高压水射流破煤防突仿真研究

对高压水射流的结构以及冲击结构进行分析,在此基础上构建水射流的破煤力学模型,运用ANSYS/Ls-Dyna有限元分析技术对高压水射流破煤效果进行动力学分析,得出高压水射流在破碎煤体过程中形成槽孔的结论,由于煤层内部压力的变化使槽孔周围煤体发生破裂,出现了大量的裂隙,增加了煤层的透气性,为瓦斯的释放创造了有利条件。     

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。     

高压水射流破碎煤体过程及应力变化规律的数值分析

针对高压水射流冲击破碎煤体这一复杂非线性冲击动力学问题,采用SPH和FEM耦合算法,数值模拟了煤体在高压水射流冲击下的破碎过程,分析了应力作用规律和煤体破碎规律。研究结果表明,煤体主要受拉伸和剪切作用而被破坏,拉应力的作用区域随着煤体破碎向外延伸,剪切应力的作用区域主要在冲击轴心;水射流冲击载荷破煤过程可分为破碎积累、快速破碎2个阶段,煤体破碎速度表现为快慢交替。     

煤岩体水射流破碎机理

假设非均质岩体微元的弹性模量和抗压强度均服从Weibull分布,用愈渗理论推导了非均质岩体的水射流破坏准则和水射流破碎非均质岩体的门槛压力;数值模拟了水射流在非均质煤层中的连续钻孔过程;并进行了水射流的破煤实验.研究表明,在水射流作用下,煤岩体中强度较弱的一系列微元首先破坏,形成裂隙.进入裂隙空间的水射流对裂隙发生的水楔作用,使裂隙尖端产生拉应力集中,导致裂隙迅速发展和扩大,裂隙与裂隙连通后使得大块的煤岩体脱落,形成破碎坑.当水射流压力为60 MPa时,煤体破碎距离达到0.5 m以上.     

利用压力释放效应对煤进行超细粉碎的研究

通过对受一定静水压力的物料颗粒压力突然释放后粉碎效应的理论分析，提出了利用压力释放效应对煤进行超细粉碎的设想，并进行了实验研究。研究表明，通过压力释放可以实现对煤颗粒的超细粉碎；而且液体静水压力越高，煤的粉碎效果越好；粉碎时选择25％～35％的料浆体积比较合理；增加粉碎循环次数，细粒度的产率也会提高，但次数增加，粉碎效率降低。该结果还为具有压力释放效应粉碎机理的高压水射流超细粉碎的研究提供了理论和实验依据。     

高压电脉冲破碎改善紫金山铜矿石浸出性质的试验研究

为研究高压电脉冲破碎和机械破碎两种破碎方式对紫金山铜矿石颗粒性质和柱浸效率的影响,分别采用机械破碎和高压电脉冲破碎（充电电压分别为110 kV和135 kV）对紫金山铜矿山6.7~9.5 mm粒级铜矿 石进行破碎处理。针对不同破碎方式的产品,分别测定了颗粒的表面金属矿物暴露程度与裂缝存在情况、长径比、圆形度和矿堆饱和含水率等性质,并进行了柱浸试验。结果表明,在机械破碎产品中仅有1.6%的颗粒 表面有金属矿物暴露,有2.5%的颗粒表面上存在裂缝。而在高压电脉冲破碎产品中,这两类颗粒的占比分别上升为3.4%~3.7%和7.3%~17.2%,使得浸出液更易于接触矿石颗粒内部的金属矿物。高压电脉冲破碎产品的长 径比平均值为1.42,低于机械破碎产品的1.51,这使得浸出液在前者的产品颗粒内沿颗粒长径的渗流能力比后者高3.3%~3.5%。此外,高压电脉冲破碎产品还拥有比机械破碎产品略高的圆形度和矿堆饱和含水率,可以 轻微提高浸出液在颗粒表面和矿堆内部的流动性。对破碎产品进行柱浸试验,在浸出21 d后,高压电脉冲破碎产品的铜浸出率相比机械破碎产品提高了6.6~11.1个百分点,表明高压电脉冲破碎处理能够有效改善紫金 山铜矿石的浸出性质。     

矿石颗粒破碎特征的影响因素研究

矿石破碎所消耗的能量是矿山企业能源消耗的主要方向，为了寻求有效的节能方法，探讨了颗粒破碎特征的主要影响因素，系统阐述了粒度、孔隙度和矿物组成对矿石颗粒力学性质的影响。结果表明，粒度较大的矿石颗粒内部的孔隙密度大，强度相对较低；预弱化能使矿石内部出现微裂缝，增加矿石的破碎程度；石英和斜长石是硬度较高的矿物，但它们含量在临界值以下时，对矿石破碎的影响不明显。     

高压水射流的破煤效率

本文报告了用高压水射流冲蚀煤的试验结果。文中内容包括不同类型的水射流。如实体射流，空化射流和旋转射 流及其破煤效率。提出了破碎机械模式的基本设想。也讨论了与这些模式有关的破煤作用和以能耗为基准的加工效率。     

