高压气液两相射流多级脉动破煤岩特性及致裂机理

为了提高水射流破煤岩性能和卸压增透效果,通过理论分析建立了高压气液两相射流的冲击动压模型,推导出影响其破煤岩性能的关键参数体系。采用自主研发的高压气液两相射流破煤岩试验系统,研究了关键参数对气液两相射流的破煤岩特性的影响规律,结果表明:与纯水射流相比,气液两相射流破煤岩压力阈值降低约50%,破碎深度增加25%,破碎坑直径是纯水射流的2倍,破煤岩效率提高80%以上。煤岩体破碎是气-液-固三相耦合作用的结果:气体的掺入改变射流的结构,产生局部脉动作用,强化了射流破岩能力;高压液相脉动冲击作用激发裂纹起裂,高压气相的多级溃灭作用促进裂纹扩展;气相多级溃灭与液相脉动冲击交替作用,最终使煤岩体裂隙贯通、破坏。

预裂辅助冲击截齿的破煤特性

近年来我国煤炭资源持续性大规模开采,如今国内的整体煤炭开采难度与日俱增,硬质煤层和黏性煤层的比例增加是制约煤炭开采效率的主要因素,而传统机械破煤技术很难实现硬煤、黏煤的高效截割。因此针对传统截齿在硬质和黏性煤岩破煤效果不佳的问题,从煤壁辅助预裂与截割相结合的角度出发,利用理论分析和数值模拟的方法研究了冲击预裂与截齿截割煤岩破碎特性,在综合考虑实际工作中的牵引、回转与冲击运动,提出了截齿运动轨迹模型,建立了预裂辅助冲击截齿的破煤轨迹数学模型,得到了截齿破煤运动轨迹的解析解。并根据