煤与瓦斯突出诱导矿井风流灾变规律研究

采用现场突出案例分析、理论研究、数值模拟和实验室实验相结合的方法，深入研究突出瓦斯气流与矿井通风网络的灾变耦合机制，建立突出冲击气流传播和突出瓦斯运移的非稳态场模型以及矿井灾变风流的非稳态网络模型，在确定突出煤量（突出强度）与突出瓦斯量之间关系的基础上，揭示不同突出强度（突出瓦斯量）条件下突出冲击气流逆流规律及矿井风流灾变紊乱规律，从而为突出矿井安全防护与抗灾系统设计、灾变通风以及突出事故应急预案的制定提供理论依据，对突出矿井抗灾救护及有效防止二次灾害事故的发生具有重要的理论和现实意义。

本项目采用现场突出案例分析、理论研究、数值模拟和实验室实验相结合的方法，提出了基于突出煤卸压瓦斯解吸实验规律以及突出煤量（突出强度）与突出瓦斯量之间统计规律的突出瓦斯量估算方法，研究了煤与瓦斯突出灾变时期突出瓦斯气流与矿井通风网络的灾变耦合机制。建立了突出冲击气流传播及突出瓦斯运移的非稳态场模型，模拟分析了不同条件下突出冲击气流传播规律及突出瓦斯运移规律；分析了突出瓦斯气流产生瓦斯风压和附加动力进而诱导矿井风流灾变的机理，建立了突出灾变时期矿井风流非稳态网络模型与瓦斯传质网络模型，通过非稳态流动风网模拟，系统分析了突出灾变时期矿井风流紊乱规律以及瓦斯在风网中的动态分布规律；建立了突出瓦斯气流诱导井巷风流紊乱的实验系统，通过控制不同的实验条件，实验研究了瓦斯气流诱导井巷风流紊乱的规律。研究结果表明：煤与瓦斯突出发生后，突出冲击气流在传播过程中是不断衰减的，瓦斯对流输运速度小于冲击气流传播速度；当突出瓦斯气流涌入上行通风巷道时，容易引起其并联旁侧支路风流逆转，为防止旁侧支路风流发生逆转，应保持矿井主要通风机的正常运转，避免在外部系统采取增阻措施，另外在存在瓦斯风压的分支上采取增阻措施，也可起到稳定旁侧支路风流的作用；当突出瓦斯气流涌入下行通风巷道时，不会导致其旁侧支路风流逆转，但可能引起该巷道本身风流反向，从而导致大量瓦斯逆流进入其旁侧分支甚至上部进风水平，扩大突出事故的波及范围，同时由于下行通风巷道产生负的瓦斯风压，不利于其内瓦斯的排出；下行通风巷道瓦斯风压越大，该巷道本身发生风流反向的可能性越大，此时若矿井主要通风机风压越大，则风流恢复所需的时间越短。最后结合现场典型突出案例，对理论分析、数值模拟以及实验研究结果进行了综合验证分析。本项目研究揭示了突出灾变时期突出冲击气流传播逆流规律及矿井风流灾变紊乱规律，可为突出矿井安全防护与抗灾系统设计、灾变通风以及突出事故应急预案的制定提供理论依据，对突出矿井抗灾救护及有效防止二次灾害事故的发生具有重要的理论和现实意义。