突出瓦斯流在交叉巷道中的傳播規(guī)律與運(yùn)移特征*

孫曉元崔永國(guó)董利輝孫英峰付 帥薛洪來(lái)

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）資源與安全工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083；2.太原科技大學(xué)環(huán)境與安全學(xué)院，山西省太原市，030024；3.華北科技學(xué)院安全培訓(xùn)部，河北省三河市，101601）

★煤礦安全★

突出瓦斯流在交叉巷道中的傳播規(guī)律與運(yùn)移特征*

孫曉元1，2崔永國(guó)3董利輝1孫英峰1付 帥1薛洪來(lái)1

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）資源與安全工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083；2.太原科技大學(xué)環(huán)境與安全學(xué)院，山西省太原市，030024；3.華北科技學(xué)院安全培訓(xùn)部，河北省三河市，101601）

為探究平煤十礦己15-24080機(jī)巷掘進(jìn)工作面煤層合并分叉線(xiàn)附近突出瓦斯流在交叉巷道中的傳播規(guī)律與運(yùn)移特征，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際構(gòu)建了仿真模型，分析了突出瓦斯的逆流特性與爆炸危險(xiǎn)區(qū)的分布情況。研究表明：突出瓦斯流在風(fēng)流、濃度擴(kuò)散和慣性力的作用下運(yùn)移，隨著瓦斯氣流逼近巷道交叉區(qū)域，其影響范圍先增大后減小，瓦斯峰值濃度也隨之降低；當(dāng)突出瓦斯最大初始速度為40 m/s，持續(xù)時(shí)間為5 s時(shí)，產(chǎn)生了瓦斯逆流擴(kuò)散現(xiàn)象，最大影響范圍為25 m；突出瓦斯在交叉巷道中流經(jīng)氣流方向紊亂和壓力較低的渦旋區(qū)域時(shí)，濃度曲線(xiàn)表現(xiàn)出轉(zhuǎn)折分布特征，部分瓦斯呈現(xiàn)逆流-回流規(guī)律。

瓦斯突出 擴(kuò)散運(yùn)移 交叉巷道 逆流 爆炸危險(xiǎn)區(qū)

煤巷掘進(jìn)工作面是煤與瓦斯突出災(zāi)害的多發(fā)區(qū)域，而絕大多數(shù)突出事故發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)，這一特性在平頂山礦區(qū)體現(xiàn)的尤為顯著。以平煤十礦為例，1988-2009年共發(fā)生51次煤與瓦斯突出，其中85%的事故發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶。對(duì)于己組煤層而言，統(tǒng)計(jì)的8次突出全部發(fā)生于己組煤層15 -16合層區(qū)，且其中有7次位于掘進(jìn)工作面。究其原因，合層區(qū)煤體強(qiáng)度、瓦斯含量和壓力等參數(shù)的變化是導(dǎo)致煤與瓦斯突出的重要因素。當(dāng)事故發(fā)生后，突出的高能瓦斯流具有極大的破壞性，可誘導(dǎo)風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，使瓦斯充滿(mǎn)掘進(jìn)巷道，甚至?xí)?jīng)交叉巷道逆流入進(jìn)風(fēng)巷。大量濃度較高的瓦斯短時(shí)間內(nèi)難以稀釋?zhuān)粌H會(huì)造成人員中毒窒息，在一定條件下還可能發(fā)生礦井火災(zāi)、瓦斯爆炸等次生事故，釀成不可估量的后果，故煤與瓦斯突出造成的異常涌出并運(yùn)移擴(kuò)散的瓦斯是釀成重大事故的主要原因。因此，當(dāng)平煤十礦己15-24080機(jī)巷掘進(jìn)工作面前方預(yù)測(cè)有己15和己16兩煤層合并分叉線(xiàn)時(shí)，突出的概率大大增加。由于傳統(tǒng)的防突措施難以完全消除事故發(fā)生的可能性，故亟需掌握突出瓦斯在掘進(jìn)面及交叉巷道處的傳播規(guī)律與運(yùn)移特征，以指導(dǎo)災(zāi)前人員、機(jī)電設(shè)備的布置與防災(zāi)抗災(zāi)系統(tǒng)的建設(shè)。研究成果對(duì)災(zāi)變時(shí)應(yīng)急救援和防止事故擴(kuò)大措施的實(shí)施具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　突出瓦斯流傳播與運(yùn)移模型

