●前言
第1章緒論1
1.1我國煤炭生產現狀與趨勢1
1.2礦井災害防治理論2
1.2.1礦井災害概述2
1.2.2礦井瓦斯防治理論3
1.2.3礦井火災防治理論6
1.2.4礦井粉塵防治理論8
1.3礦井災害防治技術9
1.3.1礦井瓦斯防治技術9
1.3.2礦井火災防治技術11
1.3.3礦井粉塵防治技術12
1.4礦井災害多場耦合理論現狀14
參考文獻15
第2章礦井災害種類及形成19
2.1礦井災害的種類19
2.1.1礦井瓦斯19
2.1.2礦井火災25
2.1.3礦井粉塵29
2.2礦井災害的形成33
2.2.1礦井瓦斯33
2.2.2礦井火災37
2.2.3礦井粉塵46
2.3礦井災害的多場耦合特征48
2.3.1礦井災害物理場的跨尺度特征48
2.3.2礦井災害多場耦合的基本理論51
參考文獻54
第3章礦井災害多場耦合理論56
3.1控制方程體繫56
3.1.1煤岩裂隙滲流場控制方程56
3.1.2煤岩巷道流體場控制方程63
3.1.3煤岩應力場控制方程65
3.1.4溫度場控制方程68
3.2礦井災害耦合關繫71
3.2.1瓦斯災害氣-固-熱耦合機理71
3.2.2自燃災害氣-固-熱耦合機理72
3.2.3粉塵災害氣-固耦合機理74
3.3礦井災害判別準則75
3.3.1瓦斯災害判別準則75
3.3.2自燃災害判別準則81
3.3.3粉塵災害判別準則85
參考文獻87
第4章瓦斯災害耦合理論分析與防控技術89
4.1瓦斯災害多物理場特征89
4.1.1地應力場89
4.1.2采動裂隙場90
4.1.3采空區氣體流動場92
4.1.4瓦斯滲流場92
4.1.5瓦斯濃度場93
4.2瓦斯災害耦合計算分析95
4.2.1采動煤岩體卸壓瓦斯多場耦合計算95
4.2.2煤層鑽孔瓦斯抽采多場耦合計算104
4.3煤層瓦斯抽采的安全準則和效率準則121
4.3.1煤層瓦斯抽采安全準則123
4.3.2煤層瓦斯抽采效率準則132
4.4地面采動鑽井高效抽采技術139
4.4.1地面鑽井控制單一煤層卸壓瓦斯流場模式140
4.4.2地面鑽井抽采被保護層卸壓瓦斯消突模式150
4.5固相顆粒密封漏氣裂隙瓦斯抽采技術163
4.5.1抽采鑽孔周邊煤岩裂隙區分布與滲流特性164
4.5.2煤岩裂隙內固相顆粒的堵塞行為179
4.5.3固相顆粒密封漏氣裂隙裝備與技術工藝192
4.5.4固相顆粒密封鑽孔漏氣裂隙工程應用196
4.6脈動氣力壓裂煤層增透技術198
4.6.1脈動氣力壓裂參數對煤體孔隙結構的影響199
4.6.2脈動氣力壓裂煤層增透工業性試驗208
參考文獻221
第5章自燃災害耦合理論分析與防控技術224
5.1自燃災害多物理場特征224
5.2自燃災害耦合計算分析225
5.2.1采空區自燃災害的多場耦合模型225
5.2.2采空區煤自燃多場耦合模型的驗證233
5.2.3采空區自燃與瓦斯共生災害多場耦合計算236
5.3煤自燃與瓦斯耦合致災的判定準則247
5.3.1煤自燃與瓦斯共生致災判定準則247
5.3.2采空區瓦斯抽采流場及安全度演化248
5.4煤自燃災害防控的液氮技術264
5.4.1液氮防滅火概述265
5.4.2跨尺度裂隙場內液氮傳熱傳質特性266
5.4.3液氮防滅火關鍵技術及裝備275
5.4.4復雜煤礦特大瓦斯燃爆事故處置284
5.4.5千萬噸級礦井極易自燃煤層液氮防滅火287
5.4.6煤礦空冷式液氮防滅火、降溫技術及工程應用294
參考文獻303
第6章粉塵災害耦合理論分析與防控技術305
6.1粉塵災害多物理場特征305
6.1.1流場305
6.1.2粉塵濃度場306
6.2粉塵災害耦合計算分析307
6.2.1氣固兩相流建模307
6.2.2巷道粉塵顆粒受力機理308
6.2.3巷道粉塵運移追蹤模型311
6.2.4巷道粉塵運移的多場耦合計算313
6.2.5掘進工作面全粒徑粉塵分布可視化技術318
6.3粉塵災害防控技術330
6.3.1粉塵災害防控常用技術330
6.3.2巷道干式過濾除塵技術334
參考文獻346
第7章礦井災害多物理量監測與預測349
7.1多物理量監測概述349
7.2礦井災害多物理量監測方法351
7.2.1礦井通風監測351
7.2.2礦井瓦斯監測359
7.2.3礦井火災監測365
7.2.4礦井粉塵監測368
7.3礦井災害多物理量監測大數據分析373
7.3.1大數據分析技術特征374
7.3.2大數據分析流程374
7.3.3實例-工作面瓦斯湧出濃度趨勢預測方法375
7.4礦井災害多物理量監測展望383
7.4.1感知方法多樣化384
7.4.2數據分析平臺化385
7.4.3預測預警智能化385
參考文獻386

本書介紹了作者十餘年來在礦井災害多場耦合理論與防控技術方面取得的研究成果。全書共7章，以煤礦通風、瓦斯、火災、粉塵（簡稱一通三防）為研究對像，總結礦井災害防治理論與技術的現狀和進展；梳理礦井災害的種類及其成因；繫統闡述礦井災害的多場耦合控制方程、耦合致災機理和災害判別準則；分析瓦斯災害、自燃災害和粉塵災害的多場耦合基本特征，重點介紹采動煤岩體卸壓瓦斯、煤層鑽孔抽采瓦斯、采空區煤自燃火災、巷道粉塵運移等典型過程的多場耦合建模與計算；精選地面采動鑽井抽采技術、顆粒密封漏氣裂隙瓦斯抽采技術、脈動氣力壓裂煤層增透技術、煤自燃液氮防滅火技術、巷道干式過濾除塵技術等代表性應用成果；最後簡述礦井災害多物理量監測與預測方法，展望未來發展趨勢。