碎煤初期解吸瓦斯对煤与瓦斯突出动力效应影响的试验研究
曹偈1
胡千庭2
赵旭生3
孙海涛4
戴林超3
1.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 400037;重庆大学资源与安全学院,重庆 4000302.重庆大学资源与安全学院,重庆 4000303.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 4000374.煤矿灾害防控全国重点实验室,重庆 400037
摘要：煤与瓦斯突出时快速涌出的大量瓦斯是突出冲击波、突出煤-瓦斯两相流等动力效应产生的重要原因,为明确解吸瓦斯对突出动力效应的影响机制,开展了不同气压及吸附/非吸附性气体条件下的突出动力效应物理模拟试验,分析了瓦斯对突出冲击波、突出煤-瓦斯两相流运移特征参数的影响,定义了可反应突出碎煤颗粒群瓦斯解吸速率的"瓦斯解吸等效粒径",结合气体扩散动力学理论构建了突出煤初期解吸瓦斯膨胀能模型,从能量来源角度探讨了解吸瓦斯的作用机制.结果表明:由于突出冲击波形成时间极短(几毫秒),煤中解吸瓦斯对冲击波的影响有限;气体压力对突出冲击波的影响较为显著,随气体压力的增加,超压峰值逐渐增大且其沿巷道衰减呈增大趋势;而突出强度随瓦斯压力及气体吸附能力的增大而增大,CO2 试验条件下突出煤质量为He试验条件下的1.4倍.将突出动力效应的能量耗散分为破碎功、抛出功及突出冲击波耗散的能量,低气压条件下,能量耗散以破碎功为主(0.3 MPa占比达 73.9%);随气体压力增大、吸附能力增强,抛出功所占比例逐渐增大;突出冲击波耗散的能量占比基本小于 10%.突出煤的解吸瓦斯对突出动力效应做功的能量贡献率在 33%～90%,随气体压力及气体吸附性能的增大而增大.建立了基于瓦斯解吸等效粒径概念的碎煤初期解吸瓦斯膨胀能模型,利用模型计算得到突出煤在突出持续过程的解吸瓦斯膨胀能全部参与了突出动力效应做功.探讨了不同因素对突出煤解吸瓦斯膨胀能的影响:瓦斯解吸等效粒径对突出煤解吸瓦斯膨胀能影响最为显著,突出煤解吸瓦斯膨胀能随等效粒径减小先缓慢增加,当等效粒径减小到 0.5 mm后显著增大,由此应力也能通过影响煤岩破碎程度影响瓦斯膨胀能的释放;突出煤解吸瓦斯膨胀能随吸附气体压力、初始扩散系数的增大而增加,增加幅度逐渐减小;随瓦斯含量的增大几乎呈线性增长关系.
关键词：煤与瓦斯突出动力效应解吸瓦斯能量等效粒径
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(52104239)国家自然科学基金(52474276)天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项资助项目(2023-2-TD-ZD001)
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：17( 4260-4276 )
英文信息