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第1章 绪论1

1.1 研究目的和意义1

1.2 国内外研究现状3

1.2.1 煤孔裂隙结构特征及其对煤粒瓦斯放散规律的影响3

1.2.2 分子结构特征及其对煤粒瓦斯放散规律的影响7

1.2.3 煤的瓦斯放散规律研究现状8

1.2.4 煤粒瓦斯放散规律的影响因素研究现状11

1.2.5 煤粒的瓦斯放散机理研究现状13

1.2.6 煤粒的瓦斯放散动力学模型14

1.2.7 瓦斯解吸规律的应用17

1.2.8 存在问题19

第2章 华北板块构造软煤分布规律及构造控制作用20

2.1 构造煤区域分布规律及大地构造控制21

2.1.1 构造煤区域分布规律21

2.1.2 构造煤区域分布的大地构造控制22

2.2 构造煤层域分布规律及含煤建造控制23

2.2.1 构造煤层域分布规律23

2.2.2 构造煤层域分布的含煤建造控制24

第3章 软硬煤孔裂隙结构的差异特征28

3.1 煤样采集与制备29

3.1.1 煤样的采集与制作29

3.1.2 实验煤样的制备30

3.1.3 煤样的基本参数测定结果30

3.2 煤的大孔裂隙扫描电镜实验31

3.3 压汞法分析软硬煤孔隙结构特征33

3.4 低温液氮吸附法分析软硬煤孔隙结构特征50

3.5 二氧化碳吸附法测量煤样孔隙结构59

3.5.1 二氧化碳吸附法原理59

3.5.2 二氧化碳吸附法可靠性分析60

3.5.3 二氧化碳吸附法数据分析60

3.6 小角X射线散射法测量煤样孔隙结构63

3.6.1 小角X射线散射法原理64

3.6.2 小角X射线散射实验数据分析64

3.6.3 小角X射线散射结果可靠性分析68

3.7 软硬煤全尺度孔隙结构差异特征68

3.7.1 不同实验方法可测的合理孔径范围取值68

3.7.2 软硬煤全尺度孔隙孔容分析68

3.7.3 软硬煤全尺度孔隙比表面积分析70

3.7.4 软硬煤全尺度孔隙结构影响瓦斯放散规律的机理分析71

3.8 软硬煤孔隙结构分形特征72

3.8.1 分形的定义72

3.8.2 基于压汞实验的分形维数计算72

3.8.3 基于低温液氮吸附实验的分形维数计算74

3.8.4 基于小角X射线散射实验的分形维数计算75

3.9 本章小结76

第4章 煤分子结构特征78

4.1 X射线衍射实验79

4.1.1 X射线衍射实验原理79

4.1.2 XRD图谱处理与参数计算80

4.2 傅里叶红外光谱85

4.2.1 傅里叶红外光谱实验原理85

4.2.2 数据处理86

4.2.3 傅里叶红外光谱图处理88

4.3 本章小结96

第5章 软硬煤瓦斯吸附规律差异性研究97

5.1 软硬煤瓦斯吸附规律97

5.2 瓦斯吸附等温线方程98

5.2.1 吸附模型介绍98

5.2.2 软硬煤吸附数据处理100

5.2.3 吸附模型对软硬煤吸附性能的适用性101

5.3 本章小结106

第6章 基于分子动力学模拟煤的瓦斯吸附机理107

6.1 软件介绍107

6.2 模型构建108

6.3 吸附模拟111

6.4 模拟结果与分析113

6.5 纳米级孔吸附性能模拟研究117

6.6 本章小结119

第7章 煤粒瓦斯放散实验系统研制122

7.1 煤粒瓦斯放散实验系统的设计122

7.1.1 实验仪器的系统结构123

7.1.2 实验仪器的功能分析124

7.2 实验仪器体积的标定124

7.3 实验系统死空间游离瓦斯体积的测定125

7.4 不同水分煤样制作126

7.5 测定数据处理127

第8章 煤粒瓦斯放散规律实验研究129

8.1 吸附平衡压力对瓦斯放散规律的影响129

8.1.1 平衡压力对瓦斯放散量的影响129

8.1.2 平衡压力对瓦斯放散速度的影响130

8.1.3 平衡压力对瓦斯放散系数的影响133

8.2 变质程度对瓦斯放散规律的影响135

8.2.1 变质程度对瓦斯放散量的影响135

8.2.2 变质程度对瓦斯放散速度的影响136

8.2.3 变质程度对瓦斯放散系数的影响137

8.3 破坏程度对瓦斯放散规律的影响139

8.3.1 破坏程度对瓦斯放散量的影响139

8.3.2 破坏程度对瓦斯放散系数的影响146

8.4 粒度对瓦斯放散规律的影响147

8.4.1 粒度对瓦斯放散量的影响147

8.4.2 粒度对瓦斯放散速度的影响149

8.4.3 粒度对扩散系数的影响152

8.5 水分对瓦斯放散规律的影响154

8.5.1 水分对瓦斯放散量的影响155

8.5.2 水分对瓦斯扩散系数的影响157

8.5.3 水分对瓦斯放散规律的影响机理158

8.6 环境温度对瓦斯放散规律的影响160

8.6.1 理论分析161

8.6.2 物理模拟实验162

8.6.3 环境温度对瓦斯放散规律的影响机理166

8.7 本章小结168

第9章 煤粒的瓦斯放散机理与模型研究170

9.1 煤粒的瓦斯放散机理170

9.1.1 煤粒内瓦斯流动方式探讨170

9.1.2 扩散模式171

9.1.3 扩散系数随时间变化的机理173

9.1.4 软硬煤扩散系数差异特征机理173

9.2 煤粒瓦斯放散物理-数学模型174

9.2.1 均质煤粒瓦斯扩散模型174

9.2.2 均质煤粒存在的问题179

9.2.3 双孔隙结构煤粒瓦斯扩散模型179

9.2.4 新模型的建立181

9.3 新模型通解的讨论与验证184

9.3.1 通解的讨论184

9.3.2 通解的实验验证185

第10章 结论与讨论187

10.1 结论187

10.2 讨论188

参考文献189