“煤矿瓦斯灾害智能防控理论与技术”专刊

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“煤矿瓦斯灾害智能防控理论与技术”专刊

来源：煤矿安全

专刊为《煤矿安全》2022年第10期，共34篇。翟成教授任客座主编。

行业视野: 安全
类别; 157个
关键词; 149位
专家; 34篇
论文; 5867IP
点击量; 3958次
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基于ISM-BN的煤矿瓦斯爆炸风险评判方法及其应用

作者(Author)：成连华, 解萌玥, 左敏昊, 郭慧敏

摘要：为有效评估煤矿瓦斯爆炸风险，提出了一种基于解释结构模型（ISM）和贝叶斯网络（BN）的瓦斯爆炸风险评估方法；首先利用扎根理论对65起典型瓦斯爆炸事故案例进行3级编码，提取出13个瓦斯爆炸风险致因因素；其次通过解释结构模型建立贝叶斯网络结构，引入云模型计算贝叶斯网络节点的先验概率和条件概率，并将概率值导入GeNie软件中进行贝叶斯网络参数学习，对煤矿瓦斯爆炸发生可能性进行评价；最后对贝叶斯网络模型进行敏感性分析和诊断推理，分析诱发煤矿瓦斯爆炸的关键致因因素，并提出相应对策措施。以山西某矿为例进行评价方法应用，结果表明：除瓦斯超限和产生点火源2个瓦斯爆炸必要条件之外，煤尘爆炸、通风系统缺陷、瓦斯涌出、机电设备火花、煤自燃、设备失爆、违规爆破等因素是煤矿瓦斯爆炸的关键致因因素，且导致这些关键致因因素发生的深层原因是管理层因素，评价结果与实际情况相符。

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煤矿安全

2022年第10期

233

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受振粒煤瓦斯扩散特性实验研究

作者(Author)：陈学习, 金霏阳, 申茂良, 高泽帅, 张虎

摘要：为了探究机械振动对粒煤瓦斯扩散特性的影响，建立振动-吸附-解吸实验系统，选取桧树亭矿1～3 mm和0.25～0.3 mm粒径的贫煤，开展煤样瓦斯解吸-扩散实验，采用瓦斯气体扩散模型进行分析振动前后不同粒径的煤样的解吸-扩散情况。结果表明：施加振动能够提升粒煤的瓦斯扩散量和扩散速度，初始有效扩散系数在振动过程中也得到了提升。通过对比发现，小粒径煤样具有相对较小的扩散系数，在解吸前期拥有较大的扩散速度，振动对其扩散特性的影响较大。分析认为，一方面，小粒径煤样的振动作用的增强，导致振动产生的外力作用越明显，进而加剧了瓦斯扩散程度；另一方面，粒径大的煤样具有更大的表面积，与小粒径煤样相比，能够吸附的瓦斯更多，因此初始扩散速度较大。

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2022年第10期

196

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基于酸热耦合作用的煤体微观孔隙结构演化规律研究

作者(Author)：倪冠华, 荀猛, 窦浩然, 孙功帅, 尹献龙

摘要：为了揭示酸热耦合作用在提高煤层透气性的作用机理，结合低温氮吸附法和压汞法在不同孔径测试下的优势，以X射线衍射（XRD）物相分析为辅助手段，从细微观多角度分析煤体孔隙结构。研究结果表明：酸热耦合条件对煤体孔隙结构有显著影响，且呈现随温度增加先增强后减弱的趋势；在50℃条件下，5%HF+5%HCl混合酸液对孔隙的改造作用最为显著，具体在微小孔阶段（低温氮吸附法测得）孔体积提高了22.3%，比表面积提高了23.9%，平均孔径提高57.1%，在可见裂纹阶段（压汞法测得）孔体积提高了110.2%。

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2022年第10期

185

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风井防爆门自动泄压技术

作者(Author)：潘荣锟, 崔棒, 张学博, 王健

摘要：针对传统防爆门开启泄压不及时以及锁扣装置自动化操作程度低的问题，从力学角度出发，详细分析了在风机正常工作及反风工作2种状态下防爆门的受力情况，在传统锁扣的基础上研究了新型电磁锁扣技术在防爆门泄压和反风过程中的应用，计算了新型电磁锁扣在风机不同工作状态下所需的吸力，并基于电磁锁扣技术进一步提出了防爆门自动泄压设计。结果表明：防爆门在泄压和反风过程存在只有爆炸威力较大时才能将防爆门打开以及反风过程中可能出现漏风的情况。为防止以上情况的发生，在提出的防爆门自动泄压设计中将防爆门配重增加至自然状态下拉起防爆门，利用新型电磁锁扣提供足够的吸力来满足防爆门泄压和反风工作的要求。通过计算得出当配重以114 484 N来保证防爆门的平衡状态时，电磁锁扣至少提供166 169N的吸力才能保证防爆门在风机不同工作状态时的平稳运行；此外利用新型电磁锁扣和高性能传感器技术，在防爆门配重大于防爆门盖重力、正（负）压和摩擦力的合力的条件下，实现防爆门在任何爆炸威力下的快速泄压应满足的条件为爆炸位置与防爆门之间的距离大于锁扣断电时爆炸冲击波已传播的距离，并通过理论计算得出防爆门自动泄压设计中爆炸位置与防爆门间的安全距离大致为326 m。

