瓦斯压力对煤与瓦斯突出冲击波传播的影响研究

为研究瓦斯压力对煤与瓦斯突出冲击波传播的影响,自主研制了一套突出煤—瓦斯两相流模拟实验系统,开展了不同瓦斯压力条件下的煤—瓦斯两相流运移规律模拟实验,实现了对突出过程巷道内突出煤—瓦斯两相流运移的可视化监测.实验结果表明:煤与瓦斯突出是一个从突出口开始迅速向煤体内部发展的动力过程,期间瓦斯压力存在多次上下波动;突出过程...     

煤与瓦斯突出冲击动力效应及致灾特征模拟实验系统研制与应用

由于对煤与瓦斯突出激发后致灾特征及其诱导矿井风流灾变机制不清，现场常根据经验布设风门、布置自救系统等设施，尚不能有效地布置安全防护措施和制定科学合理的应急预案。为了准确掌握突出冲击动力效应及致灾特征，基于相似理论，研发了一套考虑突出孔洞周围卸压区煤体瓦斯补给作用的突出模拟实验系统，并基于突出模型和瓦斯渗流理论通过严格计算确定了补气装置的关键参数。该实验系统主要包括：突出孔洞动力系统、突出激发装置、巷道模拟系统和数据采集与控制中心4个模块，能够模拟巷道内突出冲击波形成和传播、突出煤-瓦斯两相流运移及瓦斯逆流等突出动力现象。开展了瓦斯压力为0.8 MPa的突出灾变模拟实验，利用高速摄像机直接观测到突出冲击波形成过程。结果表明：突出发生瞬间，在管道内瞬间形成空气冲击波，后面依次出现的是冲击气流、突出瓦斯气流和煤-瓦斯两相流。且空气冲击波速度>冲击气流速度>突出瓦斯气流速度>突出煤-瓦斯两相流阵面速度，4者最大速度分别为546.5、496.7、112.6、51.5 m/s，并沿管道逐渐衰减。突出过程中高压瓦斯从突出孔洞涌入巷道空间，造成瓦斯逆流现象。突出过程中突出孔洞内瓦斯压...     

煤与瓦斯突出冲击波传播规律的研究

煤与瓦斯突出严重威胁井下安全生产。研究突出后气流流动和冲击作用机制对突出发生后抗灾防护和灾变通风工作有着重要的意义。分析了理想状态下冲击波的传播规律,建立传播模型,并根据突出的能量,推导出超压与传播距离之间的关系方程,从而为实际状态下冲击波传播规律的研究奠定基础。     

煤与瓦斯突出流体多物理参数动态响应试验研究

为进一步认识煤与瓦斯突出后巷道内突出流体的运移传播规律以及突出灾害的防灾减灾机制,以大型物理模拟试验为主,研究了突出流体运动、煤粉堆积、冲击波阵面传播、静压和温度等多物理参数的动态响应特征,建立了突出流体运移模型,并着重分析了突出流体在弧形直角拐弯巷道的运移规律.结果表明:突出煤粉在巷道内堆积呈现出两头多中间少的分布特...     

煤的失稳与瓦斯突出机理的对比分析

分析了煤在高的支承压力下的破坏规律和应力应变特征;分析了瓦斯在煤基多孔介质中的运移条件,并给出了其扩散运移的影响因素和基本方程;分析了瓦斯的运移和煤体破坏的相互影响,指出了煤体所处的极限应力平衡状态和瓦斯的压力梯度增高是发生煤与瓦斯突出的前提条件,给出了系统稳定性判据和能量判据;对比分析了煤与瓦斯突出、冲击地压发生的机理差异,揭示了爆破诱发煤与瓦斯突出的动态响应过程.     

