矿山井下气浪冲击导致肺挫伤4例报告

我矿先后发生的两次井下爆破事故由于气浪冲击导致肺挫伤4例，现报告如下。

高速远程滑坡超前冲击气浪动力学机理

超前冲击气浪是高速滑体运动过程中强烈推挤压缩周围的空气所产生。它具有强大的破坏能力,在运动路径上,对滑体前方的建筑物及人民生命财产常造成毁灭性灾难。以典型高速滑坡为原型,运用空气动力学理论,采用计算流体力学软件,建立了二维粘性、不可压缩、定常流模型,再现仿真了高速滑坡超前冲击气浪产生流场的特征,分析了其形成的动力学机理。结果表明:滑坡高速下滑中产生的超前冲击气浪压力与滑体的形态密切相关。滑体前部、尾部壁面倾角越大,滑坡外流场冲击气压越大。直立壁面滑坡体在前方500 m以内产生的冲击气浪压力相当于11～12级风力的破坏能力;翼型滑坡体产生的气浪压力最小,前方100 m以外对建筑物的破坏能力已较小,相当于6级风力。从而得出超前冲击气浪潜在威胁的范围和破坏作用的强度,为超前气浪灾害的防治提供了科学依据。

高速远程滑坡超前冲击气浪三维动力学分析

为研究沟谷多级折射高速远程滑坡超前冲击气浪的特征,以牛圈沟滑坡三维地形形态为原型,采用CFD软件,引入Voellmy准则定义运动阻力,在反演碎屑流运动全过程的同时,对其冲击气浪的流场特征进行了数值模拟,分析其形成的动力学机制。结果表明:(1)牛圈沟滑坡从启动到停止历时为119 s,最大速度出现在滑体内部靠近前缘处,峰值分别为14 s的52 m/s、27 s的55 m/s和50 s的49 m/s。(2)气浪速度的最大值50 s时为38 m/s,其压强的最大值达657 Pa,相当于11级暴风。(3)当碎屑流前方出现高大的障壁时,来不及扩散的高压气流产生极为明显的压强梯度;当其前方遇跌坎或翻越山脊冲向山坡下方在其速度瞬间增大的同时,强烈压缩前方空气并导致其压强值局部出现陡增。

高速远程滑坡-碎屑流超前冲击气浪分析

为定量模拟文家沟高速远程滑坡-碎屑流运动过程中所产生的超前冲击气浪的分布和变化规律,采用计算流体力学软件FLUENT,通过用户自定义接口在滑坡运动的不同阶段分别引入Friction和Voellmy流变模型定义滑坡-碎屑流所受的运动阻力,反演了文家沟高速远程滑坡-碎屑流运动的全过程并与滑坡实际运动特征对比的同时,模拟了其超前冲击气浪的速度和相对压力分布,并对其产生机理进行了分析。结果表明:(1)文家沟滑坡-碎屑流共经历约210 s,碎屑流引起的超前冲击气浪主要分布于其前方、上方和两侧,最大速度约35 m/s,最大相对压强约2.2 k Pa;(2)气浪相对压力峰值出现于近地面处并随高度增加迅速减小,当离地面高度超过600 m时趋近于0;(3)地形起伏对于超前冲击气浪相对压力分布有明显影响;当滑体前方出现陡立壁面时,气浪压力陡升。

矿震冲击气浪与防冲密闭研究

运用矿山压力理论和流体力学理论,分析了冲击气浪形成过程的三个阶段,描述了每个阶段气体的始末状态。运用气体动力学理论,视采空区气体流动为无粘性可压缩状态下绝热流动,对采空区大面积顶板瞬时一次冒落进行分析计算,求出了冲击气浪涌入巷道瞬间的速度、冲击气浪沿程损失和冲击所产生的附加压强,最终得出作用在防冲密闭上的压强公式。通过分析作用在密闭上压强的影响因素,进行了防冲密闭设计,并提出了防冲措施。

