水射流辅助破岩机理研究

总结近年来国内外高压水射流辅助破岩机理的研究成果。提出简化力学模型,并进行弹性力学和有限元分析,阐述了高压水射流与机械刀具联合破碎岩石的机理与效果。     

水射流辅助破岩机理研究

总结近年来国内外高压水射流辅助破岩机理的研究成果。提出简化力学模型，并进行弹性力学和有限元分析，阐述了高压水射流与机械刀具联合破碎岩石的机理与效果。     

激光—水射流破岩技术的物理基础

根据激光的冲击力学效应，本文初步探讨了激光－水射流破岩技术的物理基础，对这项新技术在井下巷道掘进中的应用前景提出了一些建议。     

基于ANSYS的高压水射流破岩过程应力分布研究

建立了高压水射流破碎岩石的有限元计算模型,基于ANSYS软件对高压水射流破岩过程中岩石内部应力的分布规律以及水射流速度对内部应力的影响规律进行了研究。研究结果表明,在射流与岩石冲击接触区域产生的应力最大,然后呈椭圆状向外扩散并逐渐减小;随着水射流冲击速度的增加,岩石内部的应力值也随之急剧增加,因而水射流速度对破岩效果的影响很大,这与实际破碎过程是一致的。     

水射流辅助刀具破碎岩石机理及射流位置的研究

虽然许多人对水射流辅助机械刀具破岩作过研究,并宣称已取得一些成果．但至今为止,很少见到投入生产使用的大面积破岩的水射流机械．有些研究人员虽然作过半工业或工业试验。但最后却停止了研究,一个重要原因是水射流相对于刀具的位置确定不恰当、当水射流垂直布置在刀具周围时．水射流必须起着为刀具在岩石上开槽及进入岩石裂隙冲走岩石碎块的作用。     

高压水射流辅助破碎煤和矿石

在美国密苏里Rolla大学高压实验室进行的研究表明高压水射流能够用来采掘煤和矿石、切割材料，也能用于破碎煤和矿石。如果将目前普遍应用的压力破碎原理转变为另一种原理，即颗粒在内部水射流压力作用下，通过使其内部原来存在的裂缝或裂纹的拉伸扩展而实现颗粒破裂，那么在破碎方面就会取得新的进展。我们在一些试验中对这一想法进行了研究。试验包括在有或没有压力载荷的情况下将不同的水射流作用于煤和岩石样品上。     

高压水射流破岩能量耗散与释放机制

从应力-应变角度建立的高压水射流破岩准则,其精确度取决于对屈服应力的表述,由于表达式中不含材料参数,不能精确计算高压水射流破岩参数,而从能量角度建立的岩石强度理论具有更好的适用性和准确性。开展了基于能量耗散和释放机制的高压水射流破岩机理,理论研究了自由射流段速度分布特征,分别计算了等速核区和射流边界层扩展区动能,建立了不同靶距处射流动能计算模型。高压水射流冲击破岩能量表征为冲蚀坑的形成和岩体的体积破坏;射流能量耗散于剪切面的扩展和滑动,储存弹性势能的释放导致岩体的整体体积破坏。根据岩石的统一能量屈服准则,建立了高压水射流破岩能量准则。通过砂岩、灰岩和花岗岩的单轴压缩应力-应变曲线得出3种岩石的材料参数,计算每种岩石的剪切应变能和体积应变能,得出射流破岩临界速度。根据高压水射流冲击破岩实验结果修正了考虑喷嘴流量系数的高压水射流破岩能量准则,该准则能够较为精确的计算射流破岩速度。且岩体的破坏形态证明从能量角度研究破岩机理更为适合。     

水射流辅助岩石切削过程的刀具热应力分析

建立了刀片在水射流辅助切削岩石过程中的热传导模型,并在对岩石切削过程进行热功转换分析的基础上,给出了热流密度、界面温度等边界条件的确定方法,从而建立了水射流条件下刀片的温度场模型。对刀片由于温度变化产生的热应力进行了系统分析,并给出了热应力的计算模型,并且结合计算分析了射流压力等参数对各种热应力的影响。研究表明：热应力是导致岩石切削刀具失效的主要影响因素。热应力受刀具与岩石材料热物性质、刀片尺寸、切削力、切削速度、射流压力等因素影响。水射流的存在可以大幅降低刀具的热应力,热应力的大小与射流压力p的四次方根的倒数成正比。选择合适参数可将热应力控制在临界范围内,避免刀具早期失效,延长其使用寿命。     

准直管磨料射流在岩石上切割深槽的研究

为了提高坚硬岩石巷道的掘进速度和质量，提出了将准直管磨料射流用于岩石巷道掘进的新型方案，并讨论了其组成和工作特点，分析了准直管磨料射流装备的结构和工作原理．重点研究了磨料在准直管中的加速过程及准直管结构和工作参数对切割效果的影响．研究表明，准直管长度在０４～３０ｍ范围内磨料射流在岩石上切割效果基本不变，为开发新型的掘进系统提供了初步的理论基础和设计论据．     

多孔喷嘴破岩钻孔特性的实验研究

采用自行研制的实验装置研究了孔数和水力参数（冲蚀时间、喷嘴压降、喷距、围压）对多孔喷嘴破岩效果的影响规律。结果表明：喷嘴孔数越多,成孔形状越圆整;破岩效果随着射流压力的增大而呈线性增加;0围压条件下多孔喷嘴存在获得最大破岩体积和孔深的最优喷距约为5～6倍喷嘴当量直径。在围压条件下,多孔喷嘴破岩效果随着围压的增大而大幅下...     

