煤炭学报

作者：杨雪林, 文光才, 孙海涛, 闫发志, 程晓阳, 曹偈, 杨慧明, 郑普方, 杨梅,

关键词：煤与瓦斯突出, 瓦斯膨胀能, 瓦斯压力, 突出强度, 能量耗散,

煤与瓦斯突出是一种煤矿开采过程中伴随复杂能量释放的动力灾害。为量化研究其动力效应和能量耗散特征，以龙滩煤矿典型突出煤样为研究对象，利用自主研发的煤与瓦斯突出模拟试验系统，研究了瓦斯压力、装煤量对突出强度的影响规律，并通过多元线性回归建立了突出煤量的预测模型。结果表明：瓦斯压力的增加显著缩短腔体压力释放时间(从0.789 s降至0.232 s)，并提高了突出煤−瓦斯两相流阵面峰值速度(从8.73 m/s增至51.52 m/s)，显著加剧了煤体的破碎程度，等效粒径从330 μm降至192 μm，新增表面积从1.495 m2/kg增至9.662 m2/kg；装煤量的增加延长了压力释放时间(延长51%)，同时提升了突出煤量(由25.25 kg增至40.74 kg)。多元线性回归模型表明，突出煤量(B)与初始瓦斯压力(P0)、装煤量(M)呈高度线性关系(拟合系数R2=0.96)，回归方程为B=10.146+26.62P0+0.41M。突出过程中煤体吸附瓦斯膨胀能仅有6.5%～15.0%参与了突出做功(用于破煤和抛煤)，其他能量以瓦斯的缓慢涌出的形式而耗散。参与突出做功的瓦斯膨胀能中约90%的能量用于煤体破碎，剩余约10%用于煤体抛出。瓦斯压力对膨胀能的转化有决定性作用，随瓦斯压力增大，参与突出做功的吸附瓦斯膨胀能越大，突出煤量增大。而随着装煤量增大，总体吸附膨胀能增大，但参与突出做功的膨胀能占比不变，尽管突出煤量增大，但相对突出强度不变。

来源：2025年第9期

《煤炭学报》期刊编辑部

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