能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。为了满足日益增长的能源需求，中国高度依赖煤炭消费[1]。据分析，2050年以前煤炭仍将在我国能源供应中发挥主导地位[2-3]。然而，受浅部煤炭资源逐渐枯竭的影响，矿井的开采深度逐渐加深，极易在采掘扰动情况下发生煤与瓦斯突出(简称“突出”)事故，为矿井安全高效生产带来重大隐患[4-6]。至今为止，国内外研究人员对突出机理进行了深入研究，但仍无法完全杜绝突出现象的发生[7-10]。因此，加强对突出冲击动力学行为、瓦斯运移窒息、煤体掩埋等致灾机制的研究迫在眉睫。受煤矿现场突出的强破坏性、突发性和剧烈性等影响难以对其进行监测。目前，众多学者们主要通过理论分析和物理模拟试验的手段进行深入探究。
起初，学者们认为突出产生的冲击波是动力致灾的主要因素，并对其形成和传播机制进行了理论探讨[11-15]。随后，通过自主研发的突出设备监测巷道内超压值来探究突出冲击波和冲击气流的传播规律[16-19]。其中，部分学者探究了冲击波对风门、风墙等防逆流装置的破坏及其能量耗散[20-22]。近期，越来越多研究人员将突出流体由单相扩展到两相流动[23-26]。并且着重分析了突出两相流的冲击动力演化规律[27-32]。值得注意的是，仅有少部分学者对巷道形状开展了探究工作，得到了冲击波的传播规律[33-36]。
综上所述，对突出流体的运移规律及其冲击动力致灾机制的研究不可或缺。目前，国内外多数以冲击波和冲击气流为研究对象，且巷道布置形式过于单一，鲜有从不同巷道布置形式的角度对突出流体的运移规律及其动力致灾特性进行深入研究。巷道结构的变动会影响气流的流通能力，从而使得直巷道内气流的流动状态发生了改变。而突出煤-瓦斯两相流在巷道内运移的本质是瓦斯通过曳力作用带动煤粉运动。煤粉流的运移与突出气流的流动状态密不可分。因此，研究不同巷道布置形式对煤-瓦斯两相流的影响是明确突出动力致灾的重点课题。经统计100例煤与瓦斯突出事故，可得到L型巷道占比最大，约为59%；其次为T型巷道，占比约为18%。为此，利用自主研发的煤与瓦斯突出动力致灾物理模拟可视化试验系统，进行了直角L、圆弧L和T型巷道的突出试验，着重分析了3种条件下煤-瓦斯两相流冲击力的时空演化规律及其特征参数分布。最后，以超压准则为基，给出了突出动力灾害中人体的毁伤等级划分，并对比分析了3种条件下突出动力致灾效应的分布特征。所得研究结果对认识突出动力致灾机制及在尚无法从源头消除突出灾害的前提下的被动防灾减灾措施的实施具有重要借鉴意义。
1 煤与瓦斯突出试验系统及方法
1.1 试验装置
试验采用自主研制的煤与瓦斯突出动力致灾物理模拟可视化试验系统。图1为系统实物，该系统主要由动力、泄爆、注气、数据采集与控制以及巷道网络等子系统组成[37-38]。动力子系统可模拟煤层的有效尺寸为1 050 mm×400 mm×400 mm，总需煤量约为220 kg，能够真实再现高瓦斯赋存、三轴应力分布等状态下的煤层，更加真实地还原深部矿井的煤与瓦斯突出现象。巷道网络子系统内部断面有效尺寸为400 mm×400 mm，可以实时监测突出过程中煤-瓦斯两相流的运移特征及其冲击动力致灾过程。
图1 煤与瓦斯突出动力致灾物理模拟可视化试验系统
Fig.1 Visual simulation test system of coal and gas outburst dynamic disaster
图2展示了试验系统各部分的连接方式和工作原理。动力子系统与注气子系统通过智能压力表和电磁阀连接。其一，可通过真空泵将模拟煤层内部的原始气体排空(蓝色箭头方向)；其二，可精准地向模拟煤层注入突出气体，便于分阶段吸附作业(红色箭头方向)。动力子系统与巷道网络子系统由泄爆子系统连接，可实现突出的瞬间触发。泄爆装置由两级爆破片和夹持器组成。当准备工作全部完备后，向两级爆破片之间快速充入气体，使其冲破巷道一侧爆破片。突出源区一侧的爆破片受内外压差作用瞬间被冲破，实现快速泄爆。
图2 突出试验系统结构
Fig.2 Structure diagram of the experimental system for outburst
1.2 试验方案
国内外学者已对突出动力灾害发生及其致灾机制开展了大量研究，并取得显著成效。其中，鲜有对不同巷道布置形式下煤-瓦斯两相流的运移流动规律及其致灾过程进行研究。实际上，井下巷道的布置形式复杂多样，不同的巷道结构产生的强、弱扰动分布不同，从而使得煤-瓦斯两相流有不同的冲击特性。本研究开展了直角L、圆弧L和T型的突出试验，如图3所示。冲击力传感器(直线段F1～F6；拐弯段F7～F10)和高清摄像头(1号～7号)主要沿3种形状的交集巷道布置。冲击力传感器采用SA-YL06M压电式传感器，采样率为1 000 Hz，其间距及距突出源区距离如图3所示。表1为试验方案，给定了模拟煤层预设瓦斯压力以及地应力加载方案。详细的区域划分、参数设定方法详见文献[38]。需要解释的是，为考虑试验安全性，试验采用CO2代替CH4的方式进行充气吸附。