哑铃状两大型连通采空区岩石冒落与冲击气浪的预防

分析了哑铃状两大型连通采空区冒落冲击气浪相互间的作用 ,介绍了大型采空区岩石的冒落过程 ,指出了防治空气浪的措施。

石膏矿采空区顶板冒落冲击气浪传播规律及安全防范研究

为探索石膏矿采空区顶板冒落灾害形成及演化过程中的微观动力学行为,以某危害型石膏矿为研究背景,选择"打气筒"模型进行了空场法采空区顶板冒落相似物理模拟试验,并利用高速摄像及纹影技术,直观地记录分析冲击气浪产生时流场在直线型、转弯型、独头式模型巷道处的传播规律及变化特性。结果表明,在直线型巷道内传播时,冲击气浪并非按直线传递,而是气浪前端阵面会发生回转,与气浪尾部和后续的气浪叠加、交混,一起向前传递。在转弯型巷道中,冲击气浪传播至巷道转弯处时,气浪会马上在此改变传播方向,开始沿着转弯方向,向巷道出口传播。当气浪完全通过此处后,由于巷道围岩和空气的阻力,冲击气浪前端部分气流又会回流至此,进行二次破坏。在独头式巷道中传播时,由于巷道一端封合密闭,气体无法涌出,气浪无法在独头巷道中顺利向前传递,而是与巷道中的气浪相互叠加、碰撞,持续地、无规则地流动。

空区顶板冒落冲击气浪的强度计算及挡墙设计

采空区顶板冒落所产生的冲击气浪会对井下人员、设备等产生严重的危害,一般采用封闭、崩落、充填、支撑处理空区,其中封闭法最简单,在空区与外界的通道架设封闭挡墙。采用流体力学理论及空气动力学理论计算出空区顶板冒落时所产生的冲击气浪强度,并得到冲击气浪对空区封闭挡墙的压力。根据材料力学理论,通过抗剪强度及抗拉强度的校核,计算出挡墙的安全厚度不小于1.9 m,为封闭空区提供了有效的理论依据。

采空区失稳过程中冲击气浪灾害的动力响应特性

为探索采空区顶板失稳灾害演化过程的动力学行为,针对某矿井采空区顶板整体切落的失稳形式,建立了流固耦合力学模型,利用Matlab得到了失稳后采空区内风速和风压的演化规律。利用FLUENT软件,获得了冲击气浪沿巷道传播的纵向风速以及横截面处流速分布情况,进而揭示冲击气浪灾害动力学特性。结果表明:随着顶板下落高度的增加,采空区内风速经历了加速和减速2个阶段,风压曲线可以分为缓慢上升阶段和类指数上升阶段,冲击气浪流速沿巷道纵向随着距离增大呈负指数函数减小,巷道横截面流速分布分为左侧高流速区和右侧低流速区,巷道横截面左侧底角处风速最大。

某铁矿采空区冒落冲击气浪危害及防护措施

为了预防某铁矿开采造成地表塌陷引起采空区冒落冲击气浪危害,采用数值模拟的方法对地下错综复杂的采空区群围岩稳定性展开分析,根据模拟结果,将该矿采空区稳定性划分为稳定、亚稳定及基本稳定3种状态,提出两个中段保留部分垂直矿柱与中段水平保安矿柱方,法预防顶板冒落冲击气浪,为企业安全生产提供理论及技术支持。

高速远程滑坡液化减阻和超前冲击气浪机理研究

对切向层状岩体斜坡上形成的高速滑坡的启动机理进行了创新性研究，主要表现在：

采空区顶板垮落造成的冲击性灾害预测

大面顶板垮落事故是煤矿生产的重大灾害之一,当采空区顶板垮落时会造成空气气流极速冲出采空区,形成冲击气浪。建立采空区顶板大面积垮落时冲击气浪最大速度预测模式,为采取防范措施提供依据。

森防专用空爆航弹灭火原理、结构及安全措施论述

根据森林火灾的成因三要素和蔓延方式提出空爆航弹灭火的理论。为论证说明空爆航弹灭火理论的科学性,从四方面进行了论述并予以佐证。

毛公铁矿采空区安全经济治理方法

毛公铁矿存在着由采空区批量冒落而引起的气浪冲击危害。根据矿山的地质条件、开采现状以及监测结果,分析了采空区冒落的发生条件以及冒落发生的主要地点,在此基础上,按崩落法本质安全理念,研究提出在分段之间上盘面之下的矿体里掘进沿脉切割巷道,布置扇形中深孔回采形成切割空间,并与回采进路协同退采的方案,保障采空区顶板的零星冒落。同时,在新老空区连通时,采取控制冒落形式与工作面防护相结合的方法,严防空区冒落冲击危害。提出的治理方法,既有利于对新增空区顶板冒落形式控制,也有利于降低上盘侧采出矿石的贫化率,实现了采空区的安全经济治理。