1.1交叉巷道中突出瓦斯流傳播與運(yùn)移方程

突出時(shí)大量瓦斯氣體涌入巷道空間，沖擊動(dòng)力消失后，高濃度的瓦斯氣流在通風(fēng)巷道的運(yùn)移為隨（逆）風(fēng)流彌散和在風(fēng)流中擴(kuò)散的綜合傳質(zhì)過(guò)程，其一維流動(dòng)的縱向彌散方程為:

式中:C——平均瓦斯?jié)舛?，mol/m3；

U——巷道平均風(fēng)速，m/s；

Dm——正常風(fēng)流在巷道斷面上速度分布不均勻性的紊流擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；

J——單位時(shí)間內(nèi)由于井巷條件及物理化學(xué)變化而引起的瓦斯變化量，mol。

由此求得不考慮自身衰變情況下（J=0）的瓦斯?jié)舛裙?

式中:M——瓦斯氣體生成量，m3。

顯然，利用M和Dm兩參數(shù)反映正常涌出的瓦斯在平直巷道中運(yùn)移時(shí)濃度隨時(shí)間和空間的變化C（x，t）是可行的，但將其用來(lái)描述突出后交叉巷道處高能（突出瓦斯的速度較快，動(dòng)能較高）瓦斯氣流的傳播和運(yùn)移規(guī)律則有所不妥，這是因?yàn)樵谕咚箽饬鹘?jīng)過(guò)交叉巷道D處時(shí)受到了局部阻力的作用，井巷條件發(fā)生變化，J=0的假設(shè)條件并不成立，如圖1所示。

圖1　壓入式通風(fēng)時(shí)突出氣體致災(zāi)范圍示意圖

建立式（1）時(shí)僅考慮巷道正常風(fēng)流對(duì)濃度擴(kuò)散的影響，而忽略了從突出源A點(diǎn)噴出的瓦斯氣流本身具有一定的質(zhì)量力（初速度）。為此，需要將式（1）加以完善，并改寫(xiě)為:

式中:θs——瓦斯氣流瞬時(shí)比例系數(shù)；

Ui——瓦斯氣流瞬時(shí)速度，m/s。

瓦斯氣流在運(yùn)移過(guò)程中受到正常風(fēng)流作用的影響，當(dāng)風(fēng)流與瓦斯運(yùn)移方向相同時(shí)，正常風(fēng)流有助于瓦斯氣團(tuán)的運(yùn)移與擴(kuò)散，反之則表現(xiàn)為瓦斯的逆風(fēng)流動(dòng)。

為簡(jiǎn)便分析，假設(shè)突出后瓦斯和風(fēng)流瞬間均勻混合，沖擊動(dòng)力消失后混合氣體視為不可壓縮流體，且忽略簡(jiǎn)單通風(fēng)系統(tǒng)中巷道高差的變化。在圖1中，若突出點(diǎn)A處的靜壓為P1，流體速度為v1，逆流監(jiān)測(cè)點(diǎn)F處的靜壓為P2，速度為v2，根據(jù)能量關(guān)系可知瓦斯能逆流到F點(diǎn)的條件為:

式中:P1——A點(diǎn)處的靜壓，Pa；

P2——F點(diǎn)處的靜壓，Pa；

v1——A點(diǎn)處的流體速度，m/s

v2——F點(diǎn)處的流體速度，m/s；

ρ——混合流體密度，kg/m3；

hr——沿程阻力，Pa；

hf——摩擦阻力，Pa；

he——局部阻力，Pa；

α——摩擦阻力系數(shù)（無(wú)因次）；

L——沿程巷道的長(zhǎng)度，m；

Z——沿程巷道的周長(zhǎng)，m；

J′——巷道截面積，m2；

ζ——局部阻力系數(shù)（無(wú)因次）；

Q——局部斷面的風(fēng)量，m3/s。

顯然，瓦斯氣團(tuán)從突出點(diǎn)A處恰好逆流到F點(diǎn)的充要條件為式（4）中方程左右兩端相等，結(jié)合式（5）可得到其逆流的最大距離為:

可以看出，交叉巷道中突出瓦斯流的逆流范圍受突出源強(qiáng)度、通風(fēng)動(dòng)力和巷道阻力等因素影響。瓦斯逆流過(guò)程往往伴隨著物質(zhì)交換和能量傳遞，其濃度也隨著傳播距離和運(yùn)移時(shí)間而發(fā)生變化。

1.2模型建立

平煤十礦己15-24080掘進(jìn)工作面位于十礦己四采區(qū)西翼第三階段，采取炮掘錨桿支護(hù)開(kāi)拓。己15煤層厚度為1.6～2.3 m，煤層傾角變化較大，在外段約10°左右，中段一般為25°～30°，里段則將近20°。煤層原始瓦斯壓力為2.23 MPa，含量為12.37 m3/t。從出煤巷起800 m處為己15和己16煤層合層區(qū)，預(yù)計(jì)此處煤層原始瓦斯壓力為2.4 MPa，含量為19 m3/t，施工超前鉆孔時(shí)已出現(xiàn)噴孔、夾鉆、響煤炮等動(dòng)力異常情況，具有較高的突出危險(xiǎn)性。平煤十礦己15-24080掘進(jìn)面現(xiàn)場(chǎng)示意圖如圖2（a）所示。

根據(jù)煤礦實(shí)際情況，建立簡(jiǎn)化的平面模擬示意圖，如圖2（b）所示，其中掘進(jìn)巷道長(zhǎng)度為800 m，斷面寬度為4 m；與之相垂直的進(jìn)風(fēng)大巷長(zhǎng)度600 m，斷面寬度6 m；回風(fēng)段長(zhǎng)度為100 m。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，選擇進(jìn)風(fēng)大巷下部AB斷面為進(jìn)風(fēng)口inlet1，風(fēng)速為8 m/s（圖2（b）中局部1）；距離掘進(jìn)頭5 m處的下端面CD設(shè)定為風(fēng)筒進(jìn)風(fēng)口inlet2，風(fēng)速為5 m/s；掘進(jìn)頭處EF斷面為瓦斯噴出口inlet3，突出瓦斯最大初始速度為40 m/s，持續(xù)時(shí)間為5 s（圖2（b）中局部2）；設(shè)定掘進(jìn)巷與進(jìn)風(fēng)巷中心線(xiàn)交叉點(diǎn)O點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，坐標(biāo)為笛卡爾坐標(biāo)系，回風(fēng)段斷面為流體運(yùn)動(dòng)出口outflow（圖2（b）中局部3）。同時(shí)在掘進(jìn)巷和進(jìn)風(fēng)大巷的中心線(xiàn)布置監(jiān)測(cè)線(xiàn)line1和line2，以考察突出瓦斯流在兩巷道中的傳播規(guī)律和運(yùn)移特征。

圖2　突出時(shí)流場(chǎng)參數(shù)分布云圖及監(jiān)測(cè)線(xiàn)分布曲線(xiàn)圖

2　模擬結(jié)果分析

2.1正常通風(fēng)時(shí)的流場(chǎng)參數(shù)

