煤与瓦斯突出过程中动力效应及能量耗散特征量化研究
杨雪林1
文光才2
孙海涛2
闫发志3
程晓阳2
曹偈2
杨慧明2
郑普方3
杨梅3
1.太原理工大学安全与应急管理工程学院,山西 太原 030024;煤矿灾害防控全国重点实验室,重庆 400037;中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯研究分院,重庆 4000372.煤矿灾害防控全国重点实验室,重庆 400037;中煤科工集团重庆研究院有限公司瓦斯研究分院,重庆 4000373.太原理工大学安全与应急管理工程学院,山西 太原 030024
摘要：煤与瓦斯突出是一种煤矿开采过程中伴随复杂能量释放的动力灾害.为量化研究其动力效应和能量耗散特征,以龙滩煤矿典型突出煤样为研究对象,利用自主研发的煤与瓦斯突出模拟试验系统,研究了瓦斯压力、装煤量对突出强度的影响规律,并通过多元线性回归建立了突出煤量的预测模型.结果表明:瓦斯压力的增加显著缩短腔体压力释放时间(从 0.789 s降至 0.232 s),并提高了突出煤-瓦斯两相流阵面峰值速度(从8.73 m/s增至51.52 m/s),显著加剧了煤体的破碎程度,等效粒径从 330 μm降至 192 μm,新增表面积从 1.495 m2/kg增至 9.662 m2/kg;装煤量的增加延长了压力释放时间(延长 51%),同时提升了突出煤量(由 25.25 kg增至 40.74 kg).多元线性回归模型表明,突出煤量(B)与初始瓦斯压力(P0)、装煤量(M)呈高度线性关系(拟合系数R2=0.96),回归方程为B=10.146+26.62P0+0.41M.突出过程中煤体吸附瓦斯膨胀能仅有 6.5%～15.0%参与了突出做功(用于破煤和抛煤),其他能量以瓦斯的缓慢涌出的形式而耗散.参与突出做功的瓦斯膨胀能中约 90%的能量用于煤体破碎,剩余约 10%用于煤体抛出.瓦斯压力对膨胀能的转化有决定性作用,随瓦斯压力增大,参与突出做功的吸附瓦斯膨胀能越大,突出煤量增大.而随着装煤量增大,总体吸附膨胀能增大,但参与突出做功的膨胀能占比不变,尽管突出煤量增大,但相对突出强度不变.
关键词：煤与瓦斯突出瓦斯膨胀能瓦斯压力突出强度能量耗散
分类号：TD713(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52474276)国家自然科学基金(52274246)天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项资助项目(2024-2-TD-CYD003)
论文发表日期：2025-09-27
在线出版日期：2025-10-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 4207-4222 )
英文信息