表1 试验方案
Table 1 Test programs
瓦斯压力/MPa巷道布置最大主应力/MPaσ11σ12σ13σ14中间主应力σ2/MPa最小主应力/MPaσ31σ32σ33σ342.0直角L型圆弧L型T型2.03.04.01.02.01.21.82.40.6
图3 传感器布置示意
Fig.3 Schematic diagram of sensor layout
1.3 试验步骤
图4显示了本研究中采用的实验流程。试验分为准备阶段和启动阶段。首先，将破碎、烘干并且筛分好的煤粉按比例均匀混合。随后将调配好的煤样分批次放入试件箱体中进行成型工作。此过程中，需预埋设瓦斯压力传感器以便监测突出源区内瓦斯赋存情况。型煤制备过程及其配比详见文献[39]。待煤样成型后，密封箱体并检测其气密性。若气密性良好，开始箱体与巷道网络子系统的连接工作。紧接着，运用注气子系统对箱体进行抽真空。当箱体内气压达到-0.1 MPa时，开始分阶段吸附工作。在确保模拟煤层瓦斯压力达预设值并且处于吸附平衡状态后，施加预设的三维应力加载流程。至此，试验准备阶段完成。检查无误后进入启动阶段，通过调整泄爆子系统来触发煤与瓦斯突出。
图4 试验流程
Fig.4 Flow chart of experiment
2 试验结果及分析
2.1 煤-瓦斯两相流运移特征及其阶段划分
突出启动后，大量煤粉在气体膨胀能的作用下向采掘空间内喷射，形成煤-瓦斯两相流。其中，气体膨胀能不仅可为煤粉提供动能，还起到克服气体黏性阻力以及驱动环境空气的作用。因此，多数学者将采掘空间划分为巷道未扰动区、冲击波波阵面、空气压缩区和煤-瓦斯两相流区等部分[7,11,13,27]。同时，证实了突出启动后存在气体先行煤粉滞后的现象[40]。根据上述突出过程中的特定现象以及煤-瓦斯两相流的固-气比差异，可将突出煤-瓦斯两相流动细分为射流、稀相流和密相流[41]。图5以直角L型布置形式为例，展示了煤-瓦斯两相流在巷道内的运动情况。
图5 煤-瓦斯两相流在直角L型巷道内的运动特征演化
Fig.5 Evolution of movement characteristics of coal-gas two-phase flow in an L-shaped roadway
由图5可知，突出过程中的流体流动状态先由气流向稀相流转变，而后随着两相流的固气比不断增加，最终形成密相流并沿巷道运移致灾。为便于后续对煤-瓦斯两相流冲击特性的分析，以流体介质为基准，将突出过程划分为气流及稀相流阶段和密相流阶段。需要说明的是，受摄像装置帧率、仪器震动以及气体本质特征等影响，划分2阶段的时间取值皆为估计值。
2.2 冲击力沿巷道的分布特征
煤矿井下的突出动力致灾特性主要体现在冲击波、冲击气流以及煤-瓦斯两相流对物体产生的强大冲击作用力。探讨冲击力的演化对避难设施选址、救援侦查设置井下基地等具有重要的参考价值。表2给出了不同冲击力对人体的伤害程度[42]。当冲击力小于19.6 kPa时，人体无明显不良反应。当冲击力高于19.6 kPa时即可致人局部心肌断裂、中耳和肺部挫伤等，影响其逃生能力，在突出后的有害气体作用下极有可能死亡。当冲击力高于49 kPa时，可直接致人死亡，危害极大。
表2 冲击力对人体的损伤程度
Table 2 Injury degree of impact force on human body
危害程度损伤程度冲击力/kPa安全无明显不良反应-10.0～19.6危害Ⅱ轻度或中度中耳及肺挫伤,肝脾包膜下出血,融合性心肌破裂19.6～49.0危害Ⅰ严重中耳及肺挫伤,血肿,弥漫性心肌破裂,体腔、肝脏和脾脏破裂>49.0
图6为不同时刻冲击力沿巷道的分布特征。突出50 ms时，气流尚未运移至尾部结构，3种条件下的冲击力分布近乎一致。突出100 ms时，3种条件下直线段和拐弯段冲击力都表现出明显的差异性，表明不同的尾部结构将对巷道内冲击力的演化起到巨大影响。突出150 ms内，巷道内冲击力主要受气流的影响。在直巷道中，3种条件同时在F4处形成了灾害集中区，且直角L型相比于另外2种在F1处多形成了1个。在拐弯巷道中，直角L和圆弧L型的冲击力率先增长，以直角L型的增长最为迅猛；T型巷道的冲击力随后超过圆弧L型。巷道冲击力整体呈现出齿状的分布特征，尤其在拐弯巷道中呈现强-弱相间的分布规律。由空气动力学可知，当高速气流经突出孔洞向采掘空间喷射运移时会产生一系列复杂的扰动波，突出流体受扰动波的影响在巷道内形成了灾害集中区[29,43]。同理，当高速气流流经不同尾部结构时也会产生相应地扰动，从而影响冲击力在巷道内的分布情况。
