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粉煤瓦斯快速解吸演進機制及在突出發展過程中的作用/安全工程與綠色低碳發展系列叢書

  • 作者：趙偉|責編:賀瑋瑋
  • 出版社：東南大學
  • ISBN：9787576613711
  • 出版日期：2024/05/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：177
人民幣：RMB 58 元      售價：元
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內容大鋼
    隨著煤炭資源開採深度的逐步加深，我國煤與瓦斯突出災害變得日益嚴重。國內外大量突出事故案例表明，突出一般發生在煤質鬆軟破碎的構造帶，且事故現場也會出現粉煤分選的現象。這種高度破碎的煤體其自身孔隙結構遭到破壞，使得瓦斯在煤粒中擴散運移的難度大大降低，從而促使了極速解吸瓦斯流的大量形成。然而目前對於瓦斯快速解吸擴散的認識仍停留在定性的描述上，缺乏定量的描述模型進行精準刻畫。本書力圖運用分子擴散動力學、分形幾何學、岩石力學、滲流力學、地球化學、吸附動力學等理論，採用極限近似法、變數替換法、分離變數法等數學處理方法，構建能反映破碎過程孔隙損傷的菲克擴散模型，揭示粒徑減小對解吸速度提升作用的內在機制，進而明確粉煤極速解吸瓦斯在突出發展過程中的作用和存在必要性。
作者介紹
趙偉|責編:賀瑋瑋
    趙偉，男，山西晉城人，現為中國礦業大學（北京）應急管理與安全工程學院副教授、博士生導師。主要研究方向為氣體在多孔介質中的擴散動力學行為、多孔介質的孔隙表徵方法、煤及頁岩吸附膨脹特性、管道粉體輸運的流態模擬、煤與瓦斯突出機理及防治技術等。2022年和2023年入選全球前2％頂尖科學家年度影響力榜單（斯坦福大學、Elsevier），被評為國際礦山安全科學與工程傑出青年學者、北京市科協青年托舉人才、中國礦業大學（北京）首屆教書育人先鋒。
目錄
1  緒論
  1.1  研究背景及意義
  1.2  國內外研究現狀
    1.2.1  煤粒微觀孔隙結構及損傷機制的研究現狀
    1.2.2  煤粒吸附／解吸特性及其影響因素研究現狀
    1.2.3  煤層瓦斯運移理論與瓦斯擴散模型研究現狀
    1.2.4  煤與瓦斯突出發動及發展機理研究現狀
  1.3  存在的問題
  1.4  主要研究內容及思路
    1.4.1  主要研究內容
    1.4.2  研究思路
2  粉化煤體瓦斯快速解吸的宏觀特性
  2.1  樣品的制取
  2.2  粉化煤體的基本物性參數
    2.2.1  工業分析
    2.2.2  堆積密度
  2.3  粉化程度對煤體瓦斯吸附特性的影響
  2.4  粉化程度對煤體瓦斯解吸特性的影響
  2.5  本章小結
3  粉化程度對煤粒孔隙的損傷機制
  3.1  粉化煤體表面孔隙形態的變化特徵
  3.2  粉化煤體大、中孔分佈及其結構形態特徵
    3.2.1  壓汞實驗
    3.2.2  煤粒損傷對大、中孔孔容分佈的影響
    3.2.3  煤粒損傷對大、中孔比表面積分佈的影響
    3.2.4  煤粒損傷對大、中孔孔隙長度分佈的影響
  3.3  粉化煤體小、微孔分佈及其結構形態特徵
    3.3.1  液氮實驗
    3.3.2  煤粒損傷對小、微孔孔容分佈的影響
    3.3.3  煤粒損傷對小、微孔比表面積分佈的影響
    3.3.4  煤粒損傷對小、微孔平均孔徑及BET比表面積的影響
  3.4  粉化過程中煤粒孔隙損傷的基本路徑
  3.5  本章小結
4  孔隙裂隙空間尺度特徵與瓦斯流動表觀特性的內在聯繫
  4.1  粉煤極速解吸形成機制的解釋
    4.1.1  孔隙擴散控制說
    4.1.2  裂隙滲流控制說
  4.2  孔隙裂隙系統的尺度劃分
    4.2.1  分形維數的意義
    4.2.2  孔隙裂隙界限與分形維數的關係
    4.2.3  基於壓汞實驗分形維數的孔隙裂隙尺度釐定
    4.2.4  基於液氮實驗分形維數的孔隙裂隙尺度釐定
  4.3  解吸雙滲控制模型建立及數值模擬實現
    4.3.1  孔隙裂隙滲透率比值與主控流動的關係
    4.3.2  Comsol數值模擬及實現
    4.3.3  不同主控滲透率情況下解吸曲線形態變化
  4.4  主控流動形式對解吸曲線形狀的影響
    4.4.1  基質擴散方程
    4.4.2  裂隙流動方程
    4.4.3  孔隙裂隙系統瓦斯流動半經驗模型建立

