裂隙尺度主控作用下深部采场瓦斯与煤自燃耦合灾害驱动机理及治理技术
程健维
中国矿业大学 安全工程学院,江苏 徐州 221116
摘要：深部资源开采过程中,各类灾害往往呈现群发性、关联性特征,相互作用、叠加影响严重,传统防治手段已难以应对.围绕深部采场灾害防控的核心科学问题,系统梳理了多尺度裂隙在深井采场的表现形式与分布特征;通过引入Knudsen数划分自由分子流、滑移流与连续介质流等不同流态区间,揭示裂隙尺度对层流-湍流转化、摩擦生热及对流换热效率的主导性影响;结合Darcy与Forchheimer渗流模型及对流换热关系式,构建"裂隙尺度-渗透率-流速-热流密度-温度场"的多级传递链,推导层流与湍流条件下的热量传递增强系数,从数学模型角度阐明了裂隙尺度对流态与热质迁移的调控机制.研究表明:在应力场、渗流场、裂隙场、温度场耦合孕育深井灾害的过程中,裂隙场为主导性一级场,其余场均为受其调控的二级场,据此提出"裂隙场是驱动灾害演进的本原,尺度效应是灾害孕育主导控制参量"的新观点.基于此,以深井典型场景下瓦斯与煤自燃耦合灾害为例,提出了主动调控裂隙尺度的灾害防控技术思路,通过液相封堵材料和无机注浆堵漏材料的应用,由渗流速度与氧浓度共同组成的易自燃区域明显缩小,区域内渗流速度明显下降,瓦斯抽采钻孔周围的漏风状况得到改善,在最优注浆位置下复合危险区面积减少 746 m2,采空区流场结构进一步优化.工程实践表明,液相封孔材料、无机注浆堵漏充填材料可调控裂隙场尺度分布,改变流场传质与传热特性,实现对灾害演进路径的主动干预与进程控制.
关键词：裂隙尺度深井采场瓦斯与煤自燃耦合灾害孕育机理灾害防控
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52474268)
论文发表日期：2026-02-20
在线出版日期：2026-03-19（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 1-14 )
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