煤炭学报

作者：许江, 程亮, 彭守建, 周斌, 魏仁忠, 杨海林, 李奇贤,

关键词：煤与瓦斯突出, 冲击气流, 瓦斯压力, 地应力, 运动特征, 冲击力,

为充分认识煤与瓦斯突出冲击气流的形成机理及其传播特征，基于气-固耦合作用下的煤与瓦斯突出物理模拟试验结果，结合气体动力学理论，建立冲击气流的形成及其运移模型，并应用于煤与瓦斯突出冲击气流数值模拟分析。结果表明：煤层瓦斯压力和应力下降过程中皆存在阶段性平稳或回升现象，说明能量的释放是分阶段完成的；煤层应力的变化主要集中在卸压区、应力集中区和过渡区，其中，最大主应力的下降量和下降百分比皆高于最小主应力；当煤层瓦斯压力为2.0 MPa时，巷道内冲击气流速度可超过300 m/s，煤粉流速度受气体曳力带动可达70 m/s；冲击气流速度远大于煤粉流速度，存在气流先行煤粉滞后的现象，由此将煤与瓦斯突出过程划分为单相气流阶段和煤-瓦斯两相流阶段；巷道断面冲击力呈现出不均匀的分布特征，其部分区域出现了冲击力陡增现象；随距离的增加，强冲击力有从断面中心向外部扩展的趋势；冲击气流的流动状态与煤层瓦斯压力、突出孔洞形貌特征有直接关联；冲击气流呈射流状，在射流中会周期性地出现膨胀波区和压缩波区，同时，射流截面会出现周期性的先扩大后缩小现象，从而导致射流边界上下起伏呈波纹状；在冲击气流运移过程中通过其速度演化可划分出高速射流区、平稳运移区和回流区，回流区内存在旋涡；冲击气流受膨胀-压缩波系的影响分别会在巷道内形成楔形真空区和锥形压缩区，其静压分别处于负压状态和正压状态。

来源：2022年第1期

《煤炭学报》期刊编辑部

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