煤与瓦斯突出沿井巷传播规律研究

煤与瓦斯突出整个过程包括空气冲击波的传播、瓦斯的涌出过程、以及瓦斯沿巷道网络的扩散传播。通过对上述过程的研究,摸清煤与瓦斯突出过程沿井巷网络的传播破坏规律,对于我国煤与瓦斯突出灾害的防治都有着积极的作用。     

煤与瓦斯突出矿井通风系统灾害演变仿真研究

为解决矿井煤与瓦斯突出导致瓦斯超限或引发瓦斯爆炸的重大次生灾害问题,建立瞬变流、对流扩散和有源风网方程,研究瓦斯突出在矿井通风系统中的动力影响和瓦斯运移传播过程。通过简单通风管网系统突出动力实验,研究在瓦斯突出源流动力与风机通风共同作用下矿井风流的非稳态运动特征。开发了矿井煤与瓦斯突出仿真软件NC2.0,模拟再现了焦作九里山矿"10·27"煤与瓦斯突出事故,在给定突出源模型(流量变化曲线)下对突出后瓦斯在矿井内非稳态流动及瓦斯分布进行仿真模拟。结果表明,突出后突出瓦斯源压力是导致风流发生变化的主要因素,并以波的形式辐射传播;瓦斯突出源高强度气流改变了矿井系统的风流运动,使回风侧巷道风量产生"过流"现象,同时抑制了进风侧巷道风量,严重时甚至出现逆流的现象。研究可为突出矿井抗灾救护预案制定、降低灾害损失以及防止二次灾害事故发生提供借鉴。     

煤与瓦斯突出的预兆

正在井下采掘过程中,煤与岩石一瞬间被从煤体中抛出,并喷出大量瓦斯,这种现象叫煤与瓦斯突出,简称为"突出"。煤与瓦斯突出事故不仅会造成采掘工作面和通风系统的破坏,同时大量煤与瓦斯以极快的速度喷出,还可能会充塞巷道,造成人员窒息和瓦斯爆炸、燃烧及煤(岩)埋人事故。     

突出过程中煤—瓦斯两相流运移规律的实验研究

为了深入探索煤与瓦斯突出过程中煤—瓦斯在巷道内的运移规律,利用自主研发的煤与瓦斯突出动力效应模拟实验装置,在"H"型巷道布置条件下进行了突出过程煤—瓦斯两相流运移规律的实验研究,结果表明:在气体压力0.35 MPa时共突出煤粉60.453 kg,煤粉主要堆积于主巷内,且呈梯形分布,联络巷与支巷内几乎没有煤粉堆积;沿巷道同一测点的气体压力在极短时间(t1.5 s)内发生多次波动,主巷道内不同测点气体压力峰值基本沿巷道呈衰减趋势。同时,通过实验验证了突出过程冲击波的存在,主巷内冲击波传播速度为368.1~434.2 m/s。     

焦作矿区突出瓦斯量估算方法对比分析

为了得到焦作矿区突出瓦斯量的估算方法,在不同破坏程度、煤样粒度条件下进行突出煤瓦斯解吸试验,研究了各种因素对解吸规律的影响机理;利用经验公式对实验数据进行了拟合分析,得出描述各阶段瓦斯解吸规律的最佳公式,进而得出瓦斯解吸规律的分段函数表达式;将统计所得的数据分类进行回归分析,得出突出煤量与突出瓦斯量的统计规律,从而为研究突出冲击气流逆流规律及由此导致的矿井风流灾变规律提供基础参数。     

煤与瓦斯突出冲击波传播规律实验研究

利用自主设计加工的实验系统,模拟煤与瓦斯突出。以空气动力学基本理论为指导,对突出冲击波在直线和拐弯巷道传播时的实验数据进行分析,得出了突出冲击波在直线和拐弯巷道中的传播规律。     

