柔性刀具冲击破煤应力场演化及裂纹扩展规律
魏建平
郜英俊
徐向宇
陈长江
张慧栋
刘勇
刘昊
谢鹏
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：柔性刀具扩孔是煤层卸压增透的新式技术手段,为解决现阶段柔性刀具破煤能力不足难题,基于动能一定的前提条件下,通过优化柔性刀具结构参数提高破煤性能.为此,建立了二维柔性刀具破煤数值模型,明确了破煤过程煤体应力场演化和裂纹扩展特征,从细观尺度研究不同安装角度、刀齿数量和刀齿间距对煤体应力演化和裂纹发育规律的影响,明确了动能统一条件下刀齿数量对煤体破坏过程能量演化规律的影响,揭示了安装角度和刀齿间距对煤体裂纹扩展影响机制.结果表明:煤体应力波受刀齿安装角度影响表现为不规则传播,安装角度为0°～20°时为冲击破煤,中间裂纹和侧向裂纹以冲击点为中心向周围辐射,裂纹数量分布均匀;安装角度为25°～40°时为冲击-磨削破煤,冲击作用占主导地位,侧向裂纹发育,刀齿载荷出现双峰值,安装角度35°时破碎面积最大;在动能一定条件下,随着刀齿数量增加能量转化时间缩短、煤体破碎面积增大,双刀齿冲击煤体应变能峰值和应变能集中程度更高,更利于裂隙的快速发育和连通;双刀齿冲击在煤体内部形成连通弧形压应力区,2个冲击点之间力链相互沟通为颗粒间裂隙形成提供前提条件,进而提高煤体破坏效果;存在最优刀齿安装角度,能够改善力的传递效果使煤体破碎面积最大,存在最优刀齿间距,使破碎区域相互连通,充分发挥双刀齿协同破煤作用.
关键词：卸压增透柔性刀具冲击破煤应力演化裂纹扩展
分类号：TD821(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52374198)国家自然科学基金(52174170)国家自然科学基金(U24A2091)
论文发表日期：2026-01-31
在线出版日期：2026-03-27（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：15( 497-511 )
英文信息