图6 巷道内冲击力的分布特征
Fig.6 Distribution characteristics of impact force in the roadway
突出300～700 ms内，巷道内流体呈现出前端密相后端稀相的分布特征，且巷道内固-气比随时间的推移而逐渐增大。在直巷道中，巷道中部逐渐发展成为Ⅰ类危害的严重灾害区，巷道致灾范围逐渐扩大，且主要向突出源区方向扩展。另外，T型的致灾力度逐渐与直角L型持平，圆弧L型明显低于2者。在拐弯巷道中，灾害集中区的致灾力度逐渐衰减，且依次有直角L型>T型>圆弧L型。值得注意的是，直巷道致灾力度在增强的过程中拐弯巷道反而在减弱，说明固-气比的增大加强了能量的损耗，从而有降低拐弯巷道内致灾力度的作用。
突出1 000～3 000 ms内，巷道内流体早已完全转换为煤-瓦斯两相流，并且冲击动力逐渐进入衰减阶段。直巷道中前端的致灾力度逐渐减弱，尾部则有增长的趋势，最终呈现出中间大两头小的分布特征。在拐弯巷道中，仅直角L型展现出致灾特征。值得注意的是，此时T型的致灾力度已衰减至与圆弧L型持平的状态，直角L型的致灾力度全面高于2者。总的来说，在直巷道后端以及拐弯巷道部分区域存在不具备冲击致灾特性的安全区，是井下人员躲避动力致伤的最佳场所。
2.3 尾部结构对直线段冲击力的影响
图7为不同巷道布置方式下冲击力在直线段的演化过程。由2.1节可知，阶段1是气流及稀相流阶段，表现为在突出前期时流体致灾由气相向稠密两相过渡的过程。阶段2是密相流阶段，表现为在突出中后期中稠密两相流动力致灾及其衰减的过程。
图7 直巷道内冲击力的演化过程
Fig.7 Evolution process of impact force in the straight roadway
阶段1期间，冲击力展现出迅速上升的演化趋势。在F1和F3处，直角L型的冲击力远大于另外2种条件，快速增长进入危害Ⅰ区，表现出强烈的冲击致灾特性。而圆弧L和T型的冲击力刚进入危害Ⅱ区，冲击致灾特性较弱。在F4处，直角L、圆弧L和T型的最大冲击力分别为57.4、56.0、56.9 kPa，冲击致灾特性较强。在F2、F5和F6处，3种条件下的冲击力都处于安全区内，无明显的冲击致灾现象。综上可知，当以气体为主导时(煤粉对气流影响较小)，冲击力的演化趋势有明显的地域性，且随距突出源区距离的增加而愈发复杂。同时，在F1、F3和F4处都表现出明显地高强度冲击致灾特性，且直角L型致灾力度大于圆弧L和T型。分析认为当巷道布置形式发生改变时，气流的流通能力发生了改变，极大的影响了气流的内部参数，从而使得巷道内气流的流动状态有所不同，其冲击致灾特性也体现出差异性。
阶段2期间，冲击力展现出先上升至最大值后下降的演化趋势。并且，在冲击力衰减的过程中伴随着起伏波动的现象，该现象表明突出能量的释放是阶段完成的。在F1处，圆弧L和T型的致灾力度近似，最高达Ⅱ类危害。直角L型致灾力度明显大于圆弧L和T型，可直接致人死亡，危害极大。在F2处，3种条件下的冲击力致灾力度近似，T型略高，衰减过程中的起伏现象最为明显。在F3、F4处，直角L和T型冲击力致灾力度近似，且远高于圆弧L型。综上所述，两相流的冲击致灾力度随着固-气比的增加而增大。另外，尾部结构的变化对直线段的冲击致灾特性有巨大的影响。总的来说，在近突出源区(F1～F4)的冲击致灾力度表现为直角L型>T型>圆弧L型；在近尾部结构区域(F5～F6)不具备冲击致灾特性。分析认为尾部结构的变化影响了气流的流通能力，从而使得直巷道内气流的流动状态发生了改变。而突出煤-瓦斯两相流在巷道内运移的本质是瓦斯通过曳力作用带动煤粉运动。煤粉流的运移与突出气流的流动状态密不可分。即，突出两相流的冲击致灾特性与气流的流通能力(尾部结构)有密切的关联。
2.4 尾部结构对拐弯段冲击力的影响
图8为不同巷道布置方式下冲击力在拐弯段的演化过程。当突出流体经尾部结构进入拐弯巷道后，其冲击力展现出2种演化趋势。其一，阶段1期间，冲击力呈现出急剧上升至峰值后逐渐下降的演化趋势，该类型普遍具备冲击致灾特性(F7、F9)。其二，阶段1期间无明显变化，但阶段2期间冲击力呈现出先缓慢增大后缓慢下降的演化趋势，该类型则不具备冲击致灾特性(F8、F10)。拐弯巷道内的冲击力演化受气相的影响远大于固相。在F7处，直角L、圆弧L和T型的演化趋势一致，但峰值冲击力分别为223.2、12.8、38.6 kPa。在F9处与F7处近似，其峰值冲击力分别为156.0、48.1、36.33 kPa。由此可见，拐弯巷道内有灾害集中区的存在，表明尾部结构存在促进突出流体冲击力急剧增大的机制。其中，以直角L型为最大且有2处灾害集中区；圆弧L型次之且仅有1处灾害集中区；T型最小但较为均匀且有2处灾害集中区。综上，在直角L型巷道中，弧形拐弯的设计可有效降低巷道内冲击致灾的力度，并减少拐弯巷道灾害集中区的个数。对比直角L型巷道，T型巷道也可有效降低巷道内冲击致灾的力度，但总体效果不如圆弧L型。同时，T型巷道布置对拐弯巷道内冲击致灾力度的降低优于直巷道内。
