突出口径对煤与瓦斯突出强度影响研究

改进大型煤与瓦斯突出模拟试验装置,增加两个气体压力传感器和两个温度传感器,进行突出口径分别为10mm,30mm,50mm的煤与瓦斯突出模拟试验。试验结果表明:在0.75 MPa瓦斯压力条件下,突出口径为10mm时没有发生煤与瓦斯突出,突出口径为50mm和30mm时发生煤与瓦斯突出,突出煤体质量分别为25.40kg和15.05kg。随着突出口径的减小煤与瓦斯突出的煤量减少,突出强度降低。突出口径的大小影响煤体突出的状态,突出口径越大,煤体突出的距离越远,破坏性也越高。突出后煤样中粒径在1.6~5.0mm范围内的煤颗粒比例减小,而粒径小于0.75mm的煤颗粒比例增加,体现了突出过程中的破碎功,具有较强的粉碎性。突出口径越大,煤体越易于破裂失稳并发生煤与瓦斯突出,煤体中瓦斯的放散受突出口径的影响,使煤体中瓦斯压力梯度变化趋势不同。突出口径越大,瓦斯压力降低越快,瓦斯对煤体的粉碎性越明显,突出强度也越大,突出过程中煤体温度也发生变化,说明突出口径影响含瓦斯煤的破断失稳和突出特性。

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。

煤与瓦斯突出强度模拟实验

利用自主研制的"煤与瓦斯突出模拟装置"对不同初始瓦斯压力、不同突出口厚度和不同突出口径的煤样进行三维加载模拟煤与瓦斯突出。研究结果表明:在煤层瓦斯压力较小的情况下,若外部载荷较大、揭煤厚度较小、巷道断面较大的情况下也会发生煤与瓦斯突出;煤与瓦斯的突出存在一个突出口厚度的临界值,通过改变该值可以改变煤与瓦斯的突出及突出强度;巷道断面大小对煤与瓦斯突出有一定影响,通过减小断面可有效防止煤与瓦斯突出,减小突出强度;随着突出强度的增加,突出煤粉量和抛射距离也增加,大多数煤与瓦斯突出是发生在突出强度最大的时刻。