●序
前言
章動機、目的與內容1
1.1煤炭生產的安全問題1
1.2煤層瓦斯的開采2
1.3目的3
1.4內容與結構3
參考文獻4
第2章不同地質時期煤的特性5
2.1中國主要含煤地層及瓦斯分布5
2.1.1中國主要含煤地層分布5
2.1.2中國煤層瓦斯分布特征9
2.2早石炭世煤的特性12
2.3石炭紀-二疊紀煤的特性13
2.4晚二疊世煤的特性17
2.5晚三疊世煤的特性20
2.6侏羅紀煤的特性21
2.7白垩紀煤的特性26
2.8古近紀和新近紀煤的特性28
2.9各地質時期煤力學性質的比較30
參考文獻35
第3章液態二氧化碳相變煤層致裂技術41
3.1液態二氧化碳相變煤層致裂技術43
3.2二氧化碳的物理特性43
3.2.1二氧化碳的物理和相變特性43
3.2.2二氧化碳的熱膨脹45
3.2.3高壓氣體的釋放過程46
3.2.4釋放氣體的壓力與速度的關繫47
3.3滾態二氧化碳相變致裂技術的基本原理和技術特征47
3.4液態二氧化碳相變致裂繫統的組成48
3.5液態二氧化碳相變致裂技術裝備的安全性50
3.5.1加熱管的安全性能50
3.5.2儲液管的安全性能50
3.6液態二氧化碳相變致裂技術在煤礦生產中的用途52
3.6.1回采工作面淺孔致裂消突52
3.6.2綜放工作面項煤弱化53
3.6.3構造應力和/或回采應力導致的巷道底鼓控制53
3.6.4快速石門揭煤54
3.6.5煤層致裂強化增透提高瓦斯抽放效率54
3.7液態二氧化碳相變致裂技術的TNT當量與計算55
3.7.1液態二氧化碳相變致裂當量計算的意義55
3.7.2液態二氧化碳相變TNT當量計算方法56
3.7.3液態二氧化碳相變致裂TNT當量的計算結果驗證59
3.7.4液態二氧化碳相變的當量計算方法63
3.8炸藥的爆容與液態二氧化碳膨脹氣體體積的比較63
3.8.1液態二氧化碳的熱膨脹體積64
3.8.2炸藥的爆容64
3.9液態二氧化碳相變煤層致裂機理66
3.9.1高壓氣體聚能切割機理66
3.9.2熟膨脹致裂機理68
3.9.3卸壓增透機理69
3.9.4振動致裂機理70
3.10液態二氧化碳相變煤層致裂技術的優化72
3.10.1優化方法72
3.10.2數值模擬軟件74
3.10.3數值模擬控制方程及流程74
3.10.4流體特征及流動狀態76
3.10.5計算方法選擇77
3.10.6模擬結果及分析77
3.11案例一：液態二氧化碳相變單點煤層致裂技術的應用91
3.11.1平煤集團十三礦的瓦斯狀況及治理措施92
3.11.2液態二氧化碳相變單點煤層致裂強化增透的應用93
3.11.3液態二氧化碳相變致裂技術對煤層瓦斯抽放的短期影響95
3.11.4液態二氧化碳相變致裂技術對煤層瓦斯抽放的長期影響特征96
3.11.5液態二氧化碳相變致裂技術對煤層瓦斯抽放的作用98
3.11.6液態二氧化碳相變煤層致裂的影響半徑102
3.12案例二：液態二氧化碳相變厚煤層多點致裂技術的應用104
3.12.1長平礦的地質構造104
3.12.2長平礦的煤層特征104
3.12.3三號煤層項底板岩層力學特征105
3.12.4長平礦的瓦斯特征106
3.12.5采取瓦斯105
3.12.6礦井瓦斯治理主要方法106
3.12.7液態二氧化碳相變多點煤層致裂強化增透的應用107
3.13本章小結116
參考文獻116
第4章靜態爆破煤層致裂120
4.1靜態爆破技術及發展120
4.1.1靜態破碎劑的基本性能特征120
4.1.2國內外靜態破碎劑的研究與發展122
4.1.3靜態破碎劑存在的問題與發展方向123
4.2靜態破碎劑的水化和膨脹機理124
4.2.1靜態破碎劑的水化124
4.2.2靜態破碎劑的膨脹機理124
4.3靜態破碎劑的破碎機理分析126
4.3.1微裂隙階段126
4.3.2膨脹壓力傳遞階段126
4.3.3致裂破壞階段127
4.4髟響靜態破碎劑膨脹壓力的因素129
4.4.1時問對破碎劑膨脹壓力的影響129
4.4.2溫度對破碎劑膨脹壓力的影響129
4.4.3水灰比對破碎劑膨脹壓力的影響130
4.4.4鑽孔尺寸對破碎劑膨脹壓力的影響130
4.4.5充填密度對破碎劑膨脹壓力的影響131
4.4.6被致裂介質剛度對膨脹壓力的影響131
4.5靜態爆破裂隙擴展過程和特征132
4.5.1脆性岩石的破壞133
4.5.2準靜態裂隙擴展134
4.6靜態爆破技術：一種安全環保的煤層/岩層致裂方法137
4.6.1靜態爆破煤層致裂的可行性137
4.6.2靜態爆破的局限和有待改進的地方139
4.7靜態爆破技術的操作安全及防護141
4.7.1靜態爆破施工的主要危害141
4.7.2降低靜態爆破操作中可能造成的危害141
4.7.3靜態爆破操作事故的急救措施142
4.8本章小結142
參考文獻142
第5章爆破煤層致裂技術144
5.1爆破相關理論144
5.1.1爆炸的定義144
5.1.2炸藥及分類145
5.1.3爆炸的描述與特征148
5.1.4爆破能量及類型150
5.1.5岩石爆破的力學特征151
5.1.6爆破荷載作用下材料的斷裂判據153
5.1.7炸藥爆炸後波的傳播特征156
5.1.8爆破破岩機理163
5.1.9炸藥爆炸對煤炭的損傷特性165
5.2煤體爆破裂隙擴展特征166
5.2.1煤層爆破裂隙擴展特征及影響166
5.2.2煤層裂隙的起裂與擴展167
5.2.3影響裂隙擴展的因素169
5.2.4含瓦斯煤體爆破隙擴展規律170
5.3爆破煤層致裂技術、工藝與案例170
5.3.1滌孔預裂爆破煤層致裂技術171
5.3.2聚能爆破煤層致裂技術179
5.3.3松動爆破煤層致裂技術187
5.3.4卸壓爆破與煤層卸壓致裂、增透技術194
5.3.5本章小結203
參考文獻203
第6章高壓水射流切割煤層致裂技術206
6.1水的基本特性206
6.2關於高壓水射流技術207
6.2.1水射流切割技術的分類207
6.2.2水射流切割工藝的特點208
6.2.3水射流設備的工作原理208
6.3高壓水射流在采礦工業的研究與發展209
6.3.1高壓水射流技術在國外采礦工業的研究與發展209
6.3.2水射流技術在國內采礦工業的研究與發展212
6.4高壓力純水射流煤層鑽割一體技術裝備及理論216
6.4.1高壓水射流鑽割一體裝備組成216
6.4.2純水射流的基本理論220
6.4.3水射流衝擊力與目標岩體表面壓力分布221
6.4.4高壓力純水射流切割破岩機理223
6.4.5水射流切割裂隙作用下煤層卸壓增透機理225
6.5高壓力純水射流旋轉切割的關鍵技術參數及優化227
6.5.1噴嘴直徑對切割的影響試驗研究228
6.5.2壓力對切割的影響試驗研究229
6.6高壓力純水射流噴嘴幾何結構及參數的優化230
