基于ALE算法的连续水射流破煤特征数值模拟研究

为了探究环境介质对水射流破煤特征的影响规律,采用ALE算法和LS-Dyna软件开展了连续水射流冲击破煤数值模拟研究,分析了淹没/非淹没环境下水射流传播特征、破煤特征,及两者破煤深度关系的时变特征。结果表明:由于水射流损耗较大,淹没环境下射流传播速度远小于非淹没状态下;淹没射流在环境介质的阻碍下发散导致破煤面积增大及深度降低,但损伤单元变化不大;淹没环境下开展破煤造穴时需要合理延长冲击时间或者缩小钻孔间距。

高压气体射流破煤应力波效应分析

针对松软低透煤层中水力化增透措施存在的塌孔、抑制瓦斯解析及运移等缺点,提出采用高压气体射流破煤卸压增透的技术方法。根据热力学相关理论,计算分析了气体射流破煤应力波产生的临界当地声速及压力;并进行了高压气体射流破煤实验,高压气体射流冲击煤体时,以准静态载荷和动态载荷作用于煤体,在煤体表面形成冲蚀坑,并以应力波加载的方式在煤体内形成贯穿裂纹导致煤体破裂。通过建立应力波在煤体内传播的弥散方程,分析了孔隙率和渗透率对应力波在煤体内传播的影响。结果表明孔隙率对波速有明显的影响,应力波的衰减随孔隙率增大呈增大趋势,且在高频时应力波衰减变化更为明显;低频时渗透率对波速的影响不大,高频时,在渗透率较低时波速随着渗透率的增大逐渐增大,且波速衰减呈现先增大后减小的趋势;当渗透率大于10-11时,波速不受渗透率的影响,同时应力波也未出现衰减。

磨料特性对磨料气体射流破煤影响的实验研究

针对磨料气体射流,基于气固两相流理论分析影响磨料速度的因素,在一定喷嘴结构基础上,通过实验研究磨料特性对破煤效果的影响。通过理论分析发现,影响磨料速度的主要因素有磨料密度和磨料粒径。实验结果表明:在射流压力一定条件下,石英砂、石榴石和棕刚玉3种磨料中棕刚玉破煤深度最大,在80,120,200和280目4种不同目数磨料中,120目磨料破煤效果最优。通过分析磨料特性的影响,得出磨料硬度对破煤的影响最大,其次是磨料密度。开展磨料气体射流破煤实验,确定了磨料气体射流中最优射流靶距为70 mm,最佳破煤磨料为120目的棕刚玉磨料。

大社矿地面水射流径向水平破煤瓦斯治理技术研究

大社矿东北翼下部盘区及西翼盘区深部开采的2^(#)煤层埋藏较深,瓦斯压力、含量随埋深逐渐增大,掘进、回采过程中瓦斯涌出量较大,传统的井下瓦斯治理方式不能有效解决这一问题,需要试验新的瓦斯治理模式。井下瓦斯治理过程中,经常受瓦斯治理时间、空间局限性影响,瓦斯治理措施落实得不到有效保证,且井下施工过程中存在喷孔造成瓦斯超限的风险,而地面瓦斯治理能够有效地解决该难题。地面瓦斯治理可以对矿井规划采区进行有效的抽采,摆脱井下瓦斯治理的局限性,需要提前对大社矿东北翼下部盘区及西翼盘区深部进行瓦斯治理,地面瓦斯治理能够在不掘进巷道的基础上对盘区瓦斯进行超前治理,而且可以长时间进行抽采,提供安全保障。盘区巷道掘进和回采前进行地面瓦斯治理显得十分必要。

淹没条件对连续射流破碎含瓦斯煤效率影响研究

为研究淹没条件对射流破煤效率的削弱程度,基于ALE算法,借助Ansys/Ls-dyna模拟软件,建立围压状态下非淹没及淹没射流破碎含瓦斯煤体流固耦合模型,通过动态追踪破碎坑体单元失效演化过程及内部应力分布等瞬时信息,探讨2种射流状态下破煤成坑过程及破煤效率的差异。研究结果表明:淹没射流与非淹没射流两者破煤坑体形态差异显著,非淹没射流条件下射流破煤坑体断面较窄,深度较深,破煤效率前后阶段差别不大;淹没射流条件下射流破煤坑体断面较宽,深度较浅,在初始阶段形成漏斗状的破碎坑体,而后逐渐向下延伸,在0～100μs内破煤效率最高;相同工况、同一时间内,淹没射流平均破煤深度是非淹没射流平均破煤深度的41. 46%。研究结果可为水射流技术的现场应用提供参考依据。

围压作用下水射流破岩损伤机理的数值模拟研究

采用显示动力学软件对水射流冲孔过程进行数值模拟,探究煤岩在高压水射流冲击下的破碎规律及裂隙发育状态,分析射流水柱冲击有/无围压的煤岩时,掏槽成孔的过程及机理,论证了煤岩体受拉伸力和剪切力的作用下导致横纵向裂隙形成并逐渐延伸成裂隙网的过程。研究结果表明:水射流冲击煤岩形成孔洞的同时,会在周围煤岩形成供瓦斯运移的裂隙,且成孔损伤范围受围压的影响;射流参数一定时,围压作用会阻碍孔深和孔径的扩展,但会使得周围裂隙的发育范围进一步扩张,20 MPa围压作用下扩张范围约增加40%。