图8 拐弯巷道内冲击力的演化过程
Fig.8 Evolution process of impact force in the turning roadway
3 讨 论
3.1 冲击力特征参数演化
煤与瓦斯突出的动力致灾特性主要体现在突出冲击波、冲击气流以及煤-瓦斯两相流对物体产生的强大冲击作用力。借鉴瓦斯爆炸基础研究[44]，设定衡量突出流体致灾力度的主要特征参数是峰值冲击力和正压作用时间。同时，为对比不同条件下的相关性，分别计算了圆弧L和T型与直角L型的相关系数。图9为巷道内冲击力特征参数的分布情况。由图9(a)可知，直巷道中前端(F1～F3)直角L和T型的峰值冲击力明显高于圆弧L型。直巷道中后端(F4～F6)3种条件的峰值冲击力近似，且在F4和F5之间有陡降的过程。拐弯巷道峰值冲击力呈强-弱相间的分布特征，且直角L型最大。在F7处T型峰值冲击力大于圆弧L型，而F9处反之。由图9(b)可知，正压作用时间呈周期性V字型分布特征。其中，直角L和T型分布规律近似，而圆弧L型在F4、F5、F7和F8处呈现出较大差异。总的来说，弧形拐弯的设计可有效缩短正压作用时间，益于对致灾力度的削弱。由图9(c)可知，直巷道中，3种条件在F1～F5处的相关性都比较好，尤其是圆弧L和T型。尾部结构极大地影响了直巷道末端(F6)和拐弯巷道(F7～F10)冲击力的演化规律。
图9 巷道内冲击力特征值的分布
Fig.9 Distribution of characteristic values of impact force in the roadway
3.2 煤-瓦斯两相流比冲量分析
突出煤-瓦斯两相流的冲击动力学效应需综合考虑冲击力值及其作用时间。因此，引进比冲量来进一步分析其致灾特征[45]。比冲量是压力作用在时间上的累计，冲击力比冲量的表达式为
i=
F(t)dt
(1)
式中，i为突出流体冲击作用的比冲量；t+为正压作用时间；F(t)为正压作用时间范围内的冲击力。
图10为巷道内煤-瓦斯两相流动力致灾下比冲量的分布状况。比冲量沿巷道呈现多峰波动式的分布现象。直角L、圆弧L和T型条件在巷道内都呈现出3个波峰，但其对应地位置有所不同。对比峰值冲击力的分布情况，在加入正压作用时间因素后，2者沿巷道的分布状态十分相似，但也存在一些差异。其差异性主要体现在直巷道中前端(F1、F3和F4)。在F1处，3者的比冲量大小分布与峰值冲击力一致，但其间距有所缩小。在F3处，直角L型的比冲量显著的高于其他2者，但是就峰值冲击力而言，直角L型与T型十分相近。在F4处，直角L和T型的比冲量近似，却都远高于圆弧L型。对于峰值冲击力，F4处三者其大小皆近似。由此可见，综合考虑冲击力、正压作用时间等因素可更加精准的了解煤-瓦斯两相流在突出过程中的冲击致灾过程。
图10 巷道煤-瓦斯两相流比冲量的分布
Fig.10 Distribution of the specific impulse of coal-gas two-phase flow in the roadway
3.3 煤-瓦斯两相流冲击动力致灾分析
近年来，学者们在突出动力毁伤效应的研究较少，对动力毁伤效应的评估放法、评估准则等未形成统一标准。在爆炸领域，常见的毁伤评估准则有超压准则、冲量准则以及超压-冲量准则。超压准则适用于正压作用时间远大于目标物体自振周期；冲量准则适用于正压作用时间小于1/4目标物体自振周期；超压-冲量准则适用于2者之间[45-46]。
就煤与瓦斯突出而言，突出时间可达几秒甚至几十秒，远高于爆炸灾害(毫秒级)[47]。因此，突出动力灾害更适用于超压准则。总结若干冲击超压对人体的损伤情况[48-50]，给出在突出动力灾害中人体的毁伤等级判据，见表3。运用上述判据，探究突出过程中不同类型巷道的动力致灾强-弱力度的具体分布特征。图11为不同巷道布置下动力致灾毁伤等级在巷道内的分布云图。可以看出，直角L型存在3个五级致灾区、1个四级致灾区以及若干三级致灾区，其严重致灾区主要分布在近突出源区、直巷中部以及拐弯巷道处。圆弧L型以三级致灾区为主，在直巷道中部出现1个四级致灾区。T型主要存在2个四级致灾区和3个三级致灾区，其在直线段与直角L型类似，但强度不及。对比可知，直角L型的动力致灾力度和致灾面积都大于圆弧L和T型。重灾区主要分布在直巷道中前部，同时，在直巷道尾部和拐弯巷道部分地域有安全区的存在。尾部结构的不同对煤-瓦斯两相流动力致灾效应有重大的影响。直角拐弯结构和平角分岔结构都存在能量集中释放从而导致冲击动力致灾增强的机制。另外，弧形结构可有效降低冲击动力致灾力度，避免或减少能量集中释放的现象。