6.6.1數值模擬方法230
6.6.2數值模擬軟件Fluent231
6.6.3數值模擬計算流程與控制方程232
6.6.4模擬流體的基本性質和流動狀態233
6.6.5噴嘴幾何結構和幾何參數234
6.6.6噴嘴幾何模型的建立及邊界條件234
6.6.7計算方法選擇236
6.6.8模擬結果及分析236
6.7寨例一：長鑽孔堅硬（本）煤層強化增透提高瓦斯抽放效率243
6.8案例二：軟煤層掘進工作面卸壓增透消突提高掘進效率249
6.8.1水射流人工裂隙對煤層應力的影響250
6.8.2水切割的消突機理257
6.8.3水射流煤層切割消突現場試驗258
6.9高壓水射流切割參數對裂隙閉合和瓦斯抽放的影響262
6.9.1關於煤層人工致裂262
6.9.2裂隙寬度的閉合特征263
6.9.3研究方法和數值模型263
6.9.4模型的校準和驗證266
6.9.5模擬結果與分析267
6.9.6裂隙閉合機理及對瓦斯抽放的影響271
6.10本章小結272
參考文獻273
第7章水力壓裂煤層致裂技術276
7.1水力壓裂技術的發展歷史276
7.1.1水力壓裂技術在油、氣行業的發展歷史276
7.1.2水力壓裂技術在煤炭行業的發展歷史277
7.2水力壓裂設備280
7.2.1國外石油行業水力壓裂設備280
7.2.2國內煤炭行業井下煤層壓裂設備281
7.3煤層水力壓裂的壓裂液和添加劑283
7.3.1煤層水力壓裂的壓裂液283
7.3.2煤層水力壓裂的添加劑284
7.4煤層水力壓裂工藝與參數291
7.4.1水力壓裂的繫統工藝及參數292
7.4.2水力壓裂鑽孔施工工藝和參數294
7.4.3壓裂工藝參數295
7.5水力壓裂理論與機理296
7.5.1煤層水力壓裂機理的發展296
7.5.2水力壓裂裂隙的數學模型296
7.5.3水力壓裂的破壞準則299
7.5.4煤層的裂隙分類300
7.5.5水力壓裂的起裂與擴展301
7.5.6水力壓裂的起裂、擴展和閉合壓力計算303
7.5.7影響水力壓裂效果的因素305
7.6水力壓裂技術與發展方向307
7.6.1水力壓裂技術與工程實踐308
7.6.2媒層水力壓裂技術、裝備和科研的發現方向312
7.7煤層水力壓裂案例319
7.7.1案例一：平煤十礦水力壓裂煤層增透強化瓦斯抽放319
7.7.2案例二：義煤義安煤礦水力壓裂洩壓增透消突321
7.8水力壓裂裂隙的閉合325
7.8.1水力壓裂裂隙的閉合機理簡述325
7.8.2水力壓裂裂隙閉合對煤層瓦斯抽采的影響327
7.9煤層水力壓裂對環境的影響327
7.9.1誘發地震327
7.9.2空氣污染328
7.9.3對水的影響329
7.9.4溫室效應問題332
7.9.5污染與污染物的運移332
7.9.6對煤層項底板的影響332
7.10煤層水力壓裂的風險分析333
7.10.1影響途徑333
7.10.2風險分析333
7.11本章小結335
內容簡介
煤層致裂是煤層瓦斯抽采的一個重要工藝環節，是提高煤層瓦斯抽采效率的重要技術手段。本書從發展歷史、機理理論、工藝技術、應用實例等方面對液態二氧化碳相變、靜態爆破、常規爆破、高壓水射流、水力壓裂和水力衝孔煤層致裂技術進行了詳細的分析和論述。本書采用不同的視野、不同的角度，向讀者展示了當前不同煤層致裂技術的特點、理論、優缺點和適用條件及案例。
