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总第230期山西化工Total230

2025年第1期ShanxiChemicalIndustryNo.1,2025

工程技术D0I:10.16525/14-1109/tq.2025.01.072

煤与瓦斯突出两相流成形传播特性及对反向风门破坏分析

关建军，李军伟

（山西陵川崇安关岭山煤业有限公司，山西晋城048000）

摘要：随着煤层采掘深度加深，煤与瓦斯突出问题日趋严重，灾害成因机理和突发事件防治显得尤为重要。基于

此,从两相流角度对煤与瓦斯的成形及传播特性进行研究,并分析了其对反向风门的破坏机理。研究发现：冲击波对

物体的破坏效应主要与其作用对象上的超压和冲量有关，冲击波对反向风门的破坏效应不仅与其作用情况有关，而

且还受反向风门材质、形状和强度等因素制约。该研究成果可为煤与瓦斯灾害防治和放突风门设计提供参考。

关键词：煤与瓦斯突出；气固两相流；反向风门

中图分类号：TD713文献标识码：A

0引言kJ/t;A2为突出冲击波初始能量,kJ/t。

近年来，随着煤层开采深度的不断加深，煤与瓦1.1.1煤体弹性潜能

斯突出防治依旧是当前所面临的挑战,时刻影响着矿假设煤体为均质，且考虑地应力作用,则煤体弹

井的安全生产作业。当发生煤与瓦斯突出事故时,反性潜能W,可表示为式(2)[7]:

向风门一旦破坏失效,瓦斯逆流和喷涌而出的煤粉颗W,=(1.64-1.09u)H

×10-3.(2)

粒流将无法被阻挡，严重威胁井下设备及作业人员的Ep

安全。式中:E为煤的弹性模量,MPa;p为煤的密度,t/m²;μ

诸多学者从煤与瓦斯冲击波的传播规律及其对为煤的泊松比;H为煤层埋深,m。

通风设施的破坏失效方面进行了研究。程亮等[1研究1.1.2煤体瓦斯膨胀能

煤体突出发生之前，内部压力较大，存储大量膨

发现,造成煤与瓦斯突出的因素复杂多样,难以通过

常规手段进行预测，且突出过程中煤－瓦斯两相流沿胀能。突出发生时,膨胀能一部分用于破碎煤体和搬

运突出物,另一部分使突出向煤体内部延伸。故参与

巷道进行灾害运移。慕甜、钟珍等[2-3]基于自主研制的

膨胀做功的瓦斯分为游离态和吸附态两种。其中,游

瓦斯突出试验平台,系统地研究了冲击波在巷道中的

传播规律及两相流条件下煤粉的运移特征。刘三钧[4离态占比较大。瓦斯膨胀能W²表示为式(3)：

研制了一种新型防逆风窗装置,可以有效阻挡风流的W2=W21+W22(3)

式中：W21为游离态瓦斯膨胀能,MJ/t;W2为吸附态瓦

逆向效果。徐界泽、陈德勇等[5-6]基于仿真模拟,研究

斯膨胀能,MJ/t。

了不同体积爆炸气体对风门的破坏效果，并计算了极

两种状态膨胀能的表达式如式(4)[8]：

限挠厚比。