粒子浆液射流冲击下岩石动态损伤及破坏效应

粒子浆液射流破岩过程涉及大变形、高应变及强载荷,表现为钢粒-浆液-岩石之间非线性动态耦合问题。针对岩石损伤瞬时多变性及观测困难等问题,开展了粒子与浆液射流冲击下岩石的动态损伤机理及破坏效应研究。首先,基于光滑粒子动力学-有限元模拟(smoothed particle hydrodynamics-finite element method,SPH-FEM)耦合算法描述了粒子-浆液冲击破岩的建模方法;然后,结合JH-Ⅱ(Johnson-Holmquist-Ⅱ)模型与Rankine拉伸断裂软化模型建立了岩石损伤本构模型,对粒子浆液射流冲击破岩过程及损伤机理进行了动态模拟。研究结果表明:岩石的损伤破坏主要以纵向扩展为主,具有瞬时性与阶跃性特征,呈现出“从累积损伤到不断破坏”的循环过程;岩石破坏机理以剪切破碎和拉伸裂纹为主。同时,通过试验和数值模拟对比验证了破岩样本的形态,并分析了冲击速度、角度与粒子尺寸对破岩效应的影响规律。研究结果对于粒子浆液冲击钻井破岩理论的发展具有重要意义。

浆液磨料水射流切割能力试验及切割深度预测模型

为提高浆液磨料水射流切割能力,运用自研的浆液磨料和切割设备,进行混凝土和岩石切割试验,分析切割压力、喷嘴移动速度、材料单轴抗压强度对切割能力的影响。结果表明:相同工况下浆液磨料水射流切割能力远超纯水射流的,混凝土切割深度显著提高,并且材料强度越大,浆液磨料水射流切割能力优势越明显;浆液磨料水射流能够实现对中—硬砂岩的有效切割(0.5~1.0 h内能切割100 mm深,10 m长),可以应用于煤矿切顶卸压、切顶留巷、工作面夹矸处理等现场工程;射流喷嘴在切割对象同一位置的冲击时间越长,“水垫”作用越明显,相同切割时间内,喷嘴多次快速移动的重复切割比单次慢速移动的切割效率高。通过分析切割实验结果,以切割压力、喷嘴移动速度、材料单轴抗压强度为变量构建切缝深度预测模型,并在此基础上得到重复切割时以切割次数为变量的切割深度预测模型。

磨料浆液除锈系统的试验研究

根据我国液压支架行业对钢板除锈的工艺要求，设计一种无污染的磨料浆液除锈系统，用该系统做参数试验，采用数理统计中的正文试验方法，找出了影响除锈效果最重要的喷射参数，并对其进行优选，用回归曲线得出经验公式，最后提供一种除锈效果更好的全混合式磨料浆液射流除锈系统。