    4.4.4  n的取值與解吸曲線的形狀
  4.5  本章小結
5  時間尺度下菲克擴散係數的衰減機制
  5.1  受限空間中自擴散係數的衰減機制
    5.1.1  平均菲克擴散係數和瞬時菲克擴散係數
    5.1.2  擴散現象的本質與自擴散係數的衰減
  5.2  瓦斯解吸時變菲克擴散係數的獲得
    5.2.1  雙滲模型法
    5.2.2  極限近似法
  5.3  粉煤瓦斯解吸表觀菲克擴散係數衰減規律
    5.3.1  雙滲模型參數是和，2的變化規律
    5.3.2  表觀菲克擴散係數推算結果對比
  5.4  表觀菲克擴散係數與自擴散係數衰減規律的相似性
  5.5  本章小結
6  含孔隙幾何特徵菲克擴散模型的構建
  6.1  類自擴散係數時變規律的菲克擴散係數時變模型構建
  6.2  引入孔隙結構參數的單孔優化模型建立
    6.2.1  模型假設
    6.2.2  引入參數Dt的單孔優化模型解析解
    6.2.3  短時間內單孔優化模型的簡化
  6.3  孔隙結構幾何參數對菲克擴散係數衰減特性及解吸曲線形態的影響
    6.3.1  孔徑因素
    6.3.2  孔長因素
    6.3.3  孔形因素
  6.4  單孔優化模型的擬合結果
    6.4.1  菲克擴散係數衰變曲線的擬合結果
    6.4.2  單孔優化模型對解吸曲線的擬合
  6.5  本章小結
7  粉化煤體快速解吸瓦斯在突出發展過程中的作用
  7.1  突出的基本特徵及能量平衡
    7.1.1  突出的階段劃分及連續發展的必要條件
    7.1.2  突出過程中的能量形式
    7.1.3  解吸瓦斯參與搬運做功的判據
  7.2  煤體搬運終止時刻的臨界瓦斯流速構建
    7.2.1  氣固兩相流的基本流態
    7.2.2  大尺度粉煤輸運堵塞臨界氣速
  7.3  快速解吸瓦斯的來源
    7.3.1  快速解吸瓦斯的最小需求量
    7.3.2  搬運突出煤粉的臨界突出粒徑
  7.4  中梁山突出實驗中搬運突出煤粉的臨界突出粒徑估算
    7.4.1  中梁山突出實驗概況
    7.4.2  中梁山突出搬運煤粉所需解吸速度
    7.4.3  中梁山突出搬運突出煤粉的臨界突出粒徑估算
    7.4.4  突出現場的粒徑分佈資料驗證
  7.5  解吸瓦斯在突出中的作用
  7.6  突出易發區的預測
  7.7  本章小結
8  煤與瓦斯突出氣固兩相栓流輸運的猜想
  8.1  栓流形成的條件
  8.2  突出的物理氣刀

  8.3  突出的氣體壓力
  8.4  突出氣固兩相流的流速與同氣比
    8.4.1  基本假設
    8.4.2  能量守恆法
    8.4.3  質量守恆法
    8.4.4  氣固兩相流的固氣比的計算結果
  8.5  突出炮響產生的原因
  8.6  突出噴出物的分佈特徵
  8.7  突出栓流輸運的數值模擬驗證
  8.8  本章小結
參考文獻

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