圖3顯示正常通風(fēng)（瓦斯尚未噴出、風(fēng)筒風(fēng)速5 m/s、大巷風(fēng)速8 m/s）時(shí)掘進(jìn)巷道和進(jìn)風(fēng)大巷的風(fēng)速、相對(duì)靜壓分布云圖與兩監(jiān)測(cè)線(xiàn)上的參數(shù)分布曲線(xiàn)圖。從圖3可以看出，在巷道風(fēng)壓作用下，從inlet1和inlet2經(jīng)入的風(fēng)流于交叉點(diǎn)處匯合，回風(fēng)側(cè)風(fēng)流為兩者疊加之和。由于進(jìn)風(fēng)側(cè)入口inlet1位于大巷中部斷面，且風(fēng)速為湍流，故監(jiān)測(cè)線(xiàn)line2的速度曲線(xiàn)呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，并在交匯點(diǎn)（O）處迅速上升；與之相對(duì)應(yīng)的line1由于位于掘進(jìn)巷道中線(xiàn)，而風(fēng)速入口為掘進(jìn)巷下端面，故其測(cè)線(xiàn)在經(jīng)過(guò)入口斷面后整體趨勢(shì)有所下降，速度曲線(xiàn)在交匯點(diǎn)處才顯著上升。對(duì)比圖3（c）中兩監(jiān)測(cè)線(xiàn)的壓力分布特征，可知兩者均隨傳播距離的增大則逐漸降低，并在回風(fēng)側(cè)相對(duì)靜壓出現(xiàn)明顯下降。

需要說(shuō)明的是，在風(fēng)流交匯點(diǎn)后的大巷回風(fēng)段，風(fēng)流速度相對(duì)較大且不均勻，并在交匯點(diǎn)附近形成了較強(qiáng)的湍流渦旋區(qū)。

圖3　正常通風(fēng)時(shí)流場(chǎng)參數(shù)分布云圖及監(jiān)測(cè)線(xiàn)分布曲線(xiàn)圖

2.2突出1 s流場(chǎng)參數(shù)

設(shè)定瓦斯突出口位于掘進(jìn)頭端面EF處，峰值噴出初速度為40 m/s，持續(xù)時(shí)間為5 s。瓦斯噴出1 s時(shí)的流場(chǎng)分布云圖及監(jiān)測(cè)線(xiàn)分布曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4　突出1s時(shí)端部流場(chǎng)參數(shù)分布云圖及監(jiān)測(cè)線(xiàn)分布曲線(xiàn)圖

由圖4可知，當(dāng)瓦斯噴出后，掘進(jìn)頭端部流場(chǎng)特性發(fā)生劇烈變化，具體表現(xiàn)為速度和壓力參數(shù)顯著上升。究其原因，是噴出的具有較大初速度的高能瓦斯氣流在巷道內(nèi)發(fā)生能量傳遞和轉(zhuǎn)化，并驅(qū)使瓦斯氣體沿巷道從高壓區(qū)域向低壓位置快速流動(dòng)所致。同時(shí)可以看出濃度場(chǎng)參量的變化要滯后于速度和壓力場(chǎng)變量，分析監(jiān)測(cè)線(xiàn)line1上的濃度分布曲線(xiàn)可知，當(dāng)噴出1 s時(shí)，濃度梯度已經(jīng)形成，噴出點(diǎn)處瓦斯?jié)舛茸罡?，傳播中濃度產(chǎn)生衰減，由于此時(shí)瓦斯噴出尚未停止，后續(xù)仍有大量瓦斯涌出，且此時(shí)掘進(jìn)巷風(fēng)筒風(fēng)流inlet2與瓦斯流動(dòng)方向相同，故噴出瓦斯流將在后續(xù)驅(qū)動(dòng)、瓦斯梯度和風(fēng)流作用的影響下向前快速傳播和運(yùn)移。

2.3突出后瓦斯流的傳播與擴(kuò)散

圖5為突出后瓦斯流在交叉巷道內(nèi)傳播與擴(kuò)展時(shí)的濃度分布云圖。為便于分析，將不同時(shí)刻瓦斯流所經(jīng)過(guò)的典型位置劃分成AB、CD、EF和GH 4個(gè)區(qū)段，前3個(gè)區(qū)段位于掘進(jìn)巷中，最后一個(gè)區(qū)段位于進(jìn)風(fēng)巷中。