基于Ansys Workbench与Fluent的高压水射流流场分析

通过Ansys Workbench软件对高压水射流喷头的内部流道进行抽取,并用Fluent软件对喷头内部流体进行流场分析,给出喷头在不同入口速度下的压力场和速度场,分析了水射流的除锈能力,试验验证了高压水射流的清洗效果。     

某型圆锥破碎机矿石颗粒群破碎特性分析

为研究某型圆锥破碎机矿石颗粒群破碎特性,结合圆锥破碎机工作原理,利用Tavares模型建立矿石颗粒群破碎模型,分析了圆锥破碎机矿石颗粒群破碎仿真的破碎特征,同时与圆锥破碎机动态破碎实验进行对比。结果表明：1)圆锥破碎机矿石颗粒群破碎过程主要分为紧密阶段、初始破碎阶段、粉碎阶段、排料阶段四个阶段;2)圆锥破碎机动态破碎后粒级分布表明,矿石颗粒群碎后粒级分布基本相同,圆锥破碎机矿石颗粒群碎后矿石颗粒粒径主要分布在10 mm以下,平均占比为67.56%,6 mm以下矿石颗粒物料含量占比不大,平均占比为17.51%;3)通过对比仿真与试验,验证了Tavares模型在圆锥破碎机破碎仿真模拟的有效性,同时标定了矿石颗粒群的Tavares模型仿真参数,为矿石颗粒的破碎仿真提供了新的思路,研究结果可为后续圆锥破碎机设计和性能测试提供参考。     

高压电脉冲破碎技术特点及进展

高压电脉冲破碎技术是一种较新的矿物加工技术,与传统的矿物破碎技术不同,具有明显的选择性破碎特征。为助推该技术更好地与传统矿业融合发展,在简要介绍了高压电脉冲破碎技术原理及与机械破碎区别的基础上,指出高压电脉冲能够有选择地优先破碎含金属矿物的矿石颗粒,金属矿物晶粒在矿石颗粒内的镶嵌位置和数量会影响击穿通道的发展程度、分枝数量和路径位置,固体颗粒与电极对的相对空间分布也会影响击穿通道的路径和颗粒的破碎程度,脉冲能量沉积到击穿通道的比例与颗粒内含有的金属矿物数量、种类显著相关;高压电脉冲破碎能降低磨矿能耗,提高有用矿物的解离程度,进而有助于提高有价元素的回收率和产品品位;高压电脉冲破碎技术不仅可应用于金属矿石的破碎和煤层增透工艺,在钻探、电子垃圾有价元素提取、石油与天然气资源提取等领域也有广阔的应用前景,但在工程应用方面尚需突破一些技术难题。     

高压水射流破煤机理研究进展及展望北大核心

通过对高压水射流破煤机理的研究,可以为水射流装备制造和施工工艺研究提供理论依据。在调研大量国内外相关文献的基础上,系统总结了目前高压水射流破煤机理的相关理论,从水射流结构和煤体力学特性入手,介绍了应力波破煤理论、准静态弹性破煤理论、气蚀破煤理论及裂纹扩展破煤理论等对各阶段破煤机理的研究成果。针对当前各种破煤理论的适用性及局限性,提出下一步可以从完善水射流破煤机理、两相射流破煤机理和新型射流方式破煤机理3个方向开展研究。     

高压水射流煤层割缝深度数值模拟与实验研究

高压水射流割缝技术是提高低透气性煤层瓦斯抽采效率的有效措施之一,确定割缝深度是优化钻孔布置和射流参数的基础。基于Fluent软件数值模拟分析了入口压力、靶距、旋转速度对水射流流场特征的影响规律;基于高压水射流破煤实验系统,开展了淹没和非淹没条件下冲击破煤实验,并进行了现场实验。研究表明,喷嘴结构一定时,水射流速度随着入口压力的增大而增加,冲击压力随冲击距离增大而发生衰减;水射流发展过程中截面积逐渐增大,导致冲击压力集中区域的范围随靶距的增大而逐渐扩展;射流旋转会导致旋转方向一侧的应力大于另一侧,靶体表面最大切应力随旋转速度增加而增大;随着入口压力和冲蚀时间的增加,水射流对试样的冲蚀深度增大,但冲蚀深度随冲蚀时间的增加存在阈值。根据高压水射流破煤深度实验结果可知,喷嘴直径为1 mm、压力为30 MPa时,水射流割缝直径可以达到1.2 m。工程应用表明,割缝钻孔平均瓦斯抽采流量为普通钻孔的1.56～2.52倍;抽采16 d后,瓦斯抽采浓度维持在30%以上。     

在兄弟刊物上

干磨与湿磨对粒配及粒形的影响 着重从流变学角度探讨干法及湿法球磨对粒子形貌和粒子级配的影响，并得出湿磨效率优于干磨，干磨粒形更为圆整的结论。苏勇．化工矿物与加工，２００１（１０）利用热大辅助高压水射流进行超细粉碎的探讨 详细介绍了热力和高压水射流技术在粉碎中的应用，说明了热力粉碎可以实现对物料的破碎或预损伤，高压水射流用于粉碎可实现高效、低耗和无污染。研究了将热力与高压水射流相结合进行矿物超细粉碎的可行性及其具体实现方法。付胜等．化工矿物与加工，２００１（１０）辊压破碎机在智利洛斯科罗拉多斯铁矿选…     

