煤与瓦斯突出时期矿井通风系统灾害演变研究

【摘要】：矿井煤与瓦斯突出引发瓦斯超限或瓦斯爆炸等次生灾害,是当前煤矿重大灾害理论亟需解决的问题。为研究矿井煤与瓦斯突出引发瓦斯超限或瓦斯爆炸的重大次生灾害问题,通过突出瓦斯组分弥散测定实验和仿真的手段对突出瓦斯在矿井通风系统中的动力影响和瓦斯传播过程进行分析。搭建通风管路测试实验装置及自动化数据采集系统,采用高分辨率CCD光干涉瓦斯检测器和高速采集卡,构成快速测定动力传播过程的瓦斯浓度传感器,进行突出瓦斯组分弥散参数的测定实验,得到不同风速下的瓦斯浓度分布。对不同风速下的瓦斯弥散偏差系数进行参数反演,通过曲线拟合得到瓦斯弥散系数与风速之间的量化关系。应用瞬变流理论、对流传质理论、通风网络理论相结合的矿井煤与瓦斯突出仿真软件NC2.0,再现焦作九里山矿“10·27”煤与瓦斯突出事故的瓦斯突出及运移过程。根据九里山矿16采区16031掘进巷道突出检测到的瓦斯浓度分布数据,给定突出仿真突出源模型,用非稳定Ⅱ类边界条件,即用流量变化曲线表达瓦斯源涌强度,对突出后瓦斯在矿井内非稳态流动及瓦斯分布进行仿真模拟,仿真计算过程中应用实验研究所建立的瓦斯弥散系数与速度的量化关系(模型),经过调试使模拟结果与实测数据基本一致对应。仿真结果表明,突出后瓦斯突出源动力和瓦斯自然风压是导致矿井风流发生变化的主要因素。瓦斯突出时产生高强度气流,导致巷道内风流逆流,突出源动力和瓦斯自然风压综合作用,使得井下风流紊乱,系统中各回路发生风流逆转和局部位置瓦斯滞留等复杂现象。应用煤与瓦斯突出灾变通风仿真软件,确定突出瓦斯侵袭危害工作人员的危险区域,再配合矿井通风自动化控制系统,可制定瓦斯突出应急救援预案。对九里山矿16采区另一在掘的16061掘进工作面进行瓦斯突出仿真预案分析,对瓦斯直接侵害区域和间接侵害区域进行动态预演;对不同突出强度下瓦斯爆炸危险区量化分析;选择工作面、车场等关键地点附近设置远程自动化控制风门,将突出的高浓度瓦斯控制并疏导在回风巷道系统内,避免高浓度瓦斯对井下工作生产区域人员产生窒息危害,有利于人员及时安全疏散,力图最大限度降低灾害损失,减少瓦斯爆炸等二次灾害事故的发生,提高矿井应对重大灾害的安全水平。