Propagation law of shock waves and gas flow in cross roadway caused by coal and gas outburst

In order to study the propagation law of shock waves and gas flow during coal and gas outburst,we analyzed the formation process of outburst shock waves and gas flow and established the numerical simulation models of the roadways with 45°intersection and 135°intersection to simulate the propagation of outburst gas flow and the process of gas transport.Based on the analysis of the simulation results,we obtained the qualitative and quantitative conclusions on the characteristics and patterns of propagation and attenuation of outburst shock waves and gas flow.With the experimental models,we investigated the outburst shock waves and gas flow in the roadways with the similar structures to the simulated ones.According to the simulation results,when the angle between the driving roadway and the adjacent roadway increased,the sudden pressure variation range in adjacent roadway and the influencing scope of gas flow increased and the sudden pressure variation duration decreased.The intersection between the driving roadway and the adjacent roadway has no effect on airflow reversal induced by the shock waves and gas flow.

不同含水率及围压条件下含瓦斯煤能量变化规律

为探究含瓦斯煤变形破坏过程中的能量耗散规律,利用自主研制的煤岩力学性质测试装置,开展含瓦斯煤在不同含水率及围压下的常规三轴试验,基于热力学第一定律,分析含瓦斯煤偏应力-应变曲线不同阶段和特征点处的能量变化规律。结果表明:不同含水率时,围压从12 MPa增大到20 MPa时,对应的弹性能占比增幅分别为60.33%、20.11%和3.86%,弹性能占比、破坏强度和弹性模量均增大,说明围压对含瓦斯煤体的变形破坏具有一定的抑制作用;不同围压时,含水率从1%增加到5%,对应的总能量分别下降25.38%、8.78%和6.23%,总能量、弹性能和破坏强度总体上均减小,导致含瓦斯煤更易破坏。含水率的增大使含瓦斯煤颗粒间摩擦力降低,促进煤颗粒间的相对移动。

青藏高原冰湖溃决灾害隐患识别、发育规律及危险性评价

青藏高原是全球冰湖溃决灾害发生最频繁的区域之一,冰湖溃决对人类及工程建设安全造成严重威胁。以2015-2018年Landsat 8 OLI_TIRS等遥感影像及数据为基础,对青藏高原40000余条冰川10 km范围内且面积大于900 m^(2)的冰湖进行了遥感解译,分析了冰湖分布与发育特征,建立了冰湖溃决隐患的识别指标体系,利用突变级数法(CPM)对隐患点进行了危险性分级评价。结果表明:①青藏高原发育冰湖16481处,海拔分布在5000~5500 m之间的冰湖占总量的43.69%;面积集中在100~500 km^(2)之间的占总量的47.40%;行政分布上主要分布在西藏自治区,有12664个,占总量的76.84%;流域上主要分布在雅鲁藏布江流域,有8321个,占总量的50.49%。②识别出冰湖灾害隐患点369个,其中低危险点126个,中危险点177个,高危险点66个。③冰湖溃决隐患点面积多为0.1~0.2 km^(2);海拔主要分布在5000~5500 m之间;与母冰川距离大多小于100 m;冰碛坝宽度一般小于300 m,背水坡坡度大多小于50°;冰湖溃决隐患点的母冰川冰舌端坡度分布在10°~20°之间;绝大多数冰湖溃决的方向朝向北方。

突出冲击气流形成及传播规律数值模拟研究

为了探究煤与瓦斯突出冲击气流在巷道内的传播规律,运用Fluent数值模拟软件研究了突出冲击气流在巷道内的运动过程,分析了不同时刻突出冲击气流压力、速度及突出瓦斯浓度在巷道内的变化情况,获得了突出冲击气流在巷道内的形成及传播规律。结果表明,突出发生瞬间,由于高压瓦斯气体的急剧膨胀,在巷道内形成了超音速运动的突出冲击气流;突出瓦斯气体的运移速度要比突出冲击气流的传播速度小得多,在突出口附近形成了高浓度瓦斯区域;突出冲击气流压力与初始瓦斯压力呈正比关系,突出冲击气流在巷道内的传播是一个不断衰减的过程;突出发生前期,在突出口附近,突出瓦斯气体的运移方式以驱替运移为主,当高压瓦斯气体完全膨胀做功后,突出瓦斯气体的运移方式以自由扩散为主。

