第1章 绪论
1．1 研究背景
1．2 国内外研究现状
1．2．1 富含瓦斯煤层巷道掘进过程中损伤破坏规律研究现状
1．2．2 富含瓦斯煤层爆破增透过程中损伤破坏演化规律研究现状
1．2．3 富含瓦斯岩层采动过程中损伤破坏演化规律研究现状
1．2．4 煤矿井下示踪气体测试技术研究现状
1．3 研究问题、研究内容及技术路线
1．3．1 研究现状中发现的问题
1．3．2 研究内容及技术路线
第2章 富含瓦斯煤岩损伤破坏及瓦斯运移规律理论分析
2．1 工程扰动下富含瓦斯煤岩损伤破坏机理分析
2．1．1 掘进扰动富含瓦斯煤层损伤破坏机理分析
2．1．2 爆破扰动富含瓦斯煤层损伤破坏机理分析
2．1．3 开采扰动富含瓦斯上覆煤岩层损伤破坏机理分析
2．2 工程扰动下富含瓦斯煤岩瓦斯渗流机理分析
2．2．1 掘进扰动富含瓦斯煤层瓦斯渗流机理分析
2．2．2 开采扰动上覆煤岩层裂隙场瓦斯渗流机理分析
2．3 工程扰动下富含瓦斯煤岩瓦斯涌出规律分析
2．3．1 掘进扰动富含瓦斯煤层瓦斯涌出规律分析
2．3．2 开采扰动富含瓦斯煤岩层瓦斯涌出规律分析
2．4 本章小结
第3章 实验矿区煤岩瓦斯赋存涌出特征及损伤破坏实验研究
3．1 煤层瓦斯赋存特征分析
3．1．1 煤层吸附态瓦斯状态
3．1．2 煤层游离态瓦斯状态
3．2 煤系岩层瓦斯赋存特性实验
3．2．1 煤系岩层孔隙和渗透状态
3．2．2 煤系岩层瓦斯含量和涌出状态
3．3 煤岩微观结构特性实验
3．3．1 煤层微观结构特性
3．3．2 岩层微观结构特性
3．4 工程扰动下富含瓦斯煤岩层损伤破坏实验
3．4．1 掘进扰动富含瓦斯煤层损伤破坏实验
3．4．2 爆破扰动富含瓦斯煤层损伤破坏实验
3．4．3 开采扰动富含瓦斯煤岩层损伤破坏实验
3．5 本章小结
第4章 富含瓦斯煤岩损伤破坏演化规律数值模拟研究
4．1 掘进扰动富含瓦斯煤层损伤破坏演化规律数值模拟研究
4．1．1 掘进扰动富含瓦斯煤层损伤破坏带流固耦合理论基础
4．1．2 掘进扰动富含瓦斯煤层损伤破坏带流固耦合数值模拟
4．2 爆破扰动富含瓦斯煤层损伤破坏演化规律数值模拟研究
4．2．1 爆破扰动富含瓦斯煤层损伤破坏带颗粒离散元理论基础
4．2．2 爆破扰动富含瓦斯煤层损伤破坏带颗粒离散元数值模拟
4．3 开采扰动上覆煤岩层损伤破坏演化规律数值模拟研究
4．3．1 开采扰动实验工作面概况及数值模型构建
4．3．2 开采扰动上覆煤岩层损伤破坏演化规律数值模拟结果分析
4．4 本章小结
第5章 含瓦斯煤岩气体示踪理论及实测技术研究
5．1 含瓦斯煤岩气体示踪流动理论分析
5．1．1 随流迁移
5．1．2 分散作用
5．2 基于腔增强吸收红外光谱技术的示踪气体检测系统研究
5．2．1 腔增强红外光谱定量分析法的原理
5．2．2 腔增强红外光谱定量检测系统设计
5．3 煤矿井下示踪气体法实测工艺研究
5．3．1 掘进扰动富含瓦斯煤层损伤破坏规律实测工艺研究
5．3．2 爆破扰动富含瓦斯煤层损伤破坏规律实测工艺研究
5．4 煤矿井下气-液两相复合法实测工艺研究
5．4．1 煤矿井下气-液两相复合法的基本原理
5．4．2 开采扰动富含瓦斯上覆煤岩层损伤破坏规律实测工艺研究
5．5 本章小结
第6章 富含瓦斯煤岩损伤破坏演化实测技术工业试验
6．1 掘进扰动富含瓦斯煤层损伤破坏演化井下实测试验研究
6．1．1 试验工作面的基本条件
6．1．2 煤矿井下实测掘进扰动富含瓦斯煤层损伤破坏演化试验方案
6．1．3 煤矿井下实测掘进扰动富含瓦斯煤层损伤破坏演化结果分析
6．2 爆破扰动富含瓦斯煤层损伤破坏演化井下实测试验研究
6．2．1 试验工作面的基本条件
6．2．2 煤矿井下实测爆破扰动富含瓦斯煤层损伤破坏演化试验方案
6．2．3 煤矿井下实测爆破扰动富含瓦斯煤层损伤破坏演化结果分析
6．3 开采扰动富含瓦斯上覆煤岩层损伤破坏演化井下实测试验研究
6．3．1 试验工作面的基本条件
6．3．2 煤矿井下实测开采扰动富含瓦斯上覆煤岩层损伤破坏演化试验方案
6．3．3 煤矿井下实测开采扰动富含瓦斯上覆煤岩层损伤破坏演化结果分析
6．4 本章小结
第7章 结论、创新点及研究展望
7．1 结论
7．2 创新点
7．3 研究展望
参考文献
《工程扰动下富含瓦斯煤岩损伤破坏规律及测试方法研究》围绕矿井深部开采富含瓦斯低渗透煤层过程中瓦斯防治的重要基础理论——工程扰动下富含瓦斯煤岩层损伤破坏演化、瓦斯运移及其测试方法这一系统问题展开研究。理论分析掘进、爆破及开采扰动富含瓦斯煤岩损伤破坏演化机理、瓦斯渗流和瓦斯涌出规律；实验研究深部矿井煤系煤层和岩层瓦斯赋存的基本规律和工程扰动下富含瓦斯煤岩层损伤破坏演化规律；结合实验矿井煤层地质条件，数值模拟研究沁水煤田实验煤层在工程扰动下富含瓦斯煤岩层的损伤破坏演化及瓦斯运移规律；研发防爆型超高精度示踪气体定量分析测试系统及建立实测工艺技术体系，并在沁水煤田实验煤层开展井下实测工业试验研究。