采空区顶板大面积冒落诱发冲击气浪模拟

基于采空区冒落过程中冒落岩体与空气相互作用中能量的守恒与转化,建立了冲击气浪风速模型,设计制作了模拟实验测试装置。实验表明,随着下落高度增加,冲击气浪风速增加幅度略有减缓,采用大断面空间小尺寸的"打气筒"模型计算能够更好地反映冒落过程中的气体流动过程,但应该以"打气筒"和"绕流"的复合模型表征冲击起浪。在实验基础上建立的实验模型与理论模型有很好的相似性。

牛圈沟高速远程滑坡超前冲击气浪机制分析

为定量分析滑坡–碎屑流运动过程中所产生超前冲击气浪的强度及其演化规律,以牛圈沟高速远程滑坡为原型,采用计算流体力学软件,引入Voellmy准则定义运动阻力,在反演碎屑流运动全过程动力学行为特征的同时,对其前缘所产生超前冲击气浪的流场特征进行重点模拟,并论述和分析其形成的动力学机制。结果表明:(1)牛圈沟高速远程滑坡的运动从启动到停止历时112 s,每一时刻其运动最大速度的空间位置出现在滑体内部靠近前缘的地方,其最大速度有2个峰值,分别是9 s时的52 m/s和49 s时的44 m/s;(2)牛圈沟高速远程滑坡超前冲击气浪速度的最大值出现在9 s时,其值为45 m/s。压强最大值出现在滑体启动瞬间,为625 Pa,相当于11级暴风。滑体整体呈刚体运动时与前方空气接触面积最大,对其前方空气的挤压作用最为明显;(3)随着滑体演化为碎屑流,前缘龙头高度逐渐降低(碎屑流厚度的变薄),其前方产生的超前气浪压强也随之降低,且其前方距碎屑流前缘越远,气浪压强越低;(4)运动路径上的地形凸起、陡坎对超前冲击气浪的压强大小及其分布范围有较大影响,碎屑流前缘到达地形凸起点的坡脚时,会在凸起的迎风面产生梯度变化强烈的正压,而在凸起的背风面产生负压。当碎屑流由高向低飞下陡坎时,会强烈挤压前方空气,造成前方正压局部陡然增大。

诱导冒落法处理时采空区散体垫层的安全厚度

采用诱导冒落方法处理采空区是一种新型的采空区处理方法。但该方法需要用散体垫层隔离回采工作面与采空区的空间联系,防止冲击气浪危害。通过总结应用散体垫层防止冲击气浪危害的矿山成功经验,得出散体垫层最小厚度的计算公式。根据书记沟铁矿2#井田4个中型采空区的实际情况,利用所总结的确定散体垫层厚度的经验公式对4个采空区所需散体垫层厚度分别进行计算,并有针对性地提出了防治气浪冲击危害的具体技术措施。方案实施效果充分证明了所给出的散体垫层厚度及相应技术措施是有效的。

采空区顶板大面积冒落危害预测

针对房柱法开采后形成了大量采空区,随时间推移,矿柱的岩体强度下降,采空区面积增大造成部分矿柱因应力转移而使载荷增加,在外力作用下矿柱发生连锁垮塌,大面积顶板在较短时间内冒落,所产生的冲击气浪冲垮设备、设施,造成人员伤亡。本文建立了采空区大面积顶板冒落造成的冲击气浪的最大速度预测模型。

大型采空区顶板冒落危害预测

某矿31-1#矿体采空区暴露面积6000 m2,高度达65 m,在其下部有一定矿量需要进行回采,空区一旦冒落,将对下部作业人员和设备造成巨大的危害。通过对采空区稳定性、冒落形式进行现场调查,并结合现场实际,建立了采空区顶板冒落危害预测模型,对空区顶板围岩大批量冒落和零星冒落进行了危害预测,并根据预测结果,提出了相应的预防措施。

某矿空场法开采安全工程方案制定

为了预防某矿特大空区大面积冒落产生冲击问题,研究了岩块下落过程中冲击气浪运动形式和对下部结构的冲击破坏;针对向上的冲击气浪,采取新凿天窗井泄压;针对向下从巷道中冲出的气浪,设置了底部出气口安全距离和阻波墙,消耗和阻挡冲击气浪;针对大面积冒落围岩对底部结构引起的冲击破坏,在底部形成废石缓冲垫层,依据消波理论和冲击能理论,量化了垫层最小厚度为20 m。基于形成废石缓冲垫层、泄压天窗井、设置底部出气口安全距离和阻波墙等安全措施,构成了空场法开采安全工程方案。方案实践表明,安全工程方案可行有效,保障了空场下的开采安全。