表3 突出动力灾害的人体毁伤等级划分
Table 3 Judgment of human body destruction level in coal and gas outburst power disaster
毁伤等级伤亡程度损伤程度冲击力/kPa一级无伤无明显不良反应-15.0～19.6二级轻伤轻微挫伤肺部和中耳,局部心肌断裂19.6～29.4三级中伤中度中耳和肺挫伤,肝脾包膜下出血,融合性心肌断裂29.4～49.0四级重伤重度中耳和肺挫伤,骨折,脱臼,血肿,弥漫性心肌断裂,可能引起死亡49.0～98.0五级死亡体腔,肝,脾破裂,肝破裂及两肺重度挫伤>98.0
图11 突出动力致灾毁伤等级分布云图
Fig.11 Distribution cloud chart of damage grade caused by dynamic disaster of coal and gas outburst
4 结 论
(1)以流体介质为基，将突出过程划分为气流及稀疏两相流阶段和稠密两相流阶段。在直巷道中，气流及稀疏两相流阶段的冲击力演化趋势有明显的地域性，且随距突出源区距离的增加而愈发复杂。在距突出源区2、6、8 m处都表现出冲击致灾特性，且直角L型致灾力度大于圆弧L和T型。对于稠密两相流阶段，两相流的冲击致灾力度随着固-气比的增加而增大。冲击力衰减过程中存在起伏现象，表明突出能量的释放是阶段完成的。尾部结构的变化对直线段的冲击致灾特性有巨大的影响，近突出源区的冲击致灾力度表现为直角L型>T型>圆弧L型，而近尾部结构区域则不具备冲击致灾特性。
(2)在拐弯巷道中，冲击力演化受气相的影响远大于固相。拐弯巷道内有灾害集中区的存在，表明尾部结构存在促进突出流体冲击力急剧增大的机制。弧形结构可有效降低巷道内冲击致灾的力度，并减少拐弯巷道灾害集中区的数量。对比直角L型，T型也可降低巷道内冲击致灾的力度，但效果不如圆弧L型。T型巷道布置对拐弯巷道内冲击致灾力度的降低优于直巷道。
(3)巷道冲击力在巷道内呈现出齿状的分布特征，尤其在拐弯巷道中呈现强-弱相间的分布规律。在直巷道中，巷道中部逐渐发展成为Ⅰ类危害的严重灾害区，巷道致灾范围逐渐扩大，且主要向突出源区方向扩展。随着时间的推移，直巷内T型的冲击力逐渐与直角L型持平。拐弯巷道内直角L和圆弧L型的致灾时间先于T型。直巷道致灾力度在增强的过程中拐弯巷道反而在减弱，说明固-气比的增大加强了能量的损耗，从而有降低拐弯巷道内致灾力度的作用。
(4)直角L、圆弧L和T型的峰值冲击力差异性主要体现在直巷道前6 m和拐弯巷道。正压作用时间呈周期性V字型分布特征。弧形结构可有效缩短冲击力的正压作用时间。直巷道末端和拐弯巷道冲击力相关系数相差较大，说明其演化规律主要受尾部结构的影响。比冲量沿巷道呈现多峰波动式的分布现象。对比峰值冲击力，加入正压作用时间因素后其差异性主要体现在直巷道中前端。
(5)直角L型的动力致灾力度和致灾面积都大于圆弧L和T型。重灾区主要分布在直巷道中前部，同时，在直巷道尾部和拐弯巷道部分地域有安全区的存在。直角拐弯结构和平角分岔结构都存在能量集中释放从而导致冲击动力致灾增强的机制。另外，弧形结构可有效降低冲击动力致灾力度，避免或减少能量集中释放的现象。
[1] WEI Wei,MUSHTAQ Zulqarnain,SHARIF Maimoona,et al.Evaluating the coal rebound effect in energy intensive industries of China [J].Energy,2020,207:118247.
[2] 袁亮.我国煤炭资源高效回收及节能战略研究[J].中国矿业大学学报(社会科学版),2018,20(1):3-12.
YUAN Liang.Strategies of high efficiency recovery and energy saving for coal resources in China [J].Journal of China University of Mining &Technology(Social Sciences),2018,20(1):3-12.
[3] 袁亮.深部采动响应与灾害防控研究进展[J].煤炭学报,2021,46(3):716-725.
YUAN Liang.Research progress of mining response and disaster prevention and control in deep coal mines [J].Journal of China Coal Society,2021,46(3):716-725.