贺西矿3412工作面“以孔代巷”瓦斯抽采技术应用

离柳矿区内煤矿生产饱受瓦斯、煤尘、水害、顶板等灾害影响,尤其是瓦斯灾害较为显著。针对贺西煤矿的瓦斯治理难题,以3412工作面为案例,首先对矿井3412工作面的瓦斯涌出规律进行分析,梳理出工作面上隅角瓦斯超限的原因,然后设计了“以孔代巷”瓦斯抽采方案,经工程实践及抽采效果分析,验证了“以孔代巷”瓦斯抽采方案合理性及有效性,能够适用于贺西煤矿防治瓦斯的技术体系,实现了工作面上隅角瓦斯超限的治理目标,保障了矿井安全生产。

煤与瓦斯突出两相流运移规律研究进展

煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现象,主要表现为瓦斯窒息和煤粉冲击、掩埋,严重威胁煤矿的安全生产。揭示煤与瓦斯突出两相流运移规律及其主控因素,对于厘清突出发生致灾机理、指导现场防灾避灾具有重要意义。近年来,相关学者开展了大量的煤与瓦斯突出两相流试验和理论研究,并取得了丰硕的研究成果,本文就两相流模拟试验装置及国内外学者在突出两相流领域取得的研究成果2个方面进行总结与分析。首先,系统回顾了现有的煤与瓦斯突出两相流物理模拟试验装置,对比分析了不同试验装置的关键参数及功能优势;在此基础上,深入总结了突出煤粉流的运移速度、运移形态和堆积分布特征,以及突出冲击波的形成原因、传播速度和衰减规律;最后,重点梳理了巷道结构、瓦斯压力、煤粉粒径、地应力和气体组分等因素对突出两相流的影响和控制作用。分析认为,现阶段煤与瓦斯突出两相流研究呈现出突出过程可视化、巷道结构复杂化、数据采集多元化、影响因素全面化、研究手段多样化等特点,基本掌握了突出两相流的发生机理及传播致灾规律,但在相似体系(相似准则和相似材料)的建立和完善、两相流与通风系统共存互扰机制、两相流多因素耦合致灾机理、两相流“致灾-防控一体化”研究等方面仍需进一步深入探索。

煤与瓦斯突出对局部通风的影响研究

为了解决煤与瓦斯突出造成的逆流问题,利用数值模拟软件模拟双巷道掘进情况,对不同突出强度下的瓦斯在巷道的运移规律进行研究,发现瓦斯突出强度越大,瓦斯扩散速度越快;同时对双翼采区不同瓦斯突出强度下的运移规律进行研究,发现瓦斯突出强度越大,瓦斯逆流速度越快,相同时间内同一位置的瓦斯浓度越高。此研究结果可为矿井煤与瓦斯突出的治理提供一定参考。

瓦斯含量在突出过程中的作用分析

为了研究瓦斯含量在煤与瓦斯突出过程中的作用,采用能量法分析煤与瓦斯突出过程中的能量关系、掘进进尺为L时煤体的应力条件与弹性变形潜能和煤层瓦斯积聚内能的释放功,研究了煤与瓦斯突出时的抛出功、破碎功和瓦斯突出的动能,得到了煤与瓦斯突出的能量条件。并以贵州化处煤矿二采区突出为例,对煤与瓦斯突出的能量条件进行分析。研究结果表明:煤与瓦斯突出的能量来源为瓦斯内能,瓦斯内能做功比弹性潜能做功大。煤层的地应力越大,坚固性系数越小,发生突出时所需煤层的瓦斯含量越小;在地应力一定的情况下,进尺越大突出时临界瓦斯含量越小;煤层的厚度对突出时的临界瓦斯含量的影响不明显。

南山矿煤与瓦斯突出发生规律与危险性评价

为对南山矿煤与瓦斯突出现象进行分类,分析了煤与瓦斯突出发生的规律与特点,采用模糊综合评判方法对矿井进行了突出危险性评价,提出了南山矿煤与瓦斯突出分级管理原则,实现了在保障安全的前提下,尽可能解放生产能力。结果表明:南山矿矿井瓦斯突出为一般级别,可以按照一般级别突出矿井进行管理和制定技术措施。

