煤炭工程 ›› 2026, Vol. 58 ›› Issue (6): 179-188.doi: 10.11799/ce202606023
脉冲磨料水射流冲击受载煤岩破坏特征及力学机制
徐 刚,位盈州,罗飞飞,田俊伟
1. 西安科技大学 安全科学与工程学院,陕西 西安 710054
2. 西部矿井瓦斯智能抽采工程研究中心,陕西 西安 710054
3. 中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西 西安 710076
Failure characteristics and mechanical mechanism of pulsed abrasive water jet impact on loaded coal rock
摘要:
为揭示脉冲磨料水射流冲击受载煤岩破坏的力学机制,采用光滑粒子动力学-有限元法(SPH-FEM)建立了脉冲磨料水射流冲击受载煤岩数值模型,对比分析了脉冲磨料水射流冲击无加载应力及加载应力条件下煤岩破坏特征的时序特性,研究了脉冲振幅、脉冲频率和磨料质量浓度等射流参数对不同加载应力条件下煤岩破碎坑深度、纵截面面积、主裂纹总长度的影响,获得了脉冲磨料水射流冲击受载煤岩的应力变化规律,阐明了脉冲磨料水射流冲击受载煤岩的力学机制。结果表明:加载应力显著抑制了煤岩破碎坑的形成及内部裂纹的衍生与扩展;随着脉冲振幅的增大,受载煤岩破碎坑深度、纵截面面积及主裂纹总长度均逐渐增加;随着脉冲频率或磨料质量浓度的增加,受载煤岩破碎坑深度、纵截面面积及主裂纹总长度均先增大后减小;加载应力越高, 煤岩破碎坑深度、纵截面面积及主裂纹总长度越小;随距射流表面中心距离的增加煤岩单元测点有效应力峰值逐渐减小;受载条件下煤岩单元测点有效应力峰值显著增大;加载应力提高了煤岩破碎强度,增强了煤岩抵抗破坏的能力,而在射流中添加磨料增大了射流的水锤压力与滞止压力,进而实现深部地下工程中受载煤岩的高效破碎。
中图分类号: