检索结果-南通市图书馆

作者：周西方中国矿业大学

学位级别：硕士

煤与瓦斯突出是发生在煤矿生产过程中一种极其复杂的动力现象,表现为极短时间内由煤层向采掘空间突然抛出大量煤岩和瓦斯,形成具有强烈冲击破坏作用的煤-瓦斯两相流,极易造成重大人员伤亡,严重威胁煤矿的安全生产。开展煤与瓦斯突出两... 详细信息

煤与瓦斯突出是发生在煤矿生产过程中一种极其复杂的动力现象,表现为极短时间内由煤层向采掘空间突然抛出大量煤岩和瓦斯,形成具有强烈冲击破坏作用的煤-瓦斯两相流,极易造成重大人员伤亡,严重威胁煤矿的安全生产。开展煤与瓦斯突出两相流运移规律研究,对于揭示煤与瓦斯突出致灾机制、丰富和完善突出机理以及指导现场防突工作具有重要意义。为此,本文基于自主研发的煤与瓦斯突出巷道可视化模拟试验系统,开展了室内煤与瓦斯突出物理模拟试验,分析了冲击波超压、温度、速度等两相流参数时空演化规律及突出煤体的分选破碎特征,研究了不同条件对突出两相流运移特性和致灾效应的影响规律。本文得出以下主要结论:(1)基于相似理论,自主研发了煤与瓦斯突出巷道可视化模拟试验系统,主要包括试验腔体、应力加载系统、气源系统、突出口系统、模拟巷道、数据采集与控制系统、附属支架设施等。该试验系统能开展不同瓦斯压力、不同成型应力等条件下突出两相流可视化物理模拟试验,具有煤样成型突出一体化、突出口打开自动化、突出巷道可视化、采集数据多样化等功能优势。(2)突出激发后,煤粉和瓦斯快速向巷道运移,形成突出两相流。两相流组成结构在密相流动和稀相流动之间动态变化,其运移形态表现为悬浮流、分层流、沙丘流和拴流等4种流型,并随突出距离的增加由拴流逐渐演变为沙丘流。同时,两相流向前压缩空气产生冲击波,冲击波超压以正相压和负相压交替演变形式向前传播,冲击波阵面传播速度远大于煤粉流运移速度,达到超声速;随着突出的发展,巷道内两相流温度逐渐下降,且下降幅度随突出距离的增加而减小;突出终止后,小粒径煤粉多被运移至模拟巷道出口一端的集尘袋内,呈现显著的破碎和分选现象。(3)当煤层瓦斯压力较低时,突出两相流的运移形态以分层流、沙丘流为主,冲击波波形与典型的气体泄压冲击波波形较为接近;随着瓦斯压力的增加,突出两相流呈现出拴流形态,冲击波波形也发生较大变化,表现为存在一个持续时间较长的负相压;冲击波超压峰值和冲击波传播速度均随瓦斯压力的增加而增大,3次试验(0.35 MPa、0.85 MPa、2.0 MPa)分别为3.28 k Pa、10.29 k Pa、21.49 k Pa和344.7 m/s、354.7 m/s、370.0 m/s;突出煤体流运移速度和煤体粉化率同样随瓦斯压力的增加而增大,3次试验分别为22.57 m/s、29.94 m/s、59.02 m/s和8%、21%、28%。结果表明,瓦斯压力越高,煤层蕴藏的瓦斯内能越大,突出后产生的两相流冲击破坏能力越强。(4)对比分析2.0 MPa瓦斯压力条件下煤样是否成型对突出的影响规律,发现煤样成型后,突出煤层泄压过程中出现压力回升现象,巷道冲击波超压峰值和冲击波速度分别为15.3 k Pa、361.6 m/s,均小于松散煤样,且巷道中两相流温度下降量比松散煤样低0.27℃～1.16℃;同时,煤样成型后相对突出强度有所下降,但是其突出煤体破碎程度较高,煤体粉化率显著增加,达到50%。结果表明,成型压力在一定程度上阻碍了突出的激发。成型煤样发生突出后,瓦斯内能大量消耗于煤体的破碎,使得突出煤体的破碎程度更显著,但是产生的冲击波阵面能量会降低。研究结果对于揭示煤与瓦斯突出致灾机制和制定现场防突措施具有一定的指导意义。该论文有图45幅,表16个,参考文献81篇。