不同施载压力下物料颗粒床压载试验

高压辊磨机的粉碎产品具有微裂纹多、细粒级含量高和单位破碎能耗低等优点,但其应用选型需要耗费大量矿石原料,进行相应的半工业试验,时间长、成本高。针对该问题,利用活塞缸体压载模具,通过压力试验机分别对金矿石、磁铁矿石及钒钛磁铁3种矿石进行颗粒床层间粉碎压载试验,初步模拟矿石的料层粉碎过程。结果表明:①同一矿物产品的负累计产率变化幅度与给料的粒级有关,给料粒级越小,产物负累计产率变化幅度越小;产品负累计曲线的变化趋势与矿石种类及加载压力有关,施载压力对金矿产品负累计产率的影响明显;当试验矿样为磁铁矿、钒钛磁铁矿时,随施载压力的增加,产品负累计产率逐渐增加,施载压力越大,负累计曲线斜率变化越明显;②随着加载压力的增加,比能耗增加;随着加载压力的增加,破碎比增加,在压力增加到一定程度后,破碎比增加速度降低或趋于平稳,变化趋势主要受矿石粒级和类型影响。③给料粒级较窄时,R_(50)的数值变化较小,当给料粒级较宽时,R_(50)数值变化较大;给料粒级对R_(80)的影响相对较小,在不同施载压力条件下的变化趋势较为稳定。该试验结果为高压辊磨机的工业参数选型提供了实验室研究基础,对高压辊磨机选型的进一步研究具有重要意义。     

水射流辅助破岩机理浅析

概括总结了近年来国内外关于高压水射流辅助破碎岩石机理的研究成果。在此基础上提出了一个简化的力学模型,并进行了弹性力学和有限元分析。最后阐述了利用高压水射流与机械刀具联合破碎岩石的机理是刀具与岩石作用,产生裂纹,高压水射流充填裂纹,形成水楔作用,将裂纹撕开,从而降低了刀具的受力,有效抑制了火花的产生。     

高压水射流冲击压力分布规律的研究

为实现对喷嘴结构和参数的优化,设计更适用于煤层钻孔的高压水射流喷嘴,利用射流冲击压力分布测试装置,对高压水射流冲击压力在射流纵横断面的分布及变化规律进行了实验研究,并对射流冲击压力的分布进行了数值模拟。研究表明:在淹没条件下,随着径向距离的增加,射流冲击压力不断降低,射流颗粒具有的能量越来越小;随着轴向距离的增加,存在等速核区,超过等速核区,射流冲击压力明显降低。     

破碎方式对冀东磁铁矿石微裂纹特性的影响

为考察矿石不同破碎方式对破碎后所得产品颗粒内部微裂纹特性存在的差异,以冀东地区某磁铁矿石为研究对象,对高压辊磨和颚式破碎2种破碎方式所得产品进行对比,分析不同破碎产品的微裂纹差异,并通过Bond球磨功指数的测定,研究微裂纹特性对磨矿产品的影响。结果表明:矿石经高压辊磨机破碎后产生的晶内裂纹和解离裂纹数量均明显高于颚式破碎机破碎后产品,随着粒度逐渐降低,颗粒中微裂纹的长度、宽度以及数量均逐渐增加,同时产品颗粒表面的粗糙度也显著增加;高压辊磨破碎产品比常规破碎产品的Bond球磨功指数(目标粒度-0.15mm和-0.074 mm)分别降低了13.55%和14.14%,采用高压辊磨破碎可有效降低磨矿能耗;在相同磨矿细度条件下,微裂纹数量多的物料,细粒级中铁矿物的含量更多,同时粒度分布也更为合理,但增长趋势随着磨矿细度增加而逐渐减弱。试验结果可以为冀东磁铁矿石降低碎磨成本,实现降本增效提供理论依据。     

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。     

基于Fluent的高压水射流喷嘴优化模拟研究

为了提高高压水射流技术的破煤效率,采用Fluent软件对高压水射流的喷嘴结构和几何参数进行了优化模拟。通过分析水射流的轴向速度和壁面静压分布,选择了最佳的喷嘴结构和几何参数。结果表明:圆柱形喷嘴的最大射流速度发生在喷嘴内部,而锥形和锥直形喷嘴的最大射流速度发生在喷嘴外部,且锥形和锥直形喷嘴的最大射流速度和最大压力均明显大于圆柱形喷嘴,考虑到水射流的附壁效应,锥形喷嘴为最佳选择。锥形喷嘴的最优几何参数为:喷嘴出口直径3 mm,喷嘴锥角7°,喷嘴长度9 mm。高压水射流喷嘴的优化对提高煤层瓦斯抽采效率具有重要意义。