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山 西 化 工 2009年4月

空间分布规律。付永水通过瓦斯地质规律研究得到了有关瓦斯涌出量的变化规律和主要影响因素,并在此基础上根据矿井已采区域的瓦斯涌出量实测数据和相关地质资料,建立了预测瓦斯涌出量的多变量数学模型。该模型可对矿井未采区域的瓦斯涌出量进行预测,适合于低瓦斯煤层工作面的瓦斯涌出量预测。夏红春运用最小二乘法建立了工作面开采深度与相对瓦斯涌出量之间的一元线性回归方程,利用此方程对深部区域的瓦斯涌出量进行预测。刘新喜提出了基于BP人工神经网络的矿井瓦斯涌出量预测方法,建立了煤层群开采矿井瓦斯涌出量预测模型。人工神经网络以其高度的非线性映射、自组织结构,将影响矿井瓦斯涌出量的诸因素视为输入节点,并通过一定方式连接,对网络进行学习与联想记忆,从而实现矿井瓦斯涌出量预测。莫亚林提出了灰色系统理论瓦斯预测方法,建立了不同深度及掘进过程中的瓦斯预测(GM)模型,对煤矿采掘工作面的瓦斯涌出变化进行了分析。经检验对比,灰色预测精度高于传统预测方法。陈富勇将数值分析应用于矿井未开采区瓦斯涌出量预测中。用数值分析对已有瓦斯涌出量和深度的离散数据进行拟合分析,可寻找到瓦斯涌出量和开采深度的近似函数,从而实现对未开采区瓦斯涌出量的预测。

此外,国内研究机构和学者还对煤矿瓦斯其他方面的理论进行了研究分析(例如,对煤与瓦斯突出机理的研究),中国科学院力学研究所从力学角度对突出过程做了大量的研究工作,提出了突出破坏过程及瓦斯渗流的机制方程。同时,对煤矿巷道瓦斯爆轰理论分析和参数计算也进行了大量的研究。其中比较突出的是丁广骥应用C J爆轰理论及质量、动量和能量守恒定律,针对煤矿巷道瓦斯变绝热指数建立了雨贡纽方程和瑞利方程,在此基础上分析了煤矿巷道瓦斯爆炸的条件和可能过程,建立了煤矿巷道瓦斯C J爆轰参数计算公式,提出了激波点燃瓦斯混合气的条件和最小理论马赫数M的表达式,计算了煤矿巷道几种瓦斯浓度情况下爆压、爆温、爆速等爆轰参数和相应的点燃瓦斯混合气的最小理论马赫数M2.2 实验研究

[3,4]

故勘测和阻隔爆设备设计有一定的参考意义。曲明志对掘进巷道的瓦斯爆炸冲击波作用和传播规律也

给出了计算方法和理论模型,并予以实验验证,对掘进巷道的瓦斯爆炸研究进行了良好的补充。林柏泉对瓦斯爆炸动力学特征参数的测定及障碍物对爆炸波的影响有一定的研究,该研究可为瓦斯爆炸救灾决策提供理论上的支持。

随着大量国外数值模拟软件(Fluent、AutoRea Gas及FLACS等)的引进,煤矿瓦斯的数值模拟已经成为必不可少的实验方法之一。司荣军、王春秋以连续相、燃烧、颗粒相数理方程建立了瓦斯煤尘爆炸传播数理模型,并应用连续相、颗粒相计算方法,依据大型巷道瓦斯爆炸、瓦斯煤尘爆炸传播实验数据,借助普遍应用的流场模拟平台,开发了瓦斯、煤尘爆炸数值仿真系统。该系统可以有效地模拟煤矿瓦斯、煤尘的爆炸事故过程,而且对瓦斯爆炸的爆燃转爆轰、煤尘是否参与爆炸、爆炸冲击传播速度、衰减规律以及爆炸灾害的波及范围都能进行较准确的模拟。高尔新、白春华等基于AutoReaGas软件中所给出的均相湍流流时均方程组和k 湍流模型等对瓦斯爆炸过程进行了数值模拟,揭示了煤矿内瓦斯燃爆、爆轰的发生、发展和演化过程,火焰加速机理和燃烧加速过程中流场各参数的变化规律等。居宁江、吴文权则通过建立瓦斯爆炸流场的数学模型,运用TVD格式的有限差分法,模拟了瓦斯爆炸冲击波峰值超压沿井巷的衰减规律,着重反映了冲击波二次反冲过程,其结果对于实际防爆工程设计具有指导意义。

3 煤矿瓦斯灾害预防新技术

目前,预防煤矿瓦斯灾害技术的研究已经从局部性的单项技术发展为区域性、以建设本质安全矿井为目的的综合技术,包括瓦斯灾害易发区域的预测技术、高效瓦斯抽采及抽采效果评价技术、瓦斯灾害监测预警技术等。3.1 瓦斯灾害易发区域预测技术

瓦斯灾害与地质构造有密切关系,地质构造复杂的区域通常属于瓦斯灾害易发区域。此外,瓦斯灾害易发区通常赋存着较高的瓦斯含量。因此,预测高瓦斯含量区域也是预测瓦斯灾害易发区的有效手段。3.1.1 地质雷达超前探测地质构造技术

地质雷达是利用无线电反射原理超前探测地质构造的一种有效手段。最新研制出的适合煤矿环境,[5]

。

对于煤矿瓦斯的实验研究主要基于可燃气体爆炸理论,对瓦斯爆炸进行相关的实验模拟,以期得出瓦斯爆炸的机理、特征、传播规律和影响因素等。徐景德、周心权等对矿井瓦斯爆炸传播规律和爆炸特,