关键词：煤与瓦斯突出突出两相流冲击波超压物理模拟试验

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不同瓦斯压力对煤与瓦斯突出两相流传播规律的影响研究

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岩土力学 2020年第8期41卷 2619-2626页

作者：程亮许江周斌彭守建闫发志杨孝波杨文健重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

为了进一步认识煤与瓦斯突出气-固两相流冲击致灾机制及其传播规律,利用自主研制的多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验系统,研究了不同瓦斯压力作用条件下突出气-固两相流的冲击力及其运动特征。研究结果表明:突出煤-瓦斯两相流运移过程... 详细信息

为了进一步认识煤与瓦斯突出气-固两相流冲击致灾机制及其传播规律,利用自主研制的多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验系统,研究了不同瓦斯压力作用条件下突出气-固两相流的冲击力及其运动特征。研究结果表明:突出煤-瓦斯两相流运移过程中,巷道前端的峰值冲击力在20~50k Pa间小范围波动,冲击力大小与瓦斯压力无明显线性关系;巷道中部3944~4944 mm范围内峰值冲击力陡增;巷道末端,即4944 mm以后,峰值冲击力沿巷道呈震荡衰减的变化趋势,其平均衰减系数随瓦斯压力的增高而逐步降低。突出两相流的流型可分为悬浮流、分层流、沙丘流及栓流,煤层瓦斯压力越高,各流型体现的越明显;煤粉流运移过程中可划分为初期加速、中期衰减、后期二次加速等3个阶段;瓦斯压力条件主要影响煤粉流的运移速率以及步入二次加速阶段的运移距离;瓦斯压力越大,煤粉流运移速率越快,其到达二次加速阶段的距离越短。

关键词：煤与瓦斯突出突出两相流冲击力形态特征煤粉速度

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煤层渗透性对煤与瓦斯突出的影响规律及机理研究

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煤炭学报 2024年

作者：张超林刘明亮王恩元王培仲姜巧真曾伟煤矿灾害防控全国重点实验室煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室中国矿业大学安全工程学院

煤与瓦斯突出是矿井灾害中一种破坏性巨大的瓦斯动力现象，严重威胁煤矿安全生产。煤层渗透性是一个综合反映煤层特性的重要参数，利用自主研发的多功能煤与瓦斯突出模拟试验系统，开展了不同渗透率条件下（1.38、6.69、7.34和9.10 mD... 详细信息

煤与瓦斯突出是矿井灾害中一种破坏性巨大的瓦斯动力现象，严重威胁煤矿安全生产。煤层渗透性是一个综合反映煤层特性的重要参数，利用自主研发的多功能煤与瓦斯突出模拟试验系统，开展了不同渗透率条件下（1.38、6.69、7.34和9.10 mD）煤与瓦斯突出物理模拟试验。结果表明，随着煤层渗透率的增加，突出两相流运移形态逐渐由栓流演变为分层流和沙丘流，且煤粉运移速度及其峰值逐渐降低，由1.38 mD条件下31.98 m/s减小为9.10 mD条件下20.10 m/s；伴随突出两相流运移产生的冲击波呈现阶段式演化特征，对应负相压区间冲击波超压谷值的最大绝对值大于正相压区间冲击波超压峰值，且在巷道前端随煤层渗透率的增加而下降；4次试验对应相对突出强度分别为75.63%、44.65%、38.01%、10.97%，拟合得到相对突出强度随煤层渗透率增大呈指数下降关系。理论分析认为，瓦斯压力梯度是以渗透力的形式作用于煤体，而煤层渗透性主要是通过影响瓦斯渗透力动态变化，进而影响煤与瓦斯突出强度以及突出两相流运移状态；随着煤层渗透率的增加，瓦斯流动受到的阻力减小，瓦斯压力下降较快，难以形成高瓦斯压力梯度，同时暴露面附近的瓦斯渗透力较低，并快速向远处转移，无法进一步破坏暴露面煤体，导致突出强度下降，甚至不发生突出。最后，从瓦斯压力梯度和瓦斯渗透力的角度系统探讨了煤与瓦斯突出全过程演化特征，得出煤层渗透率在突出各个阶段均占据重要作用，结合我国煤与瓦斯突出预测现状及难题，认为煤层渗透率有望成为突出预测新指标，关键在于如何结合煤矿现场实际条件确定其临界值，分别从试验研究、理论分析和工程实践等方面提出了未来展望。研究成果对于煤与瓦斯突出鉴定、预测及防控具有重要指导价值。

