采空区可燃气体爆炸冲击灾害动力学研究

In recent years, mine closed a large area goaf occurred some accidents. For the characteristics of goaf explosion hidden，explosive features fuzzy and destructive strong, it's difficult to prevent and treat. It's a serious threat to the life safety of miner and mine production safety. According to the environment of combustible gas accumulation and explosion in goaf complex porous media, first, adopting the experiment table of coal spontaneous combustion study the producing law of combustible gases at different temperatures, build the quantitative model of goaf space combustible gas accumulation combined with observation results. Secondly, adopting the system of variable volume mixed gas explosion test study the explosive conditions and Influencing factors of goaf combustible gas, and Using FLACS software study the propagation characteristics of goaf porous media combustible gas. Finally, we established the dynamic model of explosive impact disasters of goaf gas by theoretical analysis, and determined the key parameters of resistance impact of goaf closed wall for the safe design of goaf closed wall providing a basis. The project study has important scientific significance and practical value to prevention explosive impact disasters of goaf combustible gas.

近年来，矿井封闭的大面积采空区发生多起可燃气体爆炸冲击灾害事故，由于采空区爆炸隐蔽性强、爆炸特征模糊、破坏性强等特征，防治难度大，严重威胁着矿工的生命安全和矿井生产。本课题针对采空区复杂多孔介质中可燃气体积聚和爆炸环境，首先，采用煤自发火实验台研究煤在不同温度下可燃性气体的产生规律，结合现场观测结果，构建大面积采空区可燃性气体积聚的量化模型；其次，利用可变容混合气体爆炸试验系统研究采空区可燃气体爆炸的条件和影响因素，应用FLACS软件研究采空区多孔介质可燃性气体爆炸传播特性；最后，通过理论分析，建立采空区内气体爆炸冲击灾害动力学模型，确定采空区密闭墙抗冲击的关键参数，为采空区内闭墙安全设计提供依据。项目的研究对防治采空区可燃性气体爆炸冲击灾害有科学意义和实用价值。

矿井部分采区生产结束并封闭后，连成一片的大面积采空区，由于矿震、自燃和其它灾害引发采空区有害气体涌入矿井，对矿井安全生产威胁越来越严重。课题在研究采空区有害气体产生和积聚规律的基础上，分析了从采空区气体的爆炸环境，采用多元爆炸性混合气体爆炸试验装置系统研究了采空区爆炸冲击特性。建立封闭大空间多组份气体爆炸的力学模型，分析了采空区气体爆炸传播特性。计算采空区永久密闭的强度，提出采空区气体防冲击密闭的结构设计参数和不同情况下密闭墙的构建方法，为研究现场可行的采空区可燃气体控制技术奠定了基础。主要研究结论：1）确定了兖州矿区3层煤采空区可燃气体主要来源于松散煤体氧化自热，其产生量与煤温和氧气浓度有关。2）提出了封闭采空区内气体处于微作用力下的弱平衡状态，易受采空区周边压能分布、热力风压及大气压力变化等因素的影响，得出了这些影响因素与采空区可燃气体分布、运移和涌出的关系，为合理地控制采空区气体运移奠定了基础。3）实验研究了煤氧化自热过程中有害气体的产生规律，分析了低瓦斯矿井采空区浮煤自燃引发局部气体燃爆的条件和环境，测试了煤氧化自热产生的、以CH4为主的、多元可燃可爆性混合气体的爆炸特性，建立了采空区封闭空间的矿井瓦斯爆炸模型，测算出不同条件下的爆炸冲击压力。4）提出了采空区可燃气体爆炸冲击灾害控制技术，确定了以柔性与刚性相结合的密闭墙构建方式，设计的钢筋混凝土密闭墙结构，具有足够抗冲击强度和气密性能，有效杜绝了大面积采空区浮煤自燃与可燃气体爆炸冲击灾害。