[4] 袁亮.煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术研究进展[J].煤炭学报,2020,45(5):1557-1566.
YUAN Liang.Research progress on risk identification,assessment,monitoring and early warning technologies of typical dynamic hazards in coal mines [J].Journal of China Coal Society,2020,45(5):1557-1566.
[5] 张建国,兰天伟,王满,等.平顶山矿区深部矿井动力灾害预测方法与应用[J].煤炭学报,2019,44(6):1698-1706.
ZHANG Jianguo,LAN Tianwei,WANG Man,et al.Prediction method of deep mining dynamic disasters and its application in Pingdingshan mining area [J].Journal of China Coal Society,2019,44(6):1698-1706.
[6] 潘一山.煤与瓦斯突出、冲击地压复合动力灾害一体化研究[J].煤炭学报,2016,41(1):105-112.
PAN Yishan.Integrated study on compound dynamic disaster of coal-gas outburst and rockburst [J].Journal of China Coal Society,2016,41(1):105-112.
[7] 周爱桃.瓦斯突出冲击气流传播及诱导矿井风流灾变规律研究[D].北京:中国矿业大学(北京),2012.
ZHOU Aitao.Research on propagation characteristics of shock wave and gas flow from gas outburst and induced catastrophe law of mine airflow [D].Beijing:China University of Mining and Technology-Beijing,2012.
[8] 周世宁,何学秋.煤和瓦斯突出机理的流变假说[J].中国矿业大学学报,1990，19(2):4-11.
ZHOU Shining,HE Xueqiu.Rheological hypothesis of coal and gas outburst mechanism[J].Journal of China University of Mining &Technology,1990，19(2):4-11.
[9] 程远平,雷杨.构造煤和煤与瓦斯突出关系的研究[J].煤炭学报,2021,46(1):180-198.
CHENG Yuanping,LEI Yang.Causality between tectonic coal and coal and gas outbursts[J].Journal of China Coal Society,2021,46(1):180-198.
[10] 聂百胜,马延崑,何学秋,等.煤与瓦斯突出微观机理探索研究[J].中国矿业大学学报,2022,51(2):207-220.
NIE Baisheng,MA Yankun,HE Xueqiu,et al.Micro-scale mechanism of coal and gas outburst:A preliminary study[J].Journal of China University of Mining &Technology,2022,51(2):207-220.
[11] 程五一,刘晓宇,王魁军,等.煤与瓦斯突出冲击波阵面传播规律的研究[J].煤炭学报,2004,29(1):57-60.
CHENG Wuyi,LIU Xiaoyu,WANG Kuijun,et al.Study on regulation about shock-wave-front propagating for coal and gas outbursts[J].Journal of China Coal Society,2004,29(1):57-60.
[12] 程卫民,王刚,张睿,等.煤与瓦斯突出形成冲击波的灾变损害[J].科技导报,2008,26(24):61-65.
CHENG Weimin,WANG Gang,ZHANG Rui,et al.Formation of coal and gas outburst blast wave[J].Technology Review,2008,26(24):61-65.
[13] 张建方,王凯,韦彩平.煤与瓦斯突出冲击波的形成与传播规律研究[J].采矿与安全工程学报,2010,27(1):71-75.
ZHANG Jianfang,WANG Kai,WEI Caiping.Formation propagation of shock waves during coal and gas outbursts[J].Journal of Mining &Safety Engineering,2010,27(1):71-75.
[14] 杨书召,张瑞林.煤与瓦斯突出冲击波及瓦斯气流所致伤害研究[J].中国安全科学学报,2012,22(11):62-66.
YANG Shuzhao,ZHANG Ruilin.Research on injuries due to shock wave and gas flow from coal and gas outburst[J].China Safety Science Journal,2012,22(11):62-66.
[15] 苗法田,胡千庭,孙东玲.煤与瓦斯突出冲击波的形成机理[J].煤炭学报,2013,38(3):367-372.
MIAO Fatian,HU Qianting,SUN Dongling.The formation mechanism of shock waves in the coal and gas outburst process[J].Journal of China Coal Society,2013,38(3):367-372.
[16] 魏建平,朱会启,温志辉.煤与瓦斯突出冲击波传播规律实验研究[J].煤,2010,19(8):11-13.
WEI Jianping,ZHU Qihui,WEN Zhihui.Coal and gas outburst shock wave propagation experiments [J].Coal,2010,19(8):11-13.
[17] 王凯,周爱桃,魏高举,等.直巷道中突出冲击气流的形成及传播特征研究[J].采矿与安全工程学报,2012,29(4):559-563.
WANG Kai,ZHOU Aitao,WEI Gaoju,et al.Study of formation and propagation characteristics of shock wave and gas flow of outburst at straight roadway[J].Journal of Mining &Safety Engineering,2012,29(4):559-563.
[18] 曹偈,孙海涛,戴林超,等.煤与瓦斯突出动力效应的模拟研究[J].中国矿业大学学报,2018,47(1):113-121.
CAO Jie,SUN Haitao,DAI Linchao,et al.Simulation research on dynamic effect of coal and gas outburst[J].Journal of China University of Mining &Technology,2018,47(1):113-121.
[19] ZHOU A T,WANG K,FENG T F,et al.Effects of fast-deso-rbed gas on the propagation characteristics of outburst shock waves and gas flows in underground roadways[J].Process Safety and Environmental Protection,2018,119(1):295-303.
[20] 李希建,薛海腾,陈刘瑜,等.煤与瓦斯突出冲击波穿越门墙孔洞能量耗散规律及安全尺寸[J].煤炭学报,2021,46(12):3934-3947.
LI Xijian,XUE Haiteng,CHEN Liuyu,et al.Research on energy dissipation law and safety sizes of outburst shock wave passing through hole in door wall [J].Journal of China Coal Society,2021,46(12):3934-3947.
[21] 杨培君,谢雄刚,任建军,等.挡板缓冲下煤与瓦斯突出冲击波传播减能机制研究[J].中国安全生产科学技术,2022,18(5):115-121.
YANG Peijun,XIE Xionggang,REN Jianjun,et al.Study on energy reduction mechanism of mine outburst shock wave propagation under back plate buffer[J].Journal of Safety Science and Technology,2022,18(5):115-121.
[22] 程卫民,王刚,周刚,等.煤与瓦斯突出后对防突风门破坏的数值模拟[J].重庆大学学报,2009,32(3):314-318.
CHENG Weimin,WANG Gang,ZHOU Gang,et al.Numerical simulation of outburst prevention air door destruction by coal and gas outbursts [J].Journal of Chongqing University,2009,32(3):314-318.
[23] JIN Kan,CHENG Yuanping,REN Ting,et al.Experimental investigation on the formation and transport mechanism of outburst coal-gas flow:Implications for the role of gas desorption in the development stage of outburst [J].International Journal of Coal Geology,2018,194:45-58.
[24] 王凯,王亮,杜锋,等.煤粉粒径对突出瓦斯-煤粉动力特征的影响[J].煤炭学报,2019,44(5):1369-1377.
WANG Kai,WANG Liang,DU Feng,et al.Influence of coal powder particle sizes on dynamic characteristics of coal and gas outburst[J].Journal of China Coal Society,2019,44(5):1369-1377.
[25] 孙东玲,胡千庭,苗法田.煤与瓦斯突出过程中煤-瓦斯两相流的运动状态[J].煤炭学报,2012,37(3):452-458.
SUN Dongling,HU Qianting,MIAO Fatian.Motion state of coal-gas flow in the process of outburst [J].Journal of China Coal Society,2012,37(3):452-458.
[26] 张超林,王奕博,王恩元,等.煤与瓦斯突出煤粉在巷道内运移分布规律试验研究[J].煤田地质与勘探,2022,50(6):11-19.
ZHANG Chaolin,WANG Yibo,WANG Enyuan,et al.Migration and distribution law of pulverized coal in roadway during coal and gas outburst[J].Coal Geology &Exploration,2022,50(6):11-19.
[27] 许江,程亮,周斌,等.突出过程中煤-瓦斯两相流运移的物理模拟研究[J].岩石力学与工程学报,2019,38(10):1945-1953.
XU Jiang,CHENG Liang,ZHOU Bin,et al.Physical simulation of coal-gas two-phase flow migration in coal and gas outburst [J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2019,38(10):1945-1953.
[28] 程亮,许江,周斌,等.不同瓦斯压力对煤与瓦斯突出两相流传播规律的影响研究[J].岩土力学,2020,41(8):2619-2626.
CHENG Liang,XU Jiang,ZHOU Bin,et al.The influence of different gas pressures on the propagation law of coal and gas outburst two-phase flow [J].Rock and Soil Mechanics,2020,41(8):2619-2626.
[29] ZHOU Bin,XU Jiang,YAN Fazhi,et al.Effects of gas pressure on dynamic response of two-phase flow for coal-gas outburst [J].Powder Technology,2021,377:55-69.
[30] 张超林,王恩元,王奕博,等.多功能煤与瓦斯突出模拟试验系统研制与应用[J].岩石力学与工程学报,2022,41(5):995-1007.
ZHANG Chaolin,WANG Enyuan,WANG Yibo,et al.Development and application of multi-functional test system for coal and gas outburst simulation [J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2022,41(5):995-1007.
[31] 唐巨鹏,张昕,潘一山,等.深部巷道煤与瓦斯突出及冲击演化特征试验研究[J].岩石力学与工程学报,2022,41(6):1081-1092.
TANG Jupeng,ZHANG Xin,PAN Yishan,et al.Experimental study on the characteristics of deep coal and gas outburst and impact evolution in roadway [J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2022,41(6):1081-1092.
[32] 王亮.突出煤粉-瓦斯固气两相流动力学演化规律研究[D].北京:中国矿业大学(北京),2020.
WANG Liang.Dynamic evolution law of solid-gas two-phase flow in coal and gas outbursts[D].Beijing:China University of Mining and Technology-Beijing,2020.
[33] 王凯,周爱桃,张建方,等.直角拐弯巷道中瓦斯突出冲击气流传播特征研究[J].中国矿业大学学报,2011,40(6):858-862.
