煤层结构异性特征理论及测试研究

　　作者通过参考前人从不同角度对煤体结构异性的描述，开展了煤体结构异性导致的瓦斯渗透、力学性能、瓦斯抽采、煤体爆破等方面的研究。较为详细地描述了煤层层理和割理系统及分类。从煤体反射率、超声、显微硬度、电阻率、CT和电镜扫描、孔隙度和声发射等方面对煤体结构各向异性进行了阐述。基于不同瓦斯压力条件下的原煤吸附—解吸瓦斯变形全过程试验，研究了煤样在3个方向上吸附—解吸瓦斯过程中的变形规律。基于煤体结构各向异性的特点，利用煤岩瓦斯渗流试验系统，在不同瓦斯压力下，对不同变质程度煤样试件的面割理和端割理方向上进行渗透率测试。同时，根据等效驱替原理，建立各向异性煤体渗透率的计算模型，数值计算分析煤体渗流的定向性特征。对不同变质程度煤样，在不同围压下对其进行瓦斯渗流实验，研究瓦斯在煤中的渗流特性；通过建立考虑滑脱效应的煤层瓦斯渗流模型，对煤层瓦斯渗流过程的压力分布进行了数值模拟。

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1 煤储层割理系统特征
1．1 煤层层理构造
1．2 煤层割理
1．3 割理系统在煤层气勘探开发评价中的意义
2 煤体结构异性特征
2．1 反射率各向异性
2．2 超声各向异性
2．3 显微硬度各向异性
2．4 电阻率各向异性
2．5 CT扫面与扫描电镜分析各向异性
2．6 孔隙度各向异性
2．7 声发射各向异性
2．8 本章小结
3 吸附解吸煤体变形各向异性
3．1 吸附变形理论
3．2 吸附一解吸煤体变形试验系统
3．3 吸附变形测试结果与分析
3．4 煤体吸附膨胀效应的工程应用
3．5 本章小结
4 煤层瓦斯各向渗透异性
4．1 TC-Ⅲ型多层叠置气藏联合开发模拟仪
4．2 煤样制备
4．3 实验系统及测试方法
4．4 测试结果及分析
4．5 各向异性煤体渗透率计算模型
4．6 抽采钻孔周围煤体瓦斯渗透率计算与分析
4．7 本章小结
5 煤层瓦斯非达西渗流特性及滑脱效应
5．1 煤层瓦斯非达西渗流特性
5．2 煤层瓦斯渗流过程中压力分布的滑脱效应
5．3 本章小结
6 各向渗透异性煤层瓦斯抽采特征
6．1 煤层瓦斯流动的气一固耦合模型
6．2 煤层瓦斯抽采模型
6．3 煤层瓦斯抽采有效影响半径测试验证
6．4 煤层瓦斯抽采有效抽采区域分析
6．5 钻孔间距及合理布孔计算分析
6．6 本章小结
7 各向异性煤层注氮促抽瓦斯影响半径时效特性
7．1 注气参数对驱替煤层甲烷效果的影响
7．2 煤对各组分气体的吸附规律
7．3 煤层各向异性钻孔注气促抽瓦斯影响半径现场试验
7．4 煤层注气驱替气体流动基本理论
7．5 各向异性煤层注氮促抽瓦斯影响半径数值模拟及分析
7．6 本章小结
8 煤体结构异性力学性能
8．1 实验设备
8．2 试件制作
8．3 抗压强度测试
8．4 抗拉强度测试
8．5 抗压强度与抗拉强度对比分析
8．6 本章小结
9 结构异性煤层抗冲击性能
9．1 分离式霍普金森压杆（SHPB）试验基本理论与技术
9．2 煤样冲击荷载的确定
9．3 变截面SHPB试验装置
9．4 煤岩的选择与煤样制备
9．5 煤样冲击压缩试验结果分析
9．6 本章小结
10 结构异性煤层爆破致裂有效距离研究
10．1 深孔爆破致裂基本理论
10．2 结构异性煤层爆破致裂半径计算分析
10．3 煤层爆破致裂有效距离测试
10．4 煤层爆破孔设计
10．5 本章小结
参考文献