煤与瓦斯突出过程中瓦斯流动规律的理论模型及数值解法

煤与瓦斯突出是发生在煤炭开采过程中的一种地质灾害,其机理复杂且破坏性强,是煤矿安全生产的极大威胁。至今,对煤与瓦斯突出机理的研究仍然处于不断探索认识的阶段,学者们普遍认为地应力,瓦斯压力以及煤体物理性质共同导致了突出的发生,瓦斯作为三要素之一,在突出中起着重要作用。因此,研究突出过程中的瓦斯在煤样中的流动规律,对研究突出机理具有重要意义。煤与瓦斯突出是一个动力学过程,因此从力学的角度研究突出过程中瓦斯流动规律,可以分析瓦斯在突出过程中的主要作用。基于多孔介质渗流理论,建立了突出过程中瓦斯流动的控制方程,该方程为一个非稳态非线性偏微分方程,利用有限体积法对控制方程离散后得到该方程的离散形式为一个非线性方程组,利用拟牛顿法求解该方程组并得到其数值解。利用二分法原理和试验数据分析确定了突出过程中试验所用煤样的近似渗透率,该渗透率远大于实验室测得的煤样静态渗透率。通过试验验证了该数值解的正确性。基于建立的控制方程,进一步分析了突出过程中瓦斯状态,如瓦斯压力,瓦斯压力梯度以及瓦斯流动速度的变化规律。整个突出过程中,最大的瓦斯压力梯度始终出现在孔口附近且瓦斯压力梯度快速衰减,结合试验现象,可以表明瓦斯压力梯度是主导煤与瓦斯突出发生和终止的一个关键因素。

2001—2012年我国煤与瓦斯突出事故基本特征及发生规律研究

通过对2001—2012年我国煤矿所发生的417起煤与瓦斯突出事故的统计分析,总结出该阶段我国煤矿煤与瓦斯突出事故的两个基本特征,并依据这两个基本特征对突出事故发生的原因进行了分类。突出事故起数和死亡人数统计表明,我国煤与瓦斯突出事故发生频率呈南高北低的特点,导致的死亡人数也是南多北少。其中较大事故多发,造成的死亡总人数最多,占事故总起数的62.11%,占总死亡人数的46.0%;特别重大事故较少发生,仅占事故总起数的2.39%,但造成的死亡人数较多,占总死亡人数的19.9%。根据事故发生原因及特点,瓦斯矿井所发生的突出事故原因符合第一类基本特征;突出矿井所发生的突出事故原因符合第二类基本特征;高瓦斯矿井除了符合第一类基本特征外,在管理方面和勘探方面也基本符合第二类基本特征。

煤与瓦斯突出规律及区域预测研究

为研究南山煤矿煤与瓦斯突出规律及其三采区的区域预测,对矿井已发生的192次煤与瓦斯突出,按突出类型、标高和埋深、突出点地质情况、突出诱因、突出原因、突出预兆等进行分类统计,分析得出南山煤矿突出规律并绘制区域预测结果区划图。

四川盆地典型高瓦斯突出矿井瓦斯赋存的地质特征

以层沉积特征和地质构造特征与矿井煤层瓦斯赋存的关系，结合井田内构造裂隙对煤层变形的影响，对四川盆地内典型高瓦斯突出矿井瓦斯赋存的地质特征进行了分析．在此基础上，对矿井生产中煤层瓦斯涌出及产生动力现象的可能性作出了地质评价：地质构造和煤的变形程度是影响该矿瓦斯涌出和动力现象发生的主要因素；在煤岩层发生弧形弯曲和落差较大的走向逆断层附近是动力现象发生的危险区段．该成果对进一步研究矿井瓦斯的运移、富集和涌出规律及对其它矿井进行类似的分析具有重要意义．