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2022年第10期

212

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注二氧化碳强化煤层气开采研究进展

作者(Author)：撒占友, 吴静波, 陆卫东, 杨永亮, 张鑫, 卢守青, 刘杰

摘要：为给二氧化碳驱替煤层气研究提供综合性参考，探究了不同影响因素对煤吸附能力的影响，分析了气体在煤层内运移及吸附原理，以及不同吸附模型间的区别与联系；介绍了不同国家注CO2强化煤层气开采(CO2-Enhanced Coalbed Methane Recovery,CO2-ECBM)的先导性试验及应用；利用VOSviewer软件及CNKI自有计量可视化分析功能，分析了CNKI和Web of Science数据库中与“CO2-ECBM”相关文献的发表年度趋向及关键词时间趋向，并对CO2-ECBM存在的问题进行了探讨。结果表明：煤级与孔隙结构、温度与压力、水分含量等因素能通过不同形式影响煤吸附能力；气体在煤层中运移是吸附/解吸-扩散-渗流组成的复杂系统；在研究煤吸附气体时应考虑不同情况采用最佳吸附模型；基于VOSviewer分析，CO2-ECBM研究在我国是热点话题，研究方向由宏观的地质封存评价逐渐转向从煤的孔隙结构、组成成分等微观或分子层面揭示煤封存和驱替气体机理，以及CO2-ECBM的多场耦合模拟研究。

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煤矿安全

2022年第10期

207

134
脉动水力参数对裂隙内沉积颗粒运移规律的影响

作者(Author)：刘应科, 问小江, 陈帅宇, 叶国庆

摘要：为了提高脉动水力冲刷对阻塞裂隙场的疏通效果，研究了裂隙内脉动水流的流动特性，分析了脉动水力参数对裂隙内沉积颗粒运移质量的影响；研究了压力脉动强度系数与颗粒运移质量的相关关系。结果表明：脉动水力条件下，裂隙内流体流量和压差均呈脉动变化，水流平均流速小于恒定水流的流速，且其随压力脉动振幅的增大而显著降低，随压力脉动周期的增大而小幅增大；裂隙内颗粒运移质量随压力脉动振幅的变化符合线性增大的规律，随压力脉动周期的增大呈缓慢减小的变化规律；此外，压力脉动强度系数随压力脉动振幅的增大而增大，随压力脉动周期的增大而减小；进一步地，压力脉动强度系数的增大是导致脉动水力条件下裂隙内沉积颗粒运移质量显著提升的根本原因。

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煤矿安全

2022年第10期

187

166
深度对含瓦斯煤层水力压裂裂纹转向行为的影响数值模拟分析

作者(Author)：赵伟, 袁源, 王凯, 徐超, 宋亚楠, 冯忠凯, 郭小芳, 王柳懿

摘要：随着深度的增加，煤岩层受到的水平应力与垂直应力之比会逐渐降低，进而对水力压裂注压孔周围的裂纹扩展行为造成影响。为了探究不同深度下水力压裂裂纹转向行为特征，基于煤层力学模型与瓦斯吸附动力学模型，利用多物理场耦合模拟软件COMSOL进行分析，获得了不同深度条件下注压孔周围的应力分布特征以及裂纹起裂压力特征。结果表明：在较浅的深度，即水平应力与垂直应力比值大于1时，裂缝主要在水平方向上扩展，且应力比值增大，裂缝越容易发生转向；而在较深的深度，即水平应力与垂直应力之比小于1时，裂缝在向垂直方向上延伸，且应力比值越小，裂缝越容易发生转向。

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2022年第10期

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煤与瓦斯突出过程中煤层及巷道温度时空演化规律

作者(Author)：张超林, 王奕博, 王恩元, 宋爽, 曾伟, 王培仲, 蒲静轩

摘要：利用自主研制的多功能煤与瓦斯突出模拟试验系统，开展了不同瓦斯压力条件下煤与瓦斯突出模拟试验，对突出过程中煤层和巷道温度进行了全程监测。分析结果表明：(1)突出发生后，煤层瓦斯压力快速下降至大气压，煤层温度演化具有一定的滞后性，主要受控于吸附瓦斯的解吸和游离瓦斯的膨胀，呈现急速下降→快速升高→缓慢变化3阶段演化特征，吸附瓦斯压力2.0、0.85、0.35 MPa条件下，煤层温度下降量峰值分别为0.56、0.23、0.11℃，平均下降速率分别为0.042、0.015、0.008℃/s，即瓦斯压力越高，煤层温度下降量越大、下降速率越快，呈正相关关系；(2)巷道温度的变化同时受到抛出煤体解吸瓦斯、喷出瓦斯膨胀泄压、冲击波扰动以及与环境热交换等多种因素影响，表现为先短暂上升，随后立即大幅下降，最后升温至环境温度的演化趋势，3次试验中，巷道温度下降量峰值分别为3.19、2.41、1.09℃，平均下降速率分别为0.249、0.188、0.094℃/s；(3)煤层和巷道温度在时间演化上具有整体相似性，在变化幅度上具有显著差异性，突出煤体在巷道内的进一步破碎并大量解吸瓦斯，是巷道温度演化的主控因素，也是导致巷道温度下降量较大的主要原因。

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2022年第10期

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