圖5　突出后瓦斯流濃度分布云圖

本例中瓦斯噴出的持續(xù)時(shí)間為5 s，而AB段表示的則是瓦斯停止噴出10 s后（整體計(jì)時(shí)為15 s），在風(fēng)筒風(fēng)流（inlet2）的作用下，掘進(jìn)頭端部附近的瓦斯?jié)舛确植记闆r?？梢钥闯觯摃r(shí)段瓦斯氣團(tuán)仍具有較大的慣性力，其與瓦斯梯度和風(fēng)流驅(qū)動(dòng)共同作用成為瓦斯向前傳播的動(dòng)力。由于此時(shí)新鮮風(fēng)流尚未與瓦斯氣流混合，故瓦斯流的整體濃度較高；隨著運(yùn)移過(guò)程的發(fā)展，當(dāng)瓦斯流經(jīng)CD段時(shí)，其傳播速度減緩，說(shuō)明此時(shí)慣性力的作用已逐漸消失，與之相對(duì)應(yīng)的是影響范圍的擴(kuò)大和峰值濃度的降低，說(shuō)明瓦斯在運(yùn)移過(guò)程中伴隨著物質(zhì)交換和濃度擴(kuò)散；當(dāng)瓦斯流停止噴出后160 s（圖5中整體計(jì)時(shí)為165 s）時(shí)，瓦斯氣流運(yùn)移至巷道交叉點(diǎn)附近。對(duì)比壓力和速度分布云圖可以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)在交叉位置產(chǎn)生了流場(chǎng)繞射與反射現(xiàn)象，瓦斯流濃度影響范圍減小，同時(shí)交叉點(diǎn)處的氣流壓力和速度明顯變化，并伴隨著氣流方向紊亂和壓力較低的渦旋區(qū)域出現(xiàn)，流場(chǎng)中的情況較為復(fù)雜。在本例中，瓦斯氣團(tuán)經(jīng)過(guò)交叉巷道后，除大部分經(jīng)回風(fēng)段流出外，仍有小部分瓦斯逆流入進(jìn)風(fēng)大巷。研究表明，高濃度的瓦斯流與正常風(fēng)流的密度差會(huì)導(dǎo)致附加瓦斯風(fēng)壓的產(chǎn)生，這也是瓦斯逆流擴(kuò)散的重要?jiǎng)恿?，從而?dǎo)致與突出源相連的進(jìn)風(fēng)巷道的風(fēng)流災(zāi)變。

圖5右側(cè)部分表示的是不同時(shí)刻進(jìn)風(fēng)巷GH段的瓦斯流傳播與運(yùn)移規(guī)律。對(duì)比壓力和速度云圖發(fā)現(xiàn)，瓦斯氣流經(jīng)過(guò)巷道交叉段后，其強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)極大程度的衰減。此時(shí)受進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)流（inlet1）的作用，逆流的瓦斯開(kāi)始向回風(fēng)段一側(cè)移動(dòng)，從而呈現(xiàn)出較為明顯的逆流-回流特征。隨著時(shí)間的增加，逆流瓦斯團(tuán)從回風(fēng)段流出，其影響范圍迅速減小，濃度也不斷下降。需要說(shuō)明的是，由于GH段逆流的瓦斯量較小，且其與進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)流混合的也較為充分，故此時(shí)其濃度大幅度下降，并在235 s時(shí)部分進(jìn)入爆炸濃度范圍，瓦斯流的危險(xiǎn)性大大增加。

為更加準(zhǔn)確的闡述上述過(guò)程，可通過(guò)沿掘進(jìn)巷和進(jìn)風(fēng)大巷中心線(xiàn)布置的監(jiān)測(cè)線(xiàn)line1和line2的采集數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。兩監(jiān)測(cè)線(xiàn)的濃度變化曲線(xiàn)如圖6所示。

