为了解煤与瓦斯突出发生后,突出冲击气流沿巷道的传播特征,利用数值模拟软件Fluent模拟了煤与瓦斯突出后巷道内流场的分布规律.与实际案例现象对比验证,证实了数值方法的可行性.模拟结果表明:发生煤与瓦斯突出后,首先形成高速运动的突出冲击气流,然后是被瓦斯气体"裹挟"的煤与瓦斯气固两相流,高浓度瓦斯气体充满整个巷道空间,严重威胁人身安全.

为了研究煤与瓦斯突出后的致灾特征,首先通过现场调研初步介绍煤与瓦斯突出发生后巷道内的变化情况;其次根据现场资料构建了煤与瓦斯突出物理模型,即煤与瓦斯突出发生后,高压瓦斯气体急剧膨胀压缩巷道内的空气,形成突出冲击波以及突出冲击气流,巷道内的设施以及工作人员首先受到的是突出冲击气流的冲击,紧接着被突出煤流掩埋;最后利用自主搭建的煤与瓦斯突出可视化模拟实验装置开展了突出实验,对构建的煤与瓦斯突出物理模型进行验证.

为研究瓦斯压力对煤与瓦斯突出冲击波传播的影响,自主研制了一套突出煤—瓦斯两相流模拟实验系统,开展了不同瓦斯压力条件下的煤—瓦斯两相流运移规律模拟实验,实现了对突出过程巷道内突出煤—瓦斯两相流运移的可视化监测.实验结果表明:煤与瓦斯突出是一个从突出口开始迅速向煤体内部发展的动力过程,期间瓦斯压力存在多次上下波动;突出过程中巷道内的冲击波超压呈现正压相与负压相交替变化的局面,同时冲击波超压特征值随初始瓦斯压力的增大而呈对数函数递增趋势;冲击波超压在巷道中传播是一个不断衰减的过程,前期衰减较慢,后期衰减加快.

为研究煤粉粒径对煤与瓦斯突出冲击波传播特征的影响,自主研制了一套突出粉煤—瓦斯两相流模拟实验系统,开展不同煤粉粒径条件下的突出模拟实验,突出过程中实时监测模拟巷道不同位置冲击波超压随时间的变化规律.实验结果表明:在各监测点冲击波超压呈现正相与负相交替变化的格局,冲击波超压峰值与突出腔体内煤粉粒径呈正相关关系;突出冲击波在巷道内的传播速度也受煤粉粒径的影响,即煤粉粒径越小,冲击波传播速度越小,且冲击波传播速度沿着巷道呈衰减趋势.