柔性刀具冲击破煤能量演化及关键参数
刘勇
张志康
魏建平
徐向宇
郜英俊
河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地,河南焦作 454000;煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 454000
摘要：为解决硬煤层卸压范围小、增透效果差等难题,基于水动力柔性刀具破煤卸压增透技术,在末端刀齿动能恒定时,优选末端刀齿质量与冲击速度组合,提高能量利用率和破煤效率.为此,开展了柔性刀具冲击破煤试验,分析了不同末端刀齿质量和冲击速度条件下煤体破碎质量和平均破碎深度;采用颗粒流数值模拟方法建立了柔性刀具末端刀齿冲击破煤模型,分析了破煤过程中煤体能量和裂隙演化规律,揭示了末端刀齿质量、冲击速度对柔性刀具冲击破煤效果的影响机制.结果表明:末端刀齿动能恒定时,随着刀齿质量的减小和冲击速度的增大,煤体破碎质量和平均破碎深度均呈现先增加后降低的趋势;煤体张剪破碎区面积、总裂隙数和轴向主裂隙最深处距离煤体表面的长度均呈现先增加再降低的趋势;末端刀齿接触煤体后,刀齿动能迅速降低,主要转化为煤体可释放应变能和摩擦能,应变能的积聚释放导致大量裂隙在刀齿正下方生成,形成半圆状张剪破碎区,在张剪破碎区周边裂隙胶结薄弱处形成应力集中,裂隙贯通形成主裂隙向四周扩展;当末端刀齿动能为60.3 J时,刀齿冲击速度为38.8 m/s、质量为0.08 kg,煤体破碎效果最优.随着末端刀齿冲击速度的增大,单位时间内作用于煤体能量密度增大,但冲击力减小,导致煤体应变能峰值呈现先增大再降低的趋势,在应变能峰值最大时,煤体破碎效果最好.
关键词：卸压增透瓦斯抽采柔性刀具冲击破煤能量演化
分类号：TD821(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52374193)国家自然科学基金(231111322000)国家自然科学基金(52174170)
论文发表日期：2025-02-28
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：10( 965-974 )
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