圖6可較為直觀(guān)地分析瓦斯流濃度隨時(shí)間和空間位置的變化情況。在圖6（a）中的3條曲線(xiàn)的時(shí)刻分別對(duì)應(yīng)圖5中AB段、CD段與EF段，可以看出隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的增加，曲線(xiàn)逐漸右移，其覆蓋范圍先增大后減小，曲線(xiàn)峰值略有下降，對(duì)應(yīng)著瓦斯氣流逼近巷道交叉區(qū)域、影響范圍變化和瓦斯峰值濃度隨之降低的過(guò)程。研究表明，在直巷中傳播的瓦斯?jié)舛染S時(shí)間和距離出現(xiàn)衰減；在圖6（b）中，瓦斯氣流的主體部分已離開(kāi)掘進(jìn)巷，故此時(shí)應(yīng)重點(diǎn)分析line2的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化特征，所研究時(shí)刻則分別對(duì)應(yīng)于圖5中右側(cè)部分的4種情況?？梢钥闯?，當(dāng)監(jiān)測(cè)時(shí)刻為225 s時(shí)，進(jìn)風(fēng)大巷回風(fēng)段已全部充滿(mǎn)較高濃度的瓦斯，進(jìn)風(fēng)段也有近25 m的距離被逆流的瓦斯所占據(jù)。此后在進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)流（inlet1）和風(fēng)筒風(fēng)流（inlet2）的作用下，曲線(xiàn)開(kāi)始向回風(fēng)段移動(dòng)，瓦斯?jié)舛戎饾u下降。由于進(jìn)風(fēng)巷首先將瓦斯排空，故新鮮風(fēng)流（inlet1）對(duì)回風(fēng)段瓦斯進(jìn)行了清洗，產(chǎn)生了回風(fēng)段瓦斯?jié)舛扰c掘進(jìn)段逆流瓦斯?jié)舛茸兓瘯簳r(shí)不一致的情況，反映在圖6（b）中230 s時(shí)出現(xiàn)了曲線(xiàn)轉(zhuǎn)折特征；當(dāng)監(jiān)測(cè)時(shí)間為235 s時(shí)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)右側(cè)段瓦斯已開(kāi)始從回風(fēng)段涌出，但轉(zhuǎn)折點(diǎn)左側(cè)尚有部分瓦斯停留在進(jìn)風(fēng)巷20 m的范圍內(nèi)，此時(shí)其峰值瓦斯?jié)舛葹?3%，已整體進(jìn)入爆炸濃度范圍。顯然在本例中，進(jìn)風(fēng)巷20 m的范圍內(nèi)為爆炸危險(xiǎn)區(qū)，在此區(qū)域安設(shè)機(jī)電設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)較大；在風(fēng)流作用下，240 s時(shí)突出的瓦斯氣流主體部分已運(yùn)移入回風(fēng)段，模擬過(guò)程也基本結(jié)束。

圖6　突出后瓦斯流濃度變化曲線(xiàn)圖

3　結(jié)論

（1）己15和己16煤層合層區(qū)是己15-24080掘進(jìn)工作面的突出危險(xiǎn)區(qū)域，當(dāng)突出瓦斯最大初始速度為40 m/s，持續(xù)時(shí)間為5 s時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生瓦斯逆流擴(kuò)散現(xiàn)象，最大影響范圍為25 m；

（2）突出瓦斯流在風(fēng)流、濃度擴(kuò)散和慣性力的作用下運(yùn)移，在掘進(jìn)巷道中隨著瓦斯氣流逼近巷道交叉區(qū)域，其影響范圍先增大后減小，瓦斯峰值濃度隨之降低；

（3）突出瓦斯流在巷道交叉區(qū)域流經(jīng)氣流方向紊亂和壓力較低的渦旋區(qū)域時(shí)，濃度曲線(xiàn)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折分布現(xiàn)象，部分瓦斯呈現(xiàn)逆流-回流特征；

（4）模擬中瓦斯?jié)舛确逯翟谶M(jìn)風(fēng)巷20 m的范圍內(nèi)進(jìn)入爆炸危險(xiǎn)區(qū)，在此區(qū)域安設(shè)機(jī)電設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)較大，故在掘進(jìn)面接近合層區(qū)時(shí)應(yīng)考慮搬離或采取相應(yīng)措施以控制該區(qū)段的電氣設(shè)備。

需要說(shuō)明的是，上述結(jié)論是以突出瓦斯最大初始速度為40 m/s，持續(xù)時(shí)間為5 s的案例模擬研究得出的，仿真時(shí)掘進(jìn)巷和進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)流并不關(guān)聯(lián)，并結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行了相應(yīng)簡(jiǎn)化。研究其他情況下突出瓦斯流的傳播規(guī)律和運(yùn)移特性時(shí)可參考此方法進(jìn)行。

