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第一章 绪论1

1.1 研究背景和意义1

1.2 研究现状及发展趋势2

1.2.1 煤岩试验研究2

1.2.2 煤岩动力失稳研究6

1.2.3 非线性科学在煤岩动力失稳中应用的研究9

1.3 本书的主要内容13

第二章 高瓦斯矿煤岩微结构及其分形特征15

2.1 概述15

2.2 煤体中瓦斯的赋存规律及煤样的微结构特征16

2.2.1 煤体中瓦斯的赋存分布及其对煤体力学性质的影响16

2.2.2 含瓦斯煤体微结构特征19

2.3 含瓦斯煤体结构的分形特征23

2.3.1 含瓦斯煤体孔隙裂隙的分型特征23

2.3.2 煤岩体固体骨架介质类型25

2.3.3 含瓦斯煤岩体碎裂后的块度分形特征25

第三章 高瓦斯矿煤样强度和变形特征的试验研究28

3.1 概述28

3.2 煤样单轴压缩试验研究28

3.2.1 单轴压缩实验概况28

3.2.2 煤样单轴压缩试验结果31

3.2.3 煤样单轴压缩破坏特征33

3.3 煤样三轴压缩试验研究34

3.3.1 煤样三轴压缩试验结果34

3.3.2 煤样强度准则及其弹性模量的拟合36

3.3.3 煤样三轴压缩破坏特征37

第四章 高瓦斯矿煤样全应力-应变过程渗透试验39

4.1 概述39

4.2 煤样渗透特性试验的原理39

4.2.1 瞬态渗透试验原理39

4.2.2 煤岩试样的采集加工及实验程序41

4.3 煤样全应力-应变过程渗透试验结果分析43

4.3.1 煤样Darcy流渗透试验结果及分析43

4.3.2 煤样非Darcy流渗透试验结果及分析49

第五章 高瓦斯矿煤吸附／解吸规律的试验研究57

5.1 概述57

5.2 Langmuir吸附常数与温度及表面自由能之间关系57

5.2.1 煤对瓦斯气体的吸附与解吸57

5.2.2 气体分子运动动力学分析59

5.2.3 Langmuir吸附常数a、b与温度及表面自由能的关系60

5.3 温度对煤体吸附瓦斯性能的影响62

5.3.1 实验设备62

5.3.2 煤样的制作及其工业特性64

5.3.3 瓦斯吸附实验及其等温线64

5.3.4 温度与吸附常数a、b的关系65

5.4 粒径大小对煤吸附瓦斯性能的影响68

5.4.1 不同粒径煤样的吸附等温线68

5.4.2 煤吸附能、吸附位、比表面积及吸附量之间的关系70

5.4.3 实验结果的讨论71

5.5 瓦斯吸附／解吸激振试验72

5.5.1 瓦斯吸附／解吸激振及测试系统研制72

5.5.2 改造后设备的吸附常数计算73

5.5.3 激振荷载对煤解吸瓦斯的影响74

第六章 含瓦斯煤岩破裂灾变的多尺度预测78

6.1 概述78

6.2 煤岩微单元强度模型的建立78

6.2.1 固体材料损伤和破坏的多尺度耦合问题78

6.2.2 煤岩的微单元强度模型79

6.2.3 煤岩的强度分布特征82

6.3 煤岩的微单元受力模型84

6.3.1 平均场模型85

6.3.2 集团分担模型85

6.3.3 邻近单元加权分担模型85

6.4 煤岩的宏观破坏概率91

6.4.1 煤岩跨尺度宏观破坏概率函数91

6.4.2 煤岩损伤破坏的跨尺度敏感性94

6.4.3 温度及瓦斯压力对煤岩损伤破坏的影响97

6.5 煤与瓦斯突出的跨尺度力学条件102

6.5.1 煤与瓦斯突出的力学条件102

6.5.2 煤体的强度分布特征103

6.5.3 煤与瓦斯突出的跨尺度力学条件105

第七章 煤岩体采掘失稳的突变机理108

7.1 概述108

7.2 煤岩体层状结构的产生及其力学模型108

7.2.1 煤岩体的层状结构108

7.2.2 煤岩体的力学模型110

7.2.3 煤岩薄板挠度的重三角级数表示112

7.3 煤岩薄板稳定性判定的尖点突变模型113

7.3.1 突变理论的基本概念113

7.3.2 尖点突变的数学描述115

7.3.3 煤岩薄板系统的势函数116

7.3.4 煤岩薄板系统的突变理论模型118

7.3.5 煤岩薄板系统突变失稳的条件119

7.4 考虑动态荷载煤岩板系统的燕尾突变模型121

7.4.1 燕尾突变模型的数学描述121

7.4.2 煤岩板系统的势函数122

7.4.3 动荷载对煤岩板稳定性的影响125

第八章 突变级数法在煤与瓦斯突出危险性预测中的应用127

8.1 概述127

8.2 突变级数法的基本思想及其突出预测指标体系的建立127

8.2.1 突变级数法评价的基本思想127

8.2.2 煤与瓦斯突出预测的指标体系的建立130

8.3 突变级数法在矿井煤与瓦斯突出危险性预测中的应用131

8.3.1 煤与瓦斯突出的样本学习131

8.3.2 突变级数法评价实例133

参考文献135