煤与瓦斯突出冲击气流形成及传播规律

为充分认识煤与瓦斯突出冲击气流的形成机理及其传播特征,基于气-固耦合作用下的煤与瓦斯突出物理模拟试验结果,结合气体动力学理论,建立冲击气流的形成及其运移模型,并应用于煤与瓦斯突出冲击气流数值模拟分析.结果 表明:煤层瓦斯压力和应力下降过程中皆存在阶段性平稳或回升现象,说明能量的释放是分阶段完成的;煤层应力的变化主要集中...     

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。     

巷道断面突变对突出冲击波传播的影响

为了研究巷道断面突变对突出冲击波传播的影响和冲击波超压冲量的破坏作用,利用自行搭建的煤与瓦斯突出冲击波传播实验系统,结合三维变截面巷道冲击波传播数值模型的建立,基于实验室实验和数值模拟的方法,研究了不同初始瓦斯压力下突出冲击波在断面突变巷道中的传播规律。结果表明:突出后巷道内压力变化可划分为冲击扰动初始阶段和压力衰减阶段,其中冲击扰动初始阶段冲击波超压峰值大于压力衰减阶段压力峰值,且前者超压冲量小于后者;以初始压力为0.6 MPa为例,计算得出压力衰减阶段超压冲量比冲击扰动初始阶段高52.4%,总冲量随冲击波传播呈先衰减后增大的规律;突出发生后,冲击波超压先随距离发生衰减,当冲击波从断面突变前的大直径巷道传入后方小直径巷道,因壁面反射形成局部高压区,超压强度在截面前0.65 m处增大,出现先衰减后增大的变化规律。     

冲击地压耦合的煤与瓦斯突出防治技术

基于对冲击地压耦合的煤与瓦斯突出发生机理的认识,通过逆向改善发生煤岩瓦斯耦合型动力灾害的材料属性条件、环境应力强度条件、触发动力条件及瓦斯地质条件和开采扰动条件,实现冲击地压耦合的煤与瓦斯突出的防治。     

冲击地压和突出的统一预测及防治技术

对冲击地压、煤与瓦斯突出的形成机理、预测预报方法和工程治理技术等三个方面进行了分析和总结，进一步说明了冲击地压和突出二者的本质统一性，有利于建立适用于工程指导和应用的统一认识和技术路线。     

煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出转化机制

采用理论分析和案例分析等方法对煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出两类灾害在诱导瓦斯异常涌出方面的关系进行研究。通过分析得出冲击地压和煤与瓦斯突出诱发转化机制,为今后判断煤岩动力灾害的类型提供理论依据。     

突出煤样多次冲击作用下的粒度变化特征

实验采用冲击式捣碎法,通过阶梯式增加冲击次数对不同煤样进行多次冲击破碎,再用标准筛分方法对破碎后煤样进行筛分并称重。在大量实验基础上,建立破碎煤粒度分布函数,探讨了煤的破碎功表面学说在多次冲击试验条件下的符合性,总结突出煤样多次冲击作用下的粒度分布规律。结果表明,破碎煤粒度分布函数和实验数据拟合性较好;当冲击次数较小时,煤的破碎功符合表面学说;在多次冲击作用下破碎煤样粒度不会随冲击次数增加而不断减小,而是集中在某一数值范围内,该粒度范围随煤样不同显示出特征性差异。     

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...     

深部开采的突出和冲击耦合致灾机理探讨

鉴于我国煤炭深部开采面临的高瓦斯、高应力、低渗透性的问题,分析了煤与瓦斯突出和冲击地压的特点,探讨了深部开采时突出和冲击的耦合致灾机理及监测防治手段。提出了爆破解危-柔性吸能-强力支护的冲击地压防治体系。     

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。     

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(t<1.5 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。     

煤与瓦斯突出煤层巷道掘进工作面综合防突技术

本文阐述了掘进工作面瓦斯预抽、超前卸压孔、高压注水、震动放炮相结合的综合防突技术,并结合在新景矿芦南二区3#煤层煤巷掘进中的效果检验,阐述应用综合防突技术措施在煤与瓦斯突出煤层巷道掘进中的作用,对煤与瓦斯突出煤层巷道快速掘进具有指导意义。     

煤与瓦斯突出机理研究现状

该文简要回顾了煤与瓦斯突出历史,分析了煤与瓦斯突出的动力现象及特征、我国煤矿生产过程中煤与瓦斯突出的特点;阐明了国内外学者对煤与瓦斯突出研究而提出的各种假说。     

考虑煤弹性能的瓦斯突出冲击波超压计算模型

基于能量守恒理论,通过理论分析推导出了吨煤弹性潜能的近似计算公式,进而根据气体动力学理论得出了煤与瓦斯突出冲击波产生的入射超压和反射超压的定量解析计算方法,算例分析结果表明:计算公式与实测值基本一致。突出冲击波超压解析计算方法考虑了煤岩多参数的综合影响,可以为巷道内设施作用力的计算提供参考。     

掘进巷道瓦斯爆炸冲击波与巷道壁面作用研究

文章建立了瓦斯爆炸冲击波的管道物理模型,利用Euler形式的动量、质量、能量守恒方程和热力学方程从理论上解析了瓦斯爆炸过程中爆炸冲击波与掘进巷道壁面相互作用中正反射和斜反射时波阵面上的各个参数,并给出了计算公式和简化公式。     

底板岩巷水力冲孔防止煤与瓦斯突出的数值模拟

通过建立实体模型,运用FLAC3D软件对水力冲孔进行数值模拟,结果显示水力冲孔使应力峰值向深部转移,并且使煤体得到卸压;通过对不同孔径、不同埋深、不同煤层厚度进行冲孔模拟,并对这些不同条件下的垂直应力及位移分布规律进行了分析总结。     

煤与瓦斯突出危险区域划分研究

根据突出区域预测理论制定了突出危险区域划分指标,它包括瓦斯压力、瓦斯含量、煤的坚固性系数、瓦斯放散初速度、钻屑指标、综合指标D和K、工作面瓦斯涌出量和煤与瓦斯突出点;并结合桃园煤矿具体的指标测定情况对其进行了突出危险区域划分,为下一步突出煤层瓦斯治理提供了依据。     

关于煤与瓦斯突出的数值模拟

根据煤岩体介质变形与瓦斯渗流的基本理论,建立了煤岩破裂过程气固耦合作用的RF-PA2D-GasFlow模型,应用该模型对煤与瓦斯突出进行数值模拟,再现含瓦斯煤岩在瓦斯压力、地应力及煤岩力学性质共同作用下煤岩损伤破裂并诱致突出的全过程,这为进一步深入理解煤与瓦斯突出机理及瓦斯抽放防治突出等提供理论基础和科学依据。