近煤层岩巷掘进中防治煤与瓦斯突出技术研究

为了保证近煤层岩巷的安全快速掘进，采用FLAC加分别对煤层距巷道底板5，10m时的情况进行了数值模拟，研究了近煤层岩巷掘进工作面前方岩层、煤层的应力分布规律，结果表明：煤层距巷道底板5m时，前方5～20m为煤层应力集中区；煤层距巷道底板10m时，其应力集中区在10～25m，其应力峰值处在煤层距巷道底板5m时的集中应力区与原始应力区的交界处。根据煤层应力集中区情况，建议煤层距巷道底板5m时必需采取防突措施，防突长度为掘进工作面前方20m，并进行了合理的钻孔设计。

预抽煤层瓦斯区域防突效果检验指标临界值研究

瓦斯突出危险性预测是防治煤与瓦斯突出的关键环节,瓦斯突出预测指标的临界值是决定区域防突是否达标的重要参数。为了确定寺河矿西井区3号煤层的区域预抽后煤层瓦斯防突效果评价指标体系,以瓦斯突出综合作用假说为基础,通过现场采取原始煤样,并在密封煤样罐内达到吸附平衡,测定残余瓦斯含量和残余瓦斯压力的关系,研究了原煤瓦斯含量与瓦斯压力的关系及原煤中水分的对其影响规律,提出始突瓦斯压力对应的瓦斯含量作为评价指标的临界值为10 m3/t,并通过现场跟踪考察对得出的瓦斯含量临界值的可靠性进行了现场验证,结果表明,10 m3/t作为区域防突效果评价的临界指标是可靠的。

淮北矿区煤与瓦斯突出的瓦斯地质规律分析

介绍了淮北矿区煤与瓦斯突出的主要特征,在此基础上对淮北矿区煤与瓦斯突出进行了瓦斯地质规律分析,指出了影响煤与瓦斯突出的主要因素,为矿区防治煤与瓦斯突出提供理论指导。

急倾斜煤层群突出规律及防突对策研究

为探究急倾斜煤层群的防突对策,以巨源煤矿21次突出事故为例,将9个突出煤组按煤种分为贫煤和瘦煤,分别从煤层厚度、煤层倾角、埋深、地质构造等影响因素分析了突出规律;并提出了建立防突管理体系、完善防突技术体系和探索防突新技术的防治对策。

煤与瓦斯突出冲击气流传播特征研究

利用自主搭建的煤与瓦斯突出管网实验系统,开展直管道条件下煤与瓦斯突出冲击气流传播特性研究。结果表明:突出发生后,冲击气流的持续时间可达7 s左右,压力扰动上升速度远大于衰减速度。突出后冲击气流超压峰值显现于巷道中部,突出所产生的压缩波出现叠加现象,导致巷道内超压峰值并不沿着突出传播方向递减。

巨厚火成岩下采动应力演化规律与致灾机理

为确定海孜煤矿Ⅱ102采区内煤与瓦斯突出灾害原因,综合分析了采区地质开采条件、突出点瓦斯地质特征及突出特征,采用UDEC软件模拟研究了均厚140 m火成岩下开采时的采动应力演化规律,从采动应力影响范围的角度解释了此次动力灾害的原因。研究结果表明:距煤层170 m的巨厚火成岩在累计采宽370 m时仍然不发生破断,导致采动应力影响范围增大至310 m,为不存在火成岩时的3倍;受火成岩影响,采空区边界外180 m处应力集中系数高达1.7,在此处进行Ⅱ1026工作面机巷掘进时,采动应力成为煤与瓦斯突出的一个主要动力源。

煤矿瓦斯突出事故不安全动作原因统计分析

为了从行为控制角度预防煤与瓦斯突出事故,在对88起重特大瓦斯突出事故资料统计的基础上,分析了煤矿瓦斯突出事故的基本特征、事故直接原因不安全动作及其相关法规特征,结果表明,非瓦斯突出矿井也可能发生瓦斯突出,突出事故在小型、乡镇矿井仍占主要地位;不安全动作原因可归为突出危险工作面作业、未及时支护、突出后未强化实施综合防突措施等3类;突出危险工作面作业严重程度最高的3种动作为采煤机割煤、放炮、风镐落煤;不安全动作原因共违反了3种法律法规的14个条款。