真三维应力状态下不同地应力条件对煤与瓦斯突出两相流动力学特征的影响

摘要

为进一步揭示煤层地应力对巷道内煤-瓦斯突出两相流致灾作用的影响机制，开展了不同地应力下的突出物理模拟试验，分析了突出过程中两相流的冲击动力、运动及煤粉堆积-分选等致灾特征.结果表明：冲击力脉冲频次随距突出口距离增大呈现递减的趋势；近突破口区域峰值冲击力与地应力呈正相关，随距突破口距离增加峰值冲击力衰减速率加快，且衰减速率在高地应力时显著降低；冲击动力致灾区域在巷道内呈非连续分布特征，主要集中于巷道中前部，在突出600～2 000 ms时致灾风险最大；巷道内冲击动力致灾危害性随地应力增大呈先增后减趋势，高地应力时显著降低，表明地应力增大到一定程度后会产生一种两相流冲击动力致灾的抑制机制；突出冲击波速度为330～400 m/s,约为煤粉流速度的10～15倍；突出过程中，近突出口区域煤粉质量浓度变化速率最快，且地应力越大煤粉质量浓度越大；随着地应力增大，突出后煤粉质量及中小粒径占比增大，地应力增大既增强突出强度又加剧煤粉破碎；破碎功峰值随地应力增大沿巷道向后迁移且幅值呈增大趋势，煤粉堆积与破碎能量主要富集于巷道中部.

关键词

煤与瓦斯突出 / 两相流 / 地应力 / 冲击力 / 运动特征 / 煤粉堆积

基金资助

国家自然科学基金青年项目(52204240); 陕西省自然科学基金青年项目(2022JQ-365,2025JC-YBQN-658)