［1］ 單智勇.煤巷掘進(jìn)煤與瓦斯突出事故抑制技術(shù)研究［D］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），2009

［2］ 閆劉強(qiáng).平頂山礦區(qū)戊組煤層煤與瓦斯突出地質(zhì)控制因素研究［D］.河南理工大學(xué)，2011

［3］ 張靈華.平煤十礦采掘工作面煤與瓦斯突出特點(diǎn)及規(guī)律淺析［J］.中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2012（9）

［4］ 李成武，楊威，韋善陽(yáng)等.煤與瓦斯突出后災(zāi)害氣體影響范圍試驗(yàn)研究［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2014（3）

［5］ 鹿廣利，李崇山，辛嵩.集中有害氣體在通風(fēng)網(wǎng)路中傳播規(guī)律的研究［J］.山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2000（2）

［6］ 孫曉元，王川等.基于回采工作面流場(chǎng)分布的拖管抽采瓦斯參數(shù)模擬研究［J］.中國(guó)煤炭，2014（12）

［7］ 崔永國(guó).瓦斯突出氣體逆流運(yùn)移規(guī)律及致災(zāi)范圍研究［D］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），2014

［8］ 李成武，楊威，王啟飛.利用煤體破裂電磁信號(hào)進(jìn)行局部震源定位方法研究［J］.地球物理學(xué)報(bào)，2014（3）

［9］ 孫森，夏仕柏等.高瓦斯煤巷掘進(jìn)全負(fù)壓通風(fēng)技術(shù)探討［J］.中國(guó)煤炭，2001（11）

［10］ 韋善陽(yáng).瓦斯異常涌出氣體運(yùn)移規(guī)律及影響范圍研究［D］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），2013

［11］ 周愛(ài)桃，王凱等.瓦斯風(fēng)壓誘導(dǎo)礦井風(fēng)流災(zāi)變規(guī)律研究［J］.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（6）

［12］ 馮玉鳳，吳則琪，周愛(ài)桃.煤與瓦斯突出后上行風(fēng)巷道并聯(lián)支路的風(fēng)流逆轉(zhuǎn)探討［J］.中國(guó)煤炭，2012（12）

The law of diffusion and migration characteristics of outburst gas flow in the intersection roadway

Sun Xiaoyuan1，2，Cui Yongguo3，Dong Lihui1，Sun Yingfeng1，F(xiàn)u Shuai1，Xue Honglai1
（1.School of Resources&Safety Engineering of China University of Mining and Technology，Beijing，Haidian，Beijing 100083，China；2.School of Environment&Safety of Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China；3.School of Safety Engineering，North China Institute of Science and Technology，Sanhe，Hebei 101601，China）

To explore the law of diffusion and migration characteristics of gas flow in the intersection roadway with the gas outburst occurrence in the near of coal seam merger and split line in the advancing face of 615-24080 machine roadway of No.10 Coal Mine of Pingdingshan coal industry company，the simulation model was constructed combing with the actual situation，the characteristics of adverse outburst gas flow and the distribution of explosive hazardous area were analyzed.The studies show that the outburst gas flow migrates under the effect of air flow and concentration diffusion and the action of inertia force，as the gas airflow approaches the intersection area of roadway，the its influence scope first increases then decreases，the gas peak concentration also decreases；the adverse gas flow phenomenon happens and the maximum adverse gas flow scope is 25 m when the maximum initial velocity of gas flow is 40 m/s and duration time is 5 s；the outburst gas flows airflow direction disorder and low pressure vortex area and the break in the concentration curve，the partial gas appears adverse flow-return flow characteristics.

gas outburst，diffusion and migration，intersection roadway，adverse gas flow，explosive hazardous area

TD712.5

A

孫曉元（1987-），男，山東德州人，在讀博士，教師，主要從事煤巖動(dòng)力災(zāi)害的預(yù)測(cè)與防治工作。

（責(zé)任編輯 張艷華）

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51274206），國(guó)家自然科學(xué)青年基金資助項(xiàng)目（51404277），中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目（3142015004）