煤与瓦斯突出冲击波阵面传播规律的研究

通过空气动力学理论建立了突出冲击波超压传播的数学模型，得出超压与煤层瓦斯压力存在非线性关系、与突出强度存在线性关系等结论。     

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;突出过程中巷道内的冲击波超压呈现正压相与负压相交替变化的局面,同时冲击波超压特征值随初始瓦斯压力的增大而呈对数函数递增趋势;冲击波超压在巷道中传播是一个不断衰减的过程,前期衰减较慢,后期衰减加快。     

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。     

煤与瓦斯突出冲击波模型优化计算分析

在分析煤与瓦斯突出的特点的基础上,结合空气动力学的相关理论,建立了煤与瓦斯突出冲击波模型;通过推导计算得到瓦斯膨胀功,再假设突出发生后突出物做斜抛运动,得到突出初速度的简化计算公式;提出了功势差的概念,即煤与瓦斯膨胀功与其重力势能差,计算得出突出超压与功势差成正比,突出气流速度与功势差的1/2次方成正比及冲击波超压与煤层瓦斯压力之间存在指数关系。     

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。     

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。     

不同突出口径下冲击波穿越反向风门孔洞传播规律试验研究

为了研究突出口径对冲击波穿越反向风门孔洞(以风门底坎为例)传播规律的影响,搭建了煤与瓦斯突出模拟试验装置。基于物理试验,研究了不同突出压力、不同突出口径条件下冲击波在巷道内穿越反向风门孔洞的传播规律。结果表明：突出发生后冲击波以极快的速度在巷道内传播,且主要沿直巷道传播;冲击波超压变化并非一次完成,完成时间在0.6 s内;受反向风门阻滞作用,少部分冲击波穿越风门孔洞继续向前传播,其余部分与风门碰撞后发生反射,风门底坎尺寸越小,阻滞作用越显著,合理制定风门底坎尺寸能够遏止突出次生事故的发生;不同突出压力、突出口径下,冲击波超压变化趋势相似,冲击波超压峰值随突出压力、突出口径的增大而增大;突出口径越小,冲击波衰减速度越慢,超压曲线越平缓,超压变化持续时间越长。     

煤与瓦斯突出冲击波对防突风门破坏的研究

为分析煤与瓦斯突出发生后防突风门的安全性,结合流体动力学研究突出冲击波对典型风门的破坏机制。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,同时结合行业标准给出作用在风门上的反射超压。以防突风门工业试验数据和相关冲击载荷施加方程为基础,运用LS-DYNA软件对冲击载荷下的风门破坏进行模拟。研究表明:风门的应力随时间变化的趋势与载荷施加具有一致相关性,中心位置和靠近风筒位置是风门结构的薄弱处,峰值应力最高达到204.6 MPa,超过了Q195钢的屈服极限195MPa,需要加固。     

晨光煤矿煤与瓦斯突出危险性预测

煤与瓦斯突出是威胁煤矿安全的重要灾害之一。煤与瓦斯突出矿井的突出危险性预测评估工作,对规范矿井生产、科学制定矿井瓦斯灾害防治措施、指导保证生产安全有着十分重要的意义。通过对煤的各项单项指标的测定(包括相对瓦斯压力、煤的破坏类型、煤的坚固性系数、煤样的瓦斯放散初速度),结合煤的初始释放瓦斯膨胀能指标对煤层的突出危险性进行综合性预测。     

直巷道中突出冲击气流的形成及传播特征研究

煤与瓦斯突出产生的冲击气流有很强的破坏效应,首先分析了突出冲击气流的形成原因;然后建立了直巷道的几何结构模型,设定相应的初始条件与相关参数,对突出冲击气流的运动过程进行了数值模拟计算,得出了不同时刻的冲击气流压力、速度以及瓦斯相对质量浓度在巷道内的分布情况,同时分析突出发生区域出口断面处的冲击气流平均压力和速度随时间变化过程,并根据模拟结果得出定性与定量化的结论;最后,构建了煤与瓦斯突出在直巷中传播的实验系统,通过实验的手段分析了冲击波在直巷中衰减规律。研究结果表明,突出能在巷道空间内形成较高速度运动的冲击气流及冲击波;与突出区域原始瓦斯压力相比,冲击气流压力发生了急剧下降;冲击气流强度在断面不变的直巷道中传播会发生衰减,前期超压衰减较为缓慢,后期超压衰减增快。     

不同煤体结构组合的煤与瓦斯突出临界瓦斯压力

基于能量理论,分析了瓦斯突出瞬间能量的变化,构建了包括煤岩弹性能、瓦斯膨胀能在内的煤与瓦斯突出的正效应数理模型及煤岩抵抗瓦斯突出能量的负效应模型。根据煤岩应力应变试验,拟合得出了煤岩不同变形阶段力与变形量之间的关系,结合正、负效应耦合模型,计算出了寺河矿不同煤体结构组合下煤与瓦斯突出发生的临界瓦斯压力值。结果表明：在其他条件相似的情况下,随着软煤比例的增加,临界瓦斯压力值呈指数减小,煤与瓦斯突出的可能性大幅增加。利用该方法可以对煤与瓦斯突出临界值进行快速判断,从而采取有效措施。     

矿井煤与瓦斯突出防治实践

结合义安煤业有限公司矿井具体瓦斯地质条件与12120工作面的瓦斯抽放实践,介绍了该矿煤与瓦斯突出危险性的预测办法及参数指标的预测步骤,详细分析了该矿防治煤与瓦斯突出的治理技术及应用效果,通过采取符合该矿具体实际的防突技术,提高了矿井瓦斯抽放效果,保证了矿井的安全生产。     

瓦斯突出分析

从瓦斯压力方面着手,结合生产实例,深入分析了煤与瓦斯压力突出事故发生的原因,介绍了综合防突的技术措施,对确保巷道安全顺利推进积累了宝贵的经验。     

新建矿井煤与瓦斯突出危险性评估

新建矿井瓦斯资料缺乏,尤其是瓦斯含量与瓦斯压力数据。基于新建矿井勘探期间勘探钻孔取得的煤样,利用勘探钻孔煤芯解吸法测定了煤层瓦斯含量等参数,依据计算煤层瓦斯含量的朗格缪尔方程,推导出原始煤层瓦斯压力。根据计算得到的煤层瓦斯压力及周边生产矿井资料,对宝达煤矿K2煤层煤与瓦斯突出危险性进行了评估。     

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.     

南山煤矿煤与瓦斯突出规律分析

为研究矿井的煤与瓦斯突出规律,以南山煤矿发生的192次煤与瓦斯突出(含动力现象)为事例,根据煤与瓦斯突出记录卡片,按突出的类型、标高和埋深、突出点地质情况、突出预兆、回采和掘进工作面突出发生情况,分类进行突出次数和百分比统计。分析得出南山煤矿煤与瓦斯突出规律以压出型居多;随着标高的降低、埋深的增大,突出发生的次数增多;地应力为矿井突出的主导因素,瓦斯压力和自重力为次要因素;突出诱因放炮占绝大部分;地质构造区域容易发生突出;绝大多数的突出事先都有突出预兆。     

煤与瓦斯突出问题研究

煤与瓦斯突出,是一种突发性的、破坏性相当严重的自然现象,往往会导致伤亡惨重的恶性事故,严重威胁煤矿的安全生产及工作人员的生命安全。本文就煤与瓦斯突出的机理、规律和预测方法做了简要的论述,并对突出的防治提出了若干解决方案。