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重大許江團隊揭示突出巷道沖擊力變化規律

2019-09-27   來源:巖石力學與工程學報   作者:許江 程亮 周斌

  煤與瓦斯突出過程巷道中可簡單劃分為氣流擾動區、空氣壓縮區、煤–瓦斯兩相流運移區、沖擊波及巷道未擾動區共5 部分區域。突出過程中存在多個煤–瓦斯兩相流運移區。沖擊力沿巷道呈波動式分布,距突出口4 944 mm 處峰值沖擊力最大,隨后沿巷道呈震蕩衰減變化趨勢。這是重慶大學許江教授團隊最近的一項研究得出的結論。


  煤與瓦斯突出是煤礦生產過程中遇到的一種極其復雜的瓦斯動力現象,表現為在極短的時間內由煤體向采掘空間突然拋出大量的煤巖及瓦斯。突出過程中煤–瓦斯兩相流能夠沿巷道運移幾十到數百米,摧毀井下設施,引發瓦斯爆炸、煤塵爆炸等次生災害,嚴重威脅礦井生產安全。


  前人的研究多以理論分析和數值模擬為主,有關突出過程中煤-瓦斯兩相流運移規律的研究也多是也以沖擊波為研究對象,僅考慮單相氣流的壓縮效應存在一定缺陷。


  許江團隊利用自主研發的多場耦合煤礦動力災害大型物理模擬試驗系統,開展了突出過程中煤–瓦斯兩相流運移規律物理模擬試驗研究。


  研究發現,突出煤粉在高速氣流作用下自工作面拋出,呈射流狀,隨著距離的增加,固相流擴散為栓塞流,沉降量隨之增大,從而主要聚集在巷道末端。試驗相對突出強度為10%,突出煤粉中絕大部分為粒徑小于0.150 mm 的煤粉,煤體破碎程度較高。突出啟動后,高壓氣流攜帶大量煤粉從煤層中噴射而出,形成較強的沖擊力,近突出口區域沖擊力反復升降,表明突出過程具有陣發性。


  這項研究得到了國家科技重大專項、國家自然科學基金的資金支持,研究成果以《突出過程中煤–瓦斯兩相流運移的物理模擬研究》為題發表于《巖石力學與工程學報》2019年第10期。


  多場耦合煤礦動力災害大型物理模擬試驗系統


  沖擊力峰值沿程演化曲線


  責任編輯:宮在芹

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