序
煤层瓦斯，现称煤层气，是赋存于煤层及其围岩中的以甲烷为主的煤成天然气。据勘查，其储量相当丰富，是我国尚未有效开发利用的一种较洁净能源。同时，它又是煤矿井下开采的致灾因素和造成大气温室效应的强温室气体。因此，1996年初，国务院批准组建中联煤层气有限责任公司，负责煤层气资源的开发，使之成为继煤炭和石油天然气之后的中国战略性“接替能源”并对其寄予莫大希望，指出：首先，开发利用煤层气是我国遵守国际公约，减少大气污染，保护环境的具体体现。其次，开发利用煤层气能改善能源结构，逐步向对环境无害的、可持续发展的模式推进，形成能源新产业，是具有战略意义的重大举措。第三，采煤之前先开采煤层气，可从根本上防治瓦斯事故，改善煤矿的安全生产条件。
本书是以博士论文为主体，集作者多年研究成果写成的一本有关研究煤层气运移方面的专著，主要介绍了煤矿地下开采煤层气运移的数学建模和计算机模拟的理论与方法。作者依据可压缩流体在各向异性非均质孔裂隙双重变形介质中扩散渗流的非稳定流动观点建立的多层系统煤层气越流与煤岩体变形的耦合计算模型，深化了煤层气的渗流理论，提出的计算机模拟方法可实现可视化的工程应用。
全书从预备知识开始，有层次地介绍了煤层气运移理论研究的现状、渗透率的实验研究、煤层气运移的基本规律、单一层煤层气的运移模型、多层系统煤层气越流固气耦合模型、数值计算及其工程应用和展望等。本书的内容较全面而系统，是该领域一本具有可读性的专业书籍，也可供相关专业者阅读。它的出版，对开采煤层气和改善煤矿的安全生产条件无疑是有益的。
中国工程院院士
重庆大学教授
博士生导师
鲜学福
2001年12月24日

第1章 张量数学简介
1．1 指标法
1．1．1 正交坐标系的坐标变换
1．1．2 自由指标与哑指标
1．1．3 指标法的运算
1．1．4 方向余弦

书摘
第2章 地下煤层气运移理论研究进展
从世界能源资源分布而言，煤炭资源的开采及利用仍将长期占主导地位，在我国地下煤层的赋有中以煤层群分布为主，因而煤层群开采在我国采煤工程中占了主导地位。为适应我国国民经济的快速发展，煤炭资源的开采强度和深度也与日俱增。赋存在煤层中的煤层气(瓦斯)既是资源。又是威胁煤矿安全生产的严重灾害源之一。长期以来，安全采煤和有效地开发利用煤层气的研究，一直受到全世界采矿界及其相关学科的高度重视，并为之付出了巨大的努力，但迄今这一问题仍是现代采矿工程技术研究的热点之一。
在地下煤层群开采中，由于采动的影响，导致采场矿山压力重新分布，结果使煤层群之间的岩层(弱透气夹层)产生了通气的微裂纹或微裂隙。在煤层气压力梯度作用下，邻近煤层气会越过弱透气夹层向开采煤层的采场及其采空区渗流并涌出，这样便产生了多煤层的煤层气越流场。本书所讨论的煤层气越流场系指两层及以上的多煤层之间夹有弱透气层，以煤层气气体越流形式发生动力联系的流体动力变化的空间范围。在煤层群开采中，如何应用计算机动态地定量分析和模拟煤层气越流场内的煤层气压力分布及采场煤层气涌出规律等，以发展煤层群开采中的煤层气控制技术，保证其安全生产，这是现代采矿工程及安全技术中迄今尚未解决的重要问题之一。
从煤矿安全技术工程出发，在煤与瓦斯(煤层气)突出的矿井中，开采煤层群时必须首先开采保护层(解放层)。煤矿生产实践表明，开采保护层是预防煤与瓦斯突出的最有效的区域性治理措施之一。我国《煤矿安全规程》规定，凡有保护层开采条件的突出矿井，一般都必须把保护层开采作为主要的区域性防突技术。但是，由于目前人们对多煤层系统煤层气越流理论缺乏深入的认识，虽前人曾对保护层开采技术作出过系统的定性分析，但对保护层开采技术的作用机理认识仍不完善，且尚有许多基础理论问题未获解决，如目前人们还未建立煤层气越流场越流动力模型，导致了无法应用计算机来动态模拟，以确定保护层开采的有效保护空间范围，也难以预测保护层和被保护层内各层煤层气压力的瞬时分布及其变化规律，更难以预测保护层开采中采场煤层气涌出规律，等等。因而，目前只是通过现场考察来经验地划定保护层的有效保护空间范围，既费人力和财力，又费时间，且经验参数还缺乏普遍意义，往往不能迅速满足矿井设计和安全生产的急需。尽管近年来国内外学者已关注到对保护层开采技术的理论认
……