●前言
第1章緒論1
1.1概述1
1.2基於CT掃描的數字岩心技術研究進展及評述3
1.3煤體孔裂隙結構的國內外研究現狀5
1.4煤體滲流的國內外研究現狀7
1.5研究內容和技術路線9
參考文獻11
第2章CT掃描技術的基本原理14
2.1概述14
2.2計算機斷層掃描技術的基本原理15
2.3CT設備部件及功能16
2.4CT掃描的實驗流程17
2.5小結與討論19
參考文獻20
第3章煤體微觀結構的三維重建21
3.1概述21
3.2CT圖像降噪22
3.3圖像閾值分割24
3.4體選取29
3.5煤體結構的三維重建31
3.6小結與討論31
參考文獻33
第4章基於CT重建的煤體孔裂隙結構表征34
4.1概述34
4.2煤體孔裂隙結構的定性分析35
4.2.1基於灰度直方圖的煤體結構分析35
4.2.2煤體三維孔裂隙結構的定性表征37
4.3煤體孔裂隙結構的定量分析38
4.3.1煤體孔裂隙結構的微觀參數分析38
4.3.2孔隙網絡模型的建立42
4.4煤體孔裂隙結構的分形幾何概述44
4.4.1分形幾何的基本概念及定義44
4.4.2分形維數的計算46
4.5孔裂隙結構和滲流參數與分形維數的關繫47
4.5.1孔隙率與分形維數的關繫48
4.5.2連通性與分形維數的關繫53
4.5.3滲透率與分形維數的關繫56
4.6小結與討論59
參考文獻60
第5章煤體微觀結構的瓦斯滲流模擬62
5.1概述62
5.2瓦斯流動速度參數辨析63
5.3瓦斯滲流參數提取64
5.4非達西滲流影響因素的分析68
5.4.1有效孔隙率對非達西滲流的影響68
5.4.2滲透率與非達西繫數對非達西滲流的影響69
5.5煤體非達西繫數經驗公式優選70
5.6小結與討論73
參考文獻74
第6章煤體微觀結構的注水滲流模擬75
6.1概述75
6.2掃描實驗及三維重建76
6.3流固耦合模擬設置77
6.3.1流固耦合模型77
6.3格算法77
6.3.3材料屬性78
6.3.4模擬方案79
6.4注水滲流模擬結果分析79
6.4.1滲流過程分析79
6.4.2初始流速對滲流的影響81
6.4.3壓力梯度對滲流的影響84
6.5小結與討論85
參考文獻86
第7章含人造裂隙的煤體三維重建模型的建立88
7.1概述88
7.2插值算法89
7.3含人造裂隙煤體的三維重建91
7.4含人造裂隙煤模型的建立94
7.5小結與討論100
參考文獻101
第8章人造裂隙-死端孔隙結構的注水滲流特征103
8.1概述103
8.2煤樣的選擇與圖片處理104
8.3基於人造孔隙技術的注水滲流模擬105
8.3.1人造孔隙技術105
8.3.2注水滲流模型106
8.3.3注水滲流模擬方案106
8.4滲流結果與分析108
8.4.1滲流分布特征108
8.4.2死端孔對滲流變化規律的影響110
8.4.3連通孔-裂隙-死端孔隙結構的滲流規律114
8.5小結與討論117
參考文獻118
第9章基於煤體微觀結構的應力-滲流耦合特性120
9.1概述120
9.2煤體應力加載模型的構建121
9.3煤體應力-滲流耦合模型的構建122
9.4載荷作用下煤體結構特征124
9.4.1煤體整體的應力、形變特征124
9.4.2煤體整體結構在不同加載速度、圍壓條件下的能量變化特征126
9.4.3煤體局部孔隙結構的應力特征129
9.4.4煤體局部孔隙、裂隙結構的應變特征134
9.5煤體的注水滲流特征137
9.6煤體結構的應力-滲流耦合特性研究138
9.6.1模型整體的不同形變程度對於滲流的影響139
9.6.2局部孔隙、裂隙結構形變程度對於滲流的影響142
9.7小結與討論145
參考文獻146
第10章煤體微觀結構的流固共軛傳熱和熱變形模擬147
10.1概述147
10.2CT三維重建的傳熱和變形模型148
10.2.1流固共軛傳熱模型148
10.2.2熱載荷作用下的骨架變形模型149
10.3共軛傳熱的模擬結果分析150
10.4煤體骨架熱變形與孔裂隙結構的模擬結果分析154
10.4.1煤體骨架熱變形154
10.4.2煤體孔裂隙結構的熱變形155
10.5不同煤體微觀結構的共軛傳熱和熱變形特征分析157
10.5.1煤體微觀孔裂隙結構的特征分析158
10.5.2溫度作用下煤體不同孔裂隙結構的滲流特性162
10.5.3溫度作用下煤體不同孔裂隙結構的變形特征165
10.6小結與討論168
參考文獻169
第11章煤體溫-壓耦合下微觀結構特性模擬170
11.1概述170
11.2實驗和方法171
11.3煤體變形模型構建172
11.3.1原理介紹173
11.3.2幾何模型構建173
11.3.3溫-壓耦合作用下的煤體變形模型174
11.4溫-壓耦合作用下的煤體結構特征分析175
11.4.1煤體結構的三維重構及分形特征175
11.4.2溫-壓耦合作用下煤體結構的特征177
11.4.3煤體內部微觀孔裂隙結構的變形特征180
11.5小結與討論184
參考文獻184
第12章煤體孔裂隙結構和滲流特性的綜合表征方法186
12.1概述186
12.2CT實驗及核磁共振實驗187
12.3孔裂隙結構的可視化表征189
12.3.1孔裂隙結構的三維重建189
12.3.2飽水狀態下的核磁成像190
12.4煤體結構的定量表征191
12.4.1CT三維重建的孔裂隙結構量化192
12.4.2NMR對孔隙結構參數的表征194
12.4.3孔隙率的綜合表征197
12.4.4孔裂隙的連通性199
12.5基於核磁共振的影響煤體滲流因素的研究203
12.5.1不同注水時間下的滲流特性203
12.5.2注水壓力對滲流特性的影響206
12.6小結與討論208
參考文獻209

本書基於CT三維重建和數值模擬，提供了一種探索微細觀尺度下煤體結構特征及滲流規律的方法。主要內容包括CT三維重建方法、煤體孔裂隙結構的定量表征、瓦斯滲流模擬和注水滲流模擬、人造孔裂隙模型、應力-滲流耦合特性、流固共軛傳熱模擬及熱變形機理、溫-壓耦合條件下的變形特征等。