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基于多区组合煤体的煤与瓦斯突出动力学机制
1
作者 李峰 王琛琛 +3 位作者 王博 荆亚东 闫正旭 张民波 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期12-24,共13页
煤与瓦斯突出(以下简称“突出”)严重影响煤炭安全开采,其背后涉及的众多科学问题仍未解决。为降低煤体力学性质各向异性对突出研究的困扰,构建多区组合煤体模型;基于上覆岩层应力分布特征及应力波传播机制确定“弱区”煤体位置,将研究... 煤与瓦斯突出(以下简称“突出”)严重影响煤炭安全开采,其背后涉及的众多科学问题仍未解决。为降低煤体力学性质各向异性对突出研究的困扰,构建多区组合煤体模型;基于上覆岩层应力分布特征及应力波传播机制确定“弱区”煤体位置,将研究对象由“突出中心体”具体为“弱区”。由于外部动载扰动是导致突出的激发条件,采用冲击试验研究应力波在层状组合煤岩体中的传播规律,构建组合煤岩体应力-应变本构模型。进而明确卸载波作用下,煤体轴向多层层裂是煤体质点内撞击形成加载冲击波在自由面反射形成拉应力波导致的;煤体径向平面,由于泊松效应形成卸载波追赶塑性加载波的情形,生成多个径向裂隙及环向裂隙,得到煤体层裂片厚度动态演化规律。从而明确在外部动载扰动下,煤体“弱区”最先破坏,轴向产生多层层裂、径向平面产生多个径向及环向裂隙的三维损伤路径。基于此,提出一种基于多区组合煤体的突出动力学机制,将突出划分为准备、启动、发展、终止四个阶段。突出准备阶段,煤体上覆岩层应力转移、集中,高瓦斯压力梯度形成,为后续煤体失稳破坏创造条件;突出启动阶段,煤体受外部动载扰动,轴向“弱区”煤体最先发生破坏、形成多层层裂,径向平面形成多个径向及环向裂隙;突出发展阶段,吸附态瓦斯解吸与游离态瓦斯积聚形成高压瓦斯抛出煤体,导致突出继续向深部煤体发展,形成二次损伤;突出终止阶段,积聚形成的瓦斯压力低于煤体抗拉强度,形成稳定的纺锤形突出腔体,突出终止。该机制初步解释了突出过程中“响煤炮”“口小腔大”突出孔洞等动力现象成因,为矿井防突工作提供了新思路。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 多区组合煤体模型 弱区 应力波 层裂 突出动力学机制
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矿井灾变时期气囊密闭技术的研究与优化
2
作者 王悦 荆亚东 +1 位作者 李峰 王光昊 《煤炭技术》 CAS 2024年第6期178-182,共5页
为探究气囊密闭工艺在矿井发生灾变过程中的密闭工艺效果,以唐山开滦实验巷道为工程条件,运用Fluent数值软件,结合快速气囊密技术,研究了不同火灾发展阶段下灾区爆炸危险气体的变动特性以及运移规律,分析了快速气囊密闭的工艺效果,并针... 为探究气囊密闭工艺在矿井发生灾变过程中的密闭工艺效果,以唐山开滦实验巷道为工程条件,运用Fluent数值软件,结合快速气囊密技术,研究了不同火灾发展阶段下灾区爆炸危险气体的变动特性以及运移规律,分析了快速气囊密闭的工艺效果,并针对现有工艺进行了进一步的优化和设计。结果表明:灾区内上隅角CH_(4)浓度最高,气囊密闭具有封堵速度快、气密性好的特性,能在5 min内完成巷道的完全封堵,漏风率控制在5%以内,同时快速气囊密闭使得通风量急剧减少,CH_(4)积聚速度变快,氧气扩散较慢,未形成爆炸危险区域。利用PLC控制方式和远程遥控手段优化现有气囊密闭工艺,实现了远程控制。 展开更多
关键词 矿井火灾 快速气囊密闭 瓦斯防爆 气体运移 远程控制
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卸压条件下松软煤层水力造穴瓦斯治理技术及效果分析
3
作者 崔伟杰 荆亚东 李峰 《煤炭技术》 CAS 2024年第6期194-199,共6页
为探究松软煤层切眼掘进过程中存在的瓦斯抽采效率低,瓦斯异常突出、瓦斯浓度频繁超限等问题,提出了松软煤层中上覆关键层分段水力压裂与煤层水力造穴相结合的立体瓦斯治理方法,借助COMSOL软件,分析了不同覆岩条件和水力造穴间距对于瓦... 为探究松软煤层切眼掘进过程中存在的瓦斯抽采效率低,瓦斯异常突出、瓦斯浓度频繁超限等问题,提出了松软煤层中上覆关键层分段水力压裂与煤层水力造穴相结合的立体瓦斯治理方法,借助COMSOL软件,分析了不同覆岩条件和水力造穴间距对于瓦斯抽采的效果。同时,基于山西某矿8003切眼工作面进行现场试验,验证了瓦斯抽采效果,有效解决了松软煤层掘进过程中瓦斯抽采效率低、瓦斯异常突出等动力现象频发的问题,整体提升了松软煤层掘进工作面瓦斯治理水平。 展开更多
关键词 松软煤层 切眼掘进 水力压裂 水力造穴 瓦斯抽采
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20L球型爆炸装置气液输送管段结构的优化设计
4
作者 李峰 张晨雨 +3 位作者 王悦 王博 张梦雨 荆亚东 《高压物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期175-186,共12页
以20 L球型爆炸装置中的气液输送管段为研究对象,结合数值模拟方法,分析了气液输送管段中气液两相流的流型结构和截面含气率特性,基于此对气液输送管段的曲率半径和水平管段长度进行优化设计。结果表明:在0.6 MPa压力下,C_(6)H_(14)、C_... 以20 L球型爆炸装置中的气液输送管段为研究对象,结合数值模拟方法,分析了气液输送管段中气液两相流的流型结构和截面含气率特性,基于此对气液输送管段的曲率半径和水平管段长度进行优化设计。结果表明:在0.6 MPa压力下,C_(6)H_(14)、C_(7)H_(16)、C_(8)H_(18)和C_(10)H_(22)均可以形成稳定的环状流;随着压力升高,C6H14和C7H16的流型结构有趋于不稳定的趋势。在0.6~0.9 MPa压力下,当气液输送管段曲率半径为34 mm、管段长度在200~300 mm之间时,大部分液相呈膜状沿管壁运动,且液膜分布较均匀;气相在管段中心处高速流过,具有良好的气芯,形成的环状流流型结构更稳定。对气液输送管段的优化设计可使爆炸特性的测量更精确,也可为研究可燃液体燃料爆炸问题及工程设计提供参考。 展开更多
关键词 20 L爆炸装置 多相流 气液输送管道 爆炸特性
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