表现特征417

8.2 煤岩瓦斯动力灾害的统一能量方程及破坏准则418

8.2.1 煤岩瓦斯动力灾害发生的能量来源分析419

8.2.2 煤岩瓦斯动力灾害发生的统一能量方程421

8.2.3 围岩煤体系统失稳破坏的能量传递过程421

8.2.4 煤岩瓦斯动力灾害发生的能量判据422

8.2.5 不同强度特征煤对灾害发生的影响分析424

8.3 矿井煤岩瓦斯动力灾害新的分类及鉴定方法研究425

8.3.1 基于能量方程的煤岩瓦斯动力灾害新的分类426

8.3.2 煤岩瓦斯动力灾害新分类的鉴定方法429

8.3.3 实验研究430

8.3.4 现场案例分析434

8.4 矿井煤岩瓦斯动力灾害诱发转化机制435

8.4.1 冲击地压与煤岩瓦斯突出的统一理论及诱发转化机制探讨435

8.4.2 冲击地压与煤岩瓦斯突出的诱发转化条件437

8.4.3 采动应力场分布特征及其对动力灾害发生的影响分析438

8.5 本章小结443

第9章 理论研究成果的应用444

9.1 突出机理的量纲分析444

9.1.1 煤岩体的准静态变形破坏444

9.1.2 含瓦斯煤的动态剥离和破碎445

9.1.3 碎煤瓦斯流的运动446

9.1.4 突出模型的相似准则447

9.2 突出力学作用机理对突出过程中现象的解释448

9.2.1 对一些突出激发现象的解释448

9.2.2 对一些突出发展现象的解释453

9.3 预防煤与瓦斯突出技术的发展思路456

9.3.1 预防煤与瓦斯突出的技术体系456

9.3.2 煤与瓦斯突出危险的预测与监测预警458

9.3.3 预防控制煤与瓦斯突出技术措施459

9.3.4 对现行安全法规的改进建议461

参考文献462