WANG Kai,ZHOU Aitao,ZHANG Jianfang,et al.Study of the shock wave propagation and gas flow during a coal and gas outburst at the roadway with a right-angled bend[J].Journal of China University of Mining &Technology,2011,40(6):858-862.
[34] 王凯,周爱桃,魏高举,等.巷道截面变化对突出冲击波传播的影响[J].煤炭学报,2012,37(6):989-993.
WANG Kai,ZHOU Aitao,WEI Gaoju,et al.Influence of roadway cross-section variation on outburst shock wave propagation[J].Journal of China Coal Society,2012,37(6):989-993.
[35] 刘星魁,赵志梅.直角拐角与障碍物对巷道瓦斯突出冲击波传播的影响[J].煤矿安全,2016,47(6):178-181.
LIU Xingkui,ZHAO Zhimei.Influence of right angle corners and obstructions on gas shock propagation in roadway[J].Safety in Coal Mines,2016,47(6):178-181.
[36] 许江,程亮,魏仁忠,等.T 型巷道中突出煤-瓦斯两相流动力学试验研究[J].岩土力学,2020,43(6):1-12.
XU Jiang,CHENG Liang,WEI Renzhong,et al.Study on the propagation characteristics of coal-gas two-phase flow in T-shaped roadway [J].Rock and Soil Mechanics,2020,43(6):1-12.
[37] ZHOU Bin,XU Jiang,PENG Shoujian,et al.Test system for the visualization of dynamic disasters and its application to coal and gas outburst [J].International Journal of Rock Mechanics and Mining sciences,2019,122:104083.
[38] 周斌,许江,彭守建,等.突出过程中煤层及巷道多物理场参数动态响应[J].煤炭学报,2020,45(4):1385-1397.
ZHOU Bin,XU Jiang,PENG Shoujian,et al.Dynamic response of coal seam and roadway during coal and gas outburst[J].Journal of China Coal Society,2020,45(4):1385-1397.
[39] 许江,周斌,彭守建,等.基于热-流-固体系参数演变的煤与瓦斯突出能量演化[J].煤炭学报,2020,45(1):213-222.
XU Jiang,ZHOU Bin,PENG Shoujian,et al.Evolution of outburst energy based on development of heat-flow-solids parameters [J].Journal of China Coal Society,2020,45(1):213-222.
[40] 许江,程亮,彭守建,等.煤与瓦斯突出冲击气流形成及传播规律[J].煤炭学报,2022,47(1):333-347.
XU Jiang,CHENG Liang,PENG Shoujian,et al.Formation and propagation law of outburst impact airflow in closed roadways [J].Journal of China Coal Society,2022,47(1):333-347.
[41] 金侃.煤与瓦斯突出过程中高压粉煤-瓦斯两相流形成机制及致灾特征研究[D].北京:中国矿业大学(北京),2017.
JIN Kan.Research on formation mechanism of high pressure pulverized coal-gas two phase flow during outburst and its disaster characteristic [D].Beijing:China University of Mining and Technology-Beijing,2017.
[42] 王德明.煤矿热动力灾害学[M].北京:科学出版社,2018.
[43] ZHOU Bin,XU Jiang,PENG Shoujian,et al.Experimental analysis of the dynamic effects of coal-gas outburst and a protean contraction and expansion flow model[J].Natural Resources Research,2019,29:1617-1637.
[44] 王新颖,王树山,卢熹,等.空中爆炸冲击波对生物目标的超压-冲量准则[J].爆炸与冲击,2018,38(1):106-111.
WANG Xinying,WANG Shushang,LU Xi,et al.Overpressure impulse criterion of air explosion shock wave on biological targets [J].Explosion and Shock Waves,2018,38(1):106-111.
[45] 赵衡阳.气体和粉尘爆炸原理[M].北京:北京理工大学出版社,1996.
[46] 杨东来.FAE爆炸场特征和毁伤效应研究[D].南京:南京理工大学,2003.
YANG Donglai.Study on characteristics and damage effect of FAE explosion field [D].Nanjing:Nanjing University of Science and Technology,2003.
[47] 王汉鹏,张玉强,袁亮,等.煤粒初始释放瓦斯膨胀能的影响规律与温度效应分析[J].采矿与安全工程学报,2019,36(5):1052-1060.
WANG Hanpeng,ZHANG Yuqiang,YUAN Liang,et al.Analysis of influence law and temperature effect of initial released gas expansion energy of the coal grain [J].Journal of Mining &Safety Engineering,2019,36(5):1052-1060.
[48] 李铮.空气冲击波作用下人的安全距离[J].爆炸与冲击,1990(2):135-144.
LI Zheng.Safety distance of people under the action of air shock wave [J].Explosion and Shock Waves,1990(2):135-144.
[49] 许浪.瓦斯爆炸冲击波衰减规律及安全距离研究[D].徐州:中国矿业大学,2015.
XU Lang.Study on the aettenuation law and safe distance of gas explosion shock wave [D].Xuzhou:China University of Mining and Technology,2015.
[50] 刘雅琼.多重毁伤效应综合评价方法研究[D].南京:南京理工大学,2009.
LIU Yaqiong.A research on comprehensive evaluation methods of multi-damage effect of explosion [D].Nanjing:Nanjing University of Science and Technology,2009.