《工程扰动下富含瓦斯煤岩损伤破坏规律及测试方法研究》适用于对该领域感兴趣的本科生、开展相关研究的博硕士在读研究生、煤矿安全管理人员、煤矿技术人员、科研人员。
第1章绪 论1．1研究背景自18世纪以来，煤炭一直是人类文明和工业发展的能源基石，煤炭被广泛应用在金属冶炼、发电、化工及民用等诸多领域。我国煤炭资源储量丰富，资料显示远景煤炭资源储量在5万多亿t，其中己探明煤炭资源储量为1．2万多亿t。中国是全球经济总量的发展中国家，高耗能型经济发展模式短期内无法改变，这也使我国长期为全世界的煤炭消费国和生产国，其消费量占所有能源消耗量的’70％左右。始于2012年的全球煤炭行业衰退期，放缓了煤炭行业大面积扩张产能的速度，但从2016年上半年开始煤炭价格重新回暖，我国煤炭开采业由衰退期的“保本经营”过渡到了现在的“限价，产能置换”的可持续性发展-J“J。根据中国煤炭工业协会资料可知，到2030年我国国民经济发展需求煤炭量将在40亿～45亿t，煤炭在未来较长时期内将继续为我国国民经济发展发挥重要作用p‘J。我国煤炭资源分布范围极为广阔。大陆地区除上海以外的省、直辖市及自治区均赋存有煤炭资源。受煤层赋存地质条件的制约，我国煤炭生产总量的90％6_上来自井工煤矿，且随着我国井工煤矿浅部煤炭资源开采殆尽，井工煤矿采掘工程逐步延伸至井田埋藏深部区域，进入深部区域后井工煤矿将面临更为复杂的瓦斯、水、火、粉尘和冲击地压等灾害影响睁…。据统计，2006～2016年我国发生煤矿不同致灾因素的事故类型的数量如表1．1所示【I…。从表1 1中可以看出，瓦斯事故占煤矿事故总数的49％．，其危害程度在煤矿所有灾害中居首位。近年来，我国煤矿灾害事故频发，煤炭价格从2016年第二季度开始逐步~_Yt-，2016年9～12月矿难导致的死亡人数为142人，占2016年全年矿难死亡人数的’73％，而2015年同时期矿难死亡人数为68人，占2015年全年矿难死亡人数的36％。从这组数据可以看出，煤炭市场热度上升与矿难频发有直接关系。煤层原始瓦斯含量与埋藏深度呈线性增大关系。随着采掘活动继续向井田埋藏深部延伸，在深部矿井开采过程中瓦斯涌出量逐渐增大，瓦斯灾害将是持续制约井工煤矿安全生产的主要因素。随着我国国民经济的快速发展，“一带一路”的经济发展构想付诸实践，能源需求量逐年增加，利用清洁能源的理念深入人心。瓦斯(煤层气)作为规天然气得到开发利用符合我国能源战略的发展需求l】“”J。自然资源部关于我国煤层气资源普查结果显示，我国煤层气可采资源储量极为丰富，全国煤层埋藏深度2 000m范围内的煤层气资源总量为36．8×10’2m’，探明可采煤层气资源总量为10．9×：tOlZm3，其中煤层埋藏深度浅于l 000m的煤层气资源达1413×10“m’，煤层埋藏深度在l 000～2 000m范围内的煤层气资源储量达22．5x10“met”“…。随着煤矿开采逐渐进入煤层埋藏深部，远期煤层气可开发资源量将增大。煤层气资源作为我国天然气能源的重要组成部分，国家高度重视并陆续出台扶持政策，促使煤层气开发利用领域得到快速发展。煤层气开发分为地面钻井抽采和煤矿井下抽采，统计数据显示，2005年我国煤层气产量为230亿m’，2015年提高至1 800亿m’，其中2005年煤矿井下瓦斯(煤层气)抽采量为230亿m’，2015年提高至1 360亿m3；而我国井工煤矿瓦斯事故死亡人数从2005年的2 171人降低至2015年的171人【15J。近年来，煤矿瓦斯灾害导致矿难死亡人数递减与我国实行的井工煤矿“先抽后采”的瓦斯防治基本措施密不可分。瓦斯是煤矿井下主要的致灾因素，同时也是重要的清洁能源，只有通过抽采才能实现角色转换。随着我国井工煤矿逐渐向煤层埋藏深部延伸，面临煤层原始瓦斯含量增大和煤层渗透性降低的问题，直接导致井工煤矿采掘活动过程中瓦斯治理难度加大。在煤矿采掘活动过程中，深部煤岩层原始赋存状态被破坏，赋存在煤层或岩体中的瓦斯逐渐涌入采掘空间，中国煤矿按照《矿井瓦斯涌出量预测方法》(AQ 1018—2006)的内容定义和区分了煤矿井下瓦斯来源，将回采工作面瓦斯来源分为开采煤层瓦斯、围岩层瓦斯和邻近煤层瓦斯，在工程扰动下不......
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