水射流联合刀齿冲击非均质受载岩石的破损特征及能量演化规律
马宏宇1
万文2
王龙3
陈勇4
杨宇轩5
邓舜春5
周永5
1.湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南 湘潭 411201;湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心有限公司,湖南 长沙 4102212.湖南科技大学资源环境与安全工程学院,湖南 湘潭 4112013.湘潭大学环境与资源学院,湖南 湘潭 4111054.中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆 4000375.湖南省瓦斯治理和利用工程研究中心有限公司,湖南 长沙 410221
摘要：为研究深部复杂地层高应力环境下水射流联合刀齿破碎非均质岩石的效率及机理,基于光滑粒子流体动力学-有限元方法,以含石英、长石、方解石 3 种组分的砂岩为研究对象建立数值计算模型,研究了单齿单独破碎均质岩石、单齿单独破碎非均质岩石、水射流联合单齿异轨迹破碎非均质岩石、水射流联合单齿同轨迹破碎非均质岩石 4种破碎方式下,非均质岩石的损伤破坏特征及时效特性,分析了受载岩石的破损能量演化规律,揭示了水射流联合刀齿冲击非均质岩石的损伤破坏机理.研究结果表明:水射流联合单齿破碎非均质岩石时,低强度组分与组分界面处将形成损伤脆弱区,且在应力集中作用下易导致主裂缝萌生及扩展,形成大范围重度损伤区;水射流联合单齿异轨迹和同轨迹破碎方式分别在破岩宽度和深度方面具有优势,从岩石破碎面积整体效果出发,水射流联合单齿异轨迹破碎方式较好;在水射流联合刀齿冲击作用下,非均质受载岩石破损能量变化以内能为主,其最大值出现时刻早于动能最大值出现时刻,高强度组分对其内能累积具有促进作用;非均质受载岩石的初始损伤主要由压剪应力导致,随后在压剪应力为主、拉应力为辅及应力集中效应的综合作用下发生瞬时断裂破坏.
关键词：煤炭开采巷道掘进刀齿破岩高压水射流非均质岩石破坏特征能量演化
分类号：TD823(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52274194)国家自然科学基金(52274118)长沙市雨花区科技计划项目(YHKJ-2023-YG-15)
论文发表日期：2025-07-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 122-134,148 )
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