关键词：煤与瓦斯突出煤层渗透率突出两相流瓦斯压力梯度瓦斯渗透力

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煤层渗透性对煤与瓦斯突出的影响规律试验研究

煤层渗透性对煤与瓦斯突出的影响规律试验研究

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作者：王奕博中国矿业大学

学位级别：硕士

煤与瓦斯突出是严重威胁矿井安全生产的一种动力灾害,同时是一个极为复杂的过程。随着深部资源开采逐渐常态化,煤层的赋存条件日益复杂,高瓦斯和突出矿井的数量不断增加,突出灾害造成的经济、人员损伤不可估量。煤层的渗透性对于煤-瓦... 详细信息

煤与瓦斯突出是严重威胁矿井安全生产的一种动力灾害,同时是一个极为复杂的过程。随着深部资源开采逐渐常态化,煤层的赋存条件日益复杂,高瓦斯和突出矿井的数量不断增加,突出灾害造成的经济、人员损伤不可估量。煤层的渗透性对于煤-瓦斯所组成耦合系统的稳定性起着决定性作用,因此本文利用实验室煤与瓦斯突出物理模拟装置展开不同渗透性条件下的突出试验,对突出过程中煤层及巷道的温度压力变化、煤层的声发射信号、两相流的运移、相对突出强度及突出煤粉粒径分布等情况进行对比分析,探究煤层渗透性对突出的影响机制。本文的主要结论如下:(1)突出发生之后煤层气压迅速降低,距突出口越近,泄压越早,随着渗透率的增大,煤层泄压时间明显下降,表明突出动力现象持续时间变短;煤层温度的变化相比于气压有明显的滞后,渗透率越低,突出过程中煤层温度下降量越大、下降时间越久;突出动力现象结束后,煤层瓦斯仍在持续缓慢解吸。(2)在突出发生前0.5s内再次产生声发射信号,这起到了一定的预警作用。突出发生时,AE计数和AE能量达到峰值,煤层气压泄压至大气压力后的一段时间内也会持续采集到声发射信号,说明煤层内部仍在产生裂隙;分析声发射信号发现煤层内部的破碎程度大于突出口附近,这表明突出是一个由突出口向煤层内部发展的动力过程;渗透率越低,突出发生时煤层破裂程度越高。(3)突出发生时巷道内开始产生冲击波并以正负压交替状态传播,渗透率越低,冲击波超压在负向压区的时间越久。4组试验中(渗透率分别为1.38、6.69、7.34和9.10m D)超压峰值和波阵面速度分别在距突出口2～6m处达到6.20、4.34、4.02和5.15k Pa,342.6～349、342.3～346.2、340.9～345.8和342～347.4m/s,表明该区域为重点防护区域;巷道温度在突出发生后的短暂时间内有少量的上升,之后迅速降低,最终缓慢回升至环境温度,当突出现象终止后的一段时间内巷道温度仍在降低,说明煤层和突出煤体仍在解吸瓦斯;突出过程中,两相流整体运移过程可以分为加速阶段和加减速循环阶段,但加速阶段之后总体流速仍是在下降。3组试验中(渗透率分别为1.38、6.69和9.10m D)煤粉流分别在0.067、1.67和4s内运移了1.713、3.43和6.34m,速度达到峰值31.98、26.19和20.10m/s,表明渗透率越低,煤粉流速度峰值越大。(4)突出煤粉在集尘袋中的质量远大于巷道沉降质量,巷道中大颗粒煤粉主要沉降在前部,小粒径煤粉主要沉降在中后端;承压瓦斯会对突出煤粉进行破碎,突出煤粉在巷道前端的破碎率最高;4组试验中,渗透率越大,突出煤体质量和相对突出强度逐渐降低,分别为15.126、8.93、7.602和2.193kg,75.6%、44.6%、38%。拟合发现,相对突出强度和煤层渗透率呈负指数关系,即煤层渗透率越高,相对突出强度越小,表明在该试验条件下继续增大煤层渗透率可能不再发生突出。(5)综合试验结果和前人成果对煤层渗透性影响突出的机制进行了研究分析,认为渗透性低的煤层突出危险性远大于高渗透性煤层,在都发生突出的情况下,低渗透性煤层的相对突出强度也更大;初步认为煤层渗透性可作为现场突出预测预警的一个新指标,同时在矿井的实际生产中,可以利用开采保护层、水力增透等措施来增大煤层渗透性,优化矿井安全生产环境,预防突出的发生。该论文有图37幅,表13个,参考文献93篇.

关键词：煤与瓦斯突出煤层渗透性突出两相流相对突出强度突出预测预警

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