低渗煤层液态CO2相变射孔破岩及裂隙扩展力学机理

液态CO2相变射孔致裂增透技术作为一种有效的低渗煤层强化抽采方法,已被广泛的应用研究。但由于该技术在破岩及裂隙扩展力学机理方面研究不足,在一定程度上影响该技术进一步发展及应用。基于热工学、弹性力学、断裂力学等理论基础,建立了液态CO2相变气体射流压力模型,理论分析了液态CO2相变射孔破岩力学机理、地应力条件下裂隙扩展力学机理。采用PFC2D离散元颗粒流分析软件,进行数值模拟研究,分析了不同地应力及射流压力条件下液态CO2相变射孔破岩及裂隙分布特征。在以上研究基础上,在川煤集团白皎煤矿进行现场试验,研究表明该技术可有效提高低渗煤层瓦斯抽采效率。     

磨料射流联合机械齿提高硬岩钻进效率研究

针对煤矿中穿硬质岩层钻孔预抽瓦斯时钻进困难这一问题,在理论分析孔底“凸台”的形成是导致传统旋转钻头钻进困难主要原因基础上,提出了磨料射流联合机械齿钻进硬岩新方法,即利用磨料射流强大的冲蚀能力,预先消除“凸台”,形成先导孔,进而改变传统旋转钻头钻岩机理,达到提高硬岩钻进效率目的。利用断裂力学理论与能量守恒原理揭示了磨料射流联合机械齿提高硬岩钻进效率机理。设计发明了一种破碎硬岩钻头,总成了一套联合钻进硬岩实验系统,并完成了一系列新技术与现有技术的对比实验研究。结果表明,相同条件下,钻头钻进效率较现有技术条件提高63%,承受轴向力与扭矩分别下降约15%和20%,钻头磨损明显减轻。     

围压作用下水射流破岩损伤机理的数值模拟研究北大核心

采用显示动力学软件对水射流冲孔过程进行数值模拟,探究煤岩在高压水射流冲击下的破碎规律及裂隙发育状态,分析射流水柱冲击有/无围压的煤岩时,掏槽成孔的过程及机理,论证了煤岩体受拉伸力和剪切力的作用下导致横纵向裂隙形成并逐渐延伸成裂隙网的过程。研究结果表明:水射流冲击煤岩形成孔洞的同时,会在周围煤岩形成供瓦斯运移的裂隙,且成孔损伤范围受围压的影响;射流参数一定时,围压作用会阻碍孔深和孔径的扩展,但会使得周围裂隙的发育范围进一步扩张,20 MPa围压作用下扩张范围约增加40%。     

层状岩体爆破损伤断裂机理分析

分析了岩体交界层面之间具有黏结力的层状岩体的受力状况和爆炸应力波在层状岩体中的传播过程，比较了应力波在同一介质和不同介质、在相同传播距离的衰减状况．分析表明，层状岩体的断裂损伤是爆炸应力波的动作用和爆生气体静作用共同作用的结果，爆生裂纹可以在比以往理论预测值更低的气体压力作用下起裂和稳定传播，从而使气体的作用表现的更有效．     

长壁开采切顶短壁梁理论及其110工法——第三次矿业科学技术变革

为了提升磨料水射流系统切割坚硬厚顶板的效率,利用数值模拟软件研究了喷嘴结构参数对磨料颗粒的速度及其分布的影响规律。结果表明：随着水喷嘴直径的增加,磨料的出口速度增大,在出口截面上,磨料颗粒主要集中在水射流外边界区域;当磨料入口角度和位置分别为60°和3 mm时,磨料颗粒的速度最大,轴线区域集中度最好。基于以上规律,对影响因素进行正交实验及方差分析,得出最优参数为水喷嘴直径1 mm,磨料入口位置为0 mm,角度为60°。通过割缝实验对比,发现喷嘴优化后割缝宽度减小了12.0%,深度增大了26.5%。

     

高压水射流钻割一体化防冲机理分析及其数值模拟研究

为了研究高压水射流钻割一体化技术对煤层巷道的卸压防冲效果,以甘肃华亭砚北煤矿2502采区工程地质条件为背景,采用理论分析、数值模拟和现场工业性试验相结合的研究方法,对250203运输巷道受邻近250204工作面回采扰动影响进行了研究。结果表明:对巷帮煤体采取高压水射流冲孔措施后,煤体内的高集中静载将会转移和释放,并形成一定范围的\     

高压水射流切割技术和磨料水射流切割技术的机理分析与研究

分析了水射流切割技术和磨料水射流切割技术的切割过程 ,列出了切割时的切割参数 ,定性分析了磨料水射流的切割机理和磨料水射流切割的主要相关规律。