堅硬砂岩頂板失穩摩擦效應與採空區瓦斯爆燃機理研究

《堅硬砂岩頂板失穩摩擦效應與採空區瓦斯爆燃機理研究》是依託山東科技大學，由秦廣鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：堅硬砂岩頂板失穩摩擦效應與採空區瓦斯爆燃機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：秦廣鵬
• 依託單位：山東科技大學

項目摘要

堅硬砂岩頂板與瓦斯在我國煤礦中普遍存在。近年來，我國煤礦發生過多起因岩層失穩運動引發採空區瓦斯爆炸和燃燒事故，尚未對其機理開展全面、系統研究。本項目以堅硬砂岩為研究對象，採用現場調研、理論分析、室內試驗和數值模擬綜合研究手段，研究採空區堅硬砂岩頂板失穩摩擦效應及其引燃引爆瓦斯機理。主要內容有：採空區岩層失穩特徵及瓦斯運移動態回響；砂岩失穩摩擦運動過程中能量轉化與熱輻射特徵；砂岩摩擦效應引燃引爆瓦斯的主要因素、次要因素和抑制因素；危險性量化評價及危險區域劃分；解危技術措施與分級防治技術體系。通過上述研究，明確砂岩摩擦效應引發採空區瓦斯爆燃機理，完善瓦斯災害防治技術措施，健全礦井安全開採技術體系，具有重要的理論價值和套用價值。

結題摘要

堅硬砂岩頂板與瓦斯在我國煤礦中普遍存在，對於堅硬砂岩失穩垮冒摩擦效應及其引發採空區瓦斯爆炸燃燒，機理尚未完全明確，往往在發生相關事故後才意識到此類事故隱患的存在，因而易成為瓦斯防治工作的死角。因此研究堅硬砂岩失穩摩擦效應及其引發瓦斯爆燃的影響因素，明確事故發生機理，對保障煤礦的安全生產具有重要意義。 項目通過現場調研、理論分析、室內試驗和數值模擬綜合研究手段，分析了採空區岩層失穩及瓦斯運移動態回響特徵，研究了堅硬砂岩摩擦效應與瓦斯反應特徵及影響因素，明確了砂岩摩擦效應引燃瓦斯機理，劃分了事故發生的高危區域，提出了該類事故的綜合防治技術措施。研究表明，堅硬砂岩摩擦過程產生的熱量能夠引燃瓦斯，與摩擦過程產生的火花束和高溫岩粉流相比，高溫熱摩擦面更易引燃瓦斯，是主要點火源。長壁開採條件下，頂板岩層初次破斷後，岩層側向破斷尺寸與岩層厚度比值常大於2.6；頂板周期性破斷時，岩層側向破斷尺寸與岩層厚度比值常小於2，頂板岩層周期性破斷期間更易發生滑落失穩。邊界支承條件對岩層滑落失穩發生影響較大，岩層破斷時簡支邊界較固支邊界更易發生滑落失穩，厚度大於11m的岩層初次破斷時、厚度大於4m的岩層周期破斷時，在簡支邊界處即可滿足滑落失穩發生條件。堅硬砂岩間相對摩擦速度v<6.0m/s時，岩石內石英含量的高低對最高摩擦閃溫影響不大；相對摩擦速度v>6.0 m/s時，最高摩擦閃溫與砂岩內石英含量呈正相關。摩擦速度越大，摩擦面熱量密度越高，點火能量越大，瓦斯越易被引燃。當工作面上部為已採空區域，采場上部破斷三角岩塊是硬砂岩頂板垮落引燃採空區瓦斯的危險區域，可從頂板弱化、瓦斯治理、通風系統最佳化等幾個方面開展防治工作。 項目的研究成果豐富了岩層運動於控制相關理論，完善了礦井瓦斯災害防治技術措施，健全了礦井安全生產技術體系，具有重要的理論價值和套用價值。