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试验研究总第131期

do:i10.3969/.jissn.1005-2798.2010.08.003
煤与瓦斯突出冲击波传播规律实验研究

魏建平,朱会启,温志辉,潘少杰
(河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室,河南焦作454000)

摘要:利用自主设计加工的实验系统,模拟煤与瓦斯突出。以空气动力学基本理论为指导,对突出冲击
波在直线和拐弯巷道传播时的实验数据进行分析,得出了突出冲击波在直线和拐弯巷道中的传播规律。
关键词:煤与瓦斯突出;冲击波超压;瓦斯压力;直角拐弯巷道
中图分类号:TD713文献标识码:A文章编号:10052798(2010)08001103

CoalandGasOutburstShockWavePropagationExperiments

WEIJianping,ZHUHuiq,iWENZhihu,iPANShaojie
(KeyLaboratoryofGasGeologyandGasControl,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454000,China)

Abstract:Usingself-designedandfabricatedexperimentalsystems,Simulatedcoalandgasoutburst,Totheguidanceofthebasic
theoryofaerodynamics,AnalysisofexperimentaldataOncoalandgasoutburstshockpropagationinstraightandturningroadway,
FoundthatpropagationofShockwaveonthecoalandgasoutburstinStraightandbendinthetunne.l
Keywords:coalandgasoutburst;overpressure;gaspressure;rightanglebendtunnel

煤与瓦斯突出(简称突出)在很短时间(几分钟)突出实验装置[6](包括煤样室、变压室和实验管
内从煤体喷出煤与瓦斯,它是具有剧烈力能效应的动道);第二部分为数据采集系统。突出实验装置和实
力现象[1],它往往摧毁矿井设施、破坏井下通风系统,验管道主要实现模拟突出及突出后煤与瓦斯气流在
能造成人员窒息、煤流埋人,冲击波伤人,并有可能引管道中的传播,数据采集系统主要实现对冲击波超
起瓦斯爆炸事故。煤与瓦斯突出对井下生产安全造压信号的采集与处理。
成严重威胁。随着我国开采深度加深,开采地质条件
的复杂性增加,煤与瓦斯突出灾害越来越明显。
国内外针对煤与瓦斯突出进行过一维[2]、二
维[3]、三维[4]的模拟实验,这些实验着重对煤与瓦斯
发生的机理进行研究,而对突出后产生的冲击波问
题研究较少,由于煤与瓦斯突出机理比较复杂,在目
前无法治本的情况下,开展煤与瓦斯突出冲击波的
研究,对矿井制定应急预案,防止突出灾害范围扩大图1突出试验装置及试验管道系统
以及对突出事故的风险评估具有重大意义[5],煤与1.2实验实现突出原理
瓦斯突出机理、煤体瓦斯压力在突出过程中是最为如图1,第一段为煤样室,第二段为变压室,第
关键的因素,所以在本实验中,着重对瓦斯压力实现三段为开口管道,三段管道之间用法兰连接,法兰中
突出进行模拟。加入耐压薄膜;实验中对煤样室、变压室分别充入

p2、p1气体压力,开口管道压力为大气压p0,要求p2
1实验系统概述
与p1,p1与p0之间的压力差小于膜的破坏压力,p2

1.1实验系统与p0之间的压力差大于膜的破坏压力,突出时对变
实验系统由两部分组成(如图1):第一部分为压室加压达到薄膜耐压强度,击破薄膜,变压室压力

下降到p0,由于p2与p0之间的压力差大于膜的破坏
收稿日期:20100408
作者简介:魏建平(1971-),男,河南遂平人,博士,教授,硕士生导师,主要从事煤矿瓦斯灾害预测与防治方面的研究。
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2010年8月魏建平等:煤与瓦斯突出冲击波传播规律实验研究第19卷第8期
压力,在此作用下,煤样室与变压室之间的薄膜也被处)在3.4m处产生的超压值为204kPa,直线巷道
击破,实现突出。为105kPa,从产生的超压来看,直角拐弯巷道超压
模拟突出实验利用分段压差原理设计,一是能值比直线巷道增加了约一倍,这说明突出冲击波初
够保证煤体具有较高的瓦斯压力,密封性较好,实现始超压受巷道拐弯的影响,其超压值明显增大。
突出时也能大幅减少突出能量损失,提高实验精确
性;二是使模拟突出过程更能反映矿井下的煤体瓦
斯压力分布状况。
1.3实验过