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第1章 绪论1

1.1煤炭地下气化现状1

1.1.1煤炭地下气化发展历程1

1.1.2煤炭地下气化通道稳定性4

1.2岩石高温物理力学特性11

1.2.1岩石的高温特性11

1.2.2煤的高温特性16

1.2.3简要评述17

1.3热力耦合理论17

1.4需要研究的内容18

1.4.1实验研究18

1.4.2理论研究19

1.4.3数值模拟与数值试验研究19

第2章 600℃ 20MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机20

2.1概述20

2.1.1主要功能21

2.1.2主要技术参数21

2.2设备的构成22

2.2.1主机加载系统22

2.2.2高温三轴压力室及温控系统24

2.2.3辅机装料系统26

2.2.4测试系统27

2.3设备研制中的关键技术29

2.3.1加热元件29

2.3.2密封与绝缘30

2.4设备的操作程序32

第3章 高温及三轴应力下岩石物理力学特性34

3.1引言34

3.1.1高温及三轴应力下岩石的物理力学性质实验34

3.1.2岩体表征体积单元与大尺寸试样实验35

3.2实验材料与方法39

3.2.1实验试样采集及其制备39

3.2.2实验步骤39

3.2.3三轴实验弹性模量的计算41

3.3高温及三轴应力下岩石物理力学特性42

3.3.1高温及三轴应力下煤岩的变形特征43

3.3.2高温及三轴应力下煤岩的热破裂特征50

3.3.3高温及三轴应力下煤岩的物理力学性质55

3.3.4对煤岩高温特性的讨论64

第4章 煤炭地下气化采场围岩热力耦合理论66

4.1引言66

4.2数学模型的建立67

4.2.1基本假设67

4.2.2岩体温度场控制方程68

4.2.3岩体变形控制方程69

4.2.4岩体热力耦合数学模型69

4.3岩体热力耦合数学模型的数值解法70

4.3.1岩体热传导控制方程的离散70

4.3.2岩体变形控制方程的泛函及其离散75

4.4耦合数学模型的有限元分析77

4.5专用模拟程序的编制81

第5章 煤炭地下气化采场围岩温度场演化规律83

5.1引言83

5.2影响采场围岩温度场分布的因素84

5.2.1技术因素84

5.2.2岩体热物理性质因素85

5.2.3地质因素85

5.3模拟方法85

5.3.1专用模拟程序的编制85

5.3.2模拟模型的建立86

5.3.3煤岩体热物理参数随温度的变化规律87

5.3.4气化采场的移动速率92

5.4煤炭地下气化采场围岩温度场演化规律94

5.4.1温度场的总体分布特征94

5.4.2温度场动态变化规律96

5.4.3燃烧过程的讨论105

第6章 煤炭地下气化采场热矿山压力显现特征106

6.1地下气化通道围岩稳定性问题106

6.2影响气化通道围岩稳定的因素108

6.3数值模拟方法109

6.3.1模拟模型的建立109

6.3.2煤岩体物理力学参数随温度的变化规律110

6.3.3煤岩物理力学参数114

6.4煤炭地下气化采场热矿山压力显现特征115

6.4.1气化采场围岩变形破坏特征115

6.4.2气化采场前方支承压力分布特征123

6.4.3气化采场热矿山压力显现特征的讨论124

第7章 煤炭地下气化采场前方煤体热破裂机理与规律125

7.1引言125

7.2煤体的非均质性与热破裂126

7.2.1煤体结构的非均质性126

7.2.2岩石的热破裂128

7.2.3煤体的热破裂131

7.3非均质岩体热力耦合作用数学模型及其数值解法131

7.3.1基本假设和物理力学基础131

7.3.2三维随机非均质岩体热破裂数学模型132

7.3.3随机非均质岩体热破裂数学模型的数值解法133

7.3.4随机概率分布136

7.4数值试验方法138

7.4.1数值试验模型138

7.4.2数值试验方法139

7.4.3煤和岩石细观单元的赋值140

7.5煤炭地下气化采场前方煤体热破裂机理和规律142

7.5.1煤的热膨胀系数非均匀分布对热破裂的影响142

7.5.2非均匀温度场分布对热破裂的影响153

7.5.3煤体热破裂的讨论162

参考文献165