非均質岩體熱力耦合理論與煤炭地下氣化通道穩定性

　　《非均質岩體熱力耦合理論與煤炭地下氣化通道穩定性》的主要內容包括：①自主研製了600℃20MN伺服控制高溫高壓岩體三軸試驗機，該試驗機是國內外唯一可應用於多種研究領域的多功能專用實驗設備。②進行大尺寸煤和砂岩試樣的高溫三軸應力下的變形特性實驗，得到高溫三軸應力下煤和砂岩在變形、破壞和力學參數等方面異於常溫下的一些特性。③基於熱彈性本構模型，考慮岩石物理力學參數的熱效應和非均質特點，建立了煤炭地下氣化的岩體熱力耦合作用非線性數學模型和隨機非均質岩體熱力耦合作用非線性數學模型。④數值模擬研究煤炭地下氣化采場圍岩溫度場分佈和礦山壓力分佈規律。⑤採用數值試驗研究了氣化采場前方煤體的熱破裂現象。

第1章 緒論
1.1 煤炭地下氣化現狀
1.1.1 煤炭地下氣化發展歷程
1.1.2 煤炭地下氣化通道穩定性

1.2 岩石高溫物理力學特性
1.2.1 岩石的高溫特性
1.2.2 煤的高溫特性
1.2.3 簡要評述
1.3 熱力耦合理論

1.4 需要研究的內容
1.4.1 實驗研究
1.4.2 理論研究
1.4.3 數值模擬與數值試驗研究

第2章 600℃20MN伺服控制高溫高壓岩體三軸試驗機
2.1 概述
2.1.1 主要功能
2.1.2 主要技術參數

2.2 設備的構成
2.2.1 主機加載系統
2.2.2 高溫三軸壓力室及溫控系統
2.2.3 輔機裝料系統
2.2.4 測試系統

2.3 設備研製中的關鍵技術
2.3.1 加熱元件
2.3.2 密封與絕緣
2.4 設備的操作程序

第3章 高溫及三軸應力下岩石物理力學特性
3.1 引言
3.1.1 高溫及三軸應力下岩石的物理力學性質實驗
3.1.2 岩體表徵體積單元與大尺寸試樣實驗

3.2 實驗材料與方法
3.2.1 實驗試樣採集及其製備
3.2.2 實驗步驟
3.2.3 三軸實驗彈性模量的計算

3.3 高溫及三軸應力下岩石物理力學特性
3.3.1 高溫及三軸應力下煤岩的變形特徵
3.3.2 高溫及三軸應力下煤岩的熱破裂特徵
3.3.3 高溫及三軸應力下煤岩的物理力學性質
3.3.4 對煤岩高溫特性的討論

第4章 煤炭地下氣化采場圍岩熱力耦合理論
4.1 引言
4.2 數學模型的建立
4.2.1 基本假設
4.2.2 岩體溫度場控制方程
4.2.3 岩體變形控制方程
4.2.4 岩體熱力耦合數學模型

4.3 岩體熱力耦合數學模型的數值解法
4.3.1 岩體熱傳導控制方程的離散
4.3.2 岩體變形控制方程的泛函及其離散
4.4 耦合數學模型的有限元分析
4.5 專用模擬程序的編制

第5章 煤炭地下氣化采場圍岩溫度場演化規律
5.1 引言
5.2 影響采場圍岩溫度場分佈的因素
5.2.1 技術因素
5.2.2 岩體熱物理性質因素
5.2.3 地質因素

5.3 模擬方法
5.3.1 專用模擬程序的編制
5.3.2 模擬模型的建立
5.3.3 煤岩體熱物理參數隨溫度的變化規律

5.3.4 氣化采場的移動速率
5.4 煤炭地下氣化采場圍岩溫度場演化規律
5.4.1 溫度場的總體分佈特徵
5.4.2 溫度場動態變化規律
5.4.3 燃燒過程的討論

第6章 煤炭地下氣化采場熱礦山壓力顯現特徵
6.1 地下氣化通道圍岩穩定性問題
6.2 影響氣化通道圍岩穩定的因素
6.3 數值模擬方法
6.3.1 模擬模型的建立
6.3.2 煤岩體物理力學參數隨溫度的變化規律
6.3.3 煤岩物理力學參數

6.4 煤炭地下氣化采場熱礦山壓力顯現特徵
6.4.1 氣化采場圍岩變形破壞特徵
6.4.2 氣化采場前方支承壓力分佈特徵
6.4.3 氣化采場熱礦山壓力顯現特徵的討論

第7章 煤炭地下氣化采場前方煤體熱破裂機理與規律
7.1 引言
7.2 煤體的非均質性與熱破裂
7.2.1 煤體結構的非均質性
7.2.2 岩石的熱破裂
7.2.3 煤體的熱破裂

7.3 非均質岩體熱力耦合作用數學模型及其數值解法
7.3.1 基本假設和物理力學基礎
7.3.2 三維隨機非均質岩體熱破裂數學模型
7.3.3 隨機非均質岩體熱破裂數學模型的數值解法
7.3.4 隨機概率分佈

7.4 數值試驗方法
7.4.1 數值試驗模型
7.4.2 數值試驗方法
7.4.3 煤和岩石細觀單元的賦值

7.5 煤炭地下氣化采場前方煤體熱破裂機理和規律
7.5.1 煤的熱膨脹係數非均勻分佈對熱破裂的影響
7.5.2 非均勻溫度場分佈對熱破裂的影響
7.5.3 煤體熱破裂的討論
參考文獻