煤与瓦斯突出事故防治

在井下采掘过程中，常常一瞬间（几分钟甚至几秒钟）从煤体中大量的煤与岩石被抛出，并喷出大量的瓦斯，这种现象叫煤与瓦斯突出，简称突出。原苏联顿巴斯煤田加加林煤矿1969年发生一次煤与瓦斯突出，抛出煤量14200m3，喷出瓦斯量25万m3。发生煤与瓦斯突出事故，不仅采掘工作面和通风系统会遭到破坏，同时大量的煤与瓦斯以极快的速度喷出，还可能会充塞巷道，造成人员窒息和瓦斯爆炸、燃烧及煤（岩）埋人事故。煤与瓦斯突出前，一般都有预兆，没有预兆的突出是极少数。突出预兆可分为有声预兆和无声预兆。有声预兆。煤层在变化过程中发生劈…     

煤与瓦斯突出冲击波的形成与传播规律研究

本文首先对煤与瓦斯突出冲击波的形成过程进行了分析,然后研究了突出冲击波的初始能量.根据冲击波理论与相关资料分析得出突出冲击波属于弱冲击波,并给出了一组计算冲击波参数的常用关系式.突出冲击波传播衰减与冲击波的初始能量、传播距离、巷道摩擦阻力特性等因素有关,最后给出了突出冲击波传播规律的数学关系式.研究结果有助于了解突出后的气流动力演化规律,以及确定突出影响的范围,从而采取有效的措施进行预防控制.     

瓦斯突出作用下煤岩体中冲击波传播规律的研究

通过40余次的煤与瓦斯突出模拟实验,揭示了冲击波的形成原因,据此建立起冲击波在煤岩体中的一维传播模型。根据应力波理论,分析了其主要的传播规律：① 冲击波在煤体界面上传播时,折射进入煤体的冲击波应力值约为入射冲击波的两倍;② 冲击波在单个层状煤体中传播时,冲击波会在单个层状煤体两端自由界面上出现反射,产生巨大拉应力,拉应力又将其撕裂成若干个更薄的层状体;③ 冲击波传播到构造煤和岩石（硬煤）组合介质中分界面上时,在交界面处产生强烈的透射和反射,反射波反向加载,煤体受到强烈压缩作用,当其超过软煤强度时,软煤被压裂破坏。从整个突出过程来说,拉应力对煤体的破坏起到主要作用。     

煤与瓦斯突出地质控制机理探讨

在综合考察国内外煤与瓦斯突出研究基础上,从瓦斯地质角度深入分析构造煤体、高压瓦斯和构造作用等影响突出发生的关键因素,初步提出以瓦斯突出煤体为核心的煤与瓦斯突出地质控制机理。认为地质构造控制着煤层瓦斯的赋存和构造煤分层破坏程度以及厚度分布,控制着煤与瓦斯突出;煤与瓦斯突出动力现象是一定规模的瓦斯突出煤体在临近采掘工作面煤壁时,卸载引起煤体拉张向深部扩展破坏,煤层透气性高倍增加,同时煤体内大量瓦斯因降压而快速解吸,靠近煤壁的煤体内瞬间形成高动能的气、煤颗粒混合体,类似点爆炸药包,造成煤层严重崩塌破坏,发生煤与瓦斯突出。以郑煤集团大平煤矿“10·20”特大型煤与瓦斯突出为基础,进行地质控制煤与瓦斯突出实例分析,结合新疆自治区煤矿瓦斯地质特征揭示了瓦斯突出煤体发育和分布规律。     

宣东矿Ⅲ_3煤层瓦斯涌出地质因素分析

掌握煤层瓦斯涌出规律,可以为矿井通风设计、瓦斯利用与瓦斯灾害防治提供科学依据,研究瓦斯涌出分布规律具有较大实用意义。运用瓦斯地质理论,依据实际瓦斯涌出资料和地质勘探资料,分析影响宣东矿Ⅲ3煤层瓦斯涌出的各种地质因素。研究发现岩浆岩改变了瓦斯的赋存条件,是影响宣东矿Ⅲ3煤层瓦斯涌出的主要地质因素,宣东矿东南部地质条件复杂,瓦斯赋存条件好,瓦斯涌出量大,煤体受岩浆侵入挤压力破坏,形成瓦斯突出煤体,分析认为井田东南部发生煤与瓦斯突出可能性较大。     

瓦斯突出及渗流物理试验研究进展

系统综述了前人研究煤与瓦斯突出的物理试验方法及理论成果,得出突出物理模拟试验分为瓦斯压力破膜突出模拟试验、人工缓慢干扰突出模拟试验、点火爆炸气压突增模拟试验、瞬间卸压突出模拟试验、间接突出试验5种方案;渗流试验由单一影响因素向多影响因素综合分析,并得到各因素影响渗流变化量的规律。认为目前该类试验研究为静态-突出模拟而非动态-突出模拟;没有研究机械振动作用下含瓦斯煤体渗流特性;没有研究突出前后瓦斯渗流规律;未系统分析煤体力学性质、瓦斯解吸吸附、渗流、煤体变形特征与突出破坏特性间的关系,以及机械振动对煤体强度、瓦斯解吸吸附、渗流、突出的影响。     

松树镇煤矿瓦斯地质规律及瓦斯防治措施研究

运用瓦斯地质理论和方法,分析了松树镇煤矿地质因素对煤与瓦斯突出的影响及回采工作面瓦斯涌出特征。结果表明,地质构造和煤层埋深是影响煤层瓦斯赋存主要因素,而煤与瓦斯突出主要受地质构造影响,在地质构造带应力较集中,煤体结构遭到破坏,瓦斯含量及压力增大,容易导致煤与瓦斯突出事故发生;回采工作面瓦斯涌出以采空区瓦斯涌出为主,约占46.62%。在此基础上提出了优化通风系统、完善瓦斯监测预测和加强瓦斯抽采等瓦斯综合防治措施,为松树镇煤矿安全生产提供技术保障。     

突出冲击波对风门和风筒防逆流装置的破坏研究

为了防止煤与瓦斯突出后发生瓦斯逆流,结合流体动力学研究突出冲击波对防突风门和风筒防逆流装置的破坏失效机制.基于理论推导,得到了煤与瓦斯突出条件下的冲击波传播模型,给出作用在风门和风筒防逆流装置处的反射超压.利用突出能量传播模拟系统,模拟井下发生突出事故后冲击波在巷道中的传播,并将试验结果与理论计算和数值模拟结果进行对比.在此基础上利用Fluent对4种不同突出条件下冲击波在巷道内的传播进行模拟研究,并且将风门和风筒防逆流装置处的超压随时间变化数据输入LS-DYNA进行数值模拟.研究结果表明:实际的冲击波衰减比数值模拟和理论计算更加快,试验和模拟误差不大且总的变化规律是一致的,利用数值模拟手段研究冲击波传播规律是可行的;风筒防逆流装置处的冲击波超压峰值大于风门位置的超压峰值,且冲击波超压在第1个波峰出现后震荡下降;由于风筒中反射出的冲击波叠加,风门位置的超压峰值是在第2个波峰出现,突出压力和突出孔径越大,相应的冲击波超压峰值就越大.研究成果对防突风门和防逆流装置设计具有指导意义.     

巷道截面变化对突出冲击波传播的影响

为了分析巷道截面积变化对煤与瓦斯突出冲击波传播的影响,首先利用流体力学、空气动力学理论建立了突出冲击波在变截面巷道中传播的数学模型,理论分析得出了冲击波衰减与截面积变化率之间的变化规律;其次构建了变截面巷道冲击波传播的实验系统,研究了冲击波在变截面巷道中传播规律,实验研究表明突出冲击波由大截面巷道传到小截面巷道时,冲击波超压变大,波阵面的单位能量是增大的;然后建立了冲击波在变截面巷道中传播的数值计算模型,数值计算结果表明冲击波初始超压越大,冲击波衰减越快,且巷道截面积变化率越大,冲击波衰减系数也越大;最后通过对比分析,表明理论分析、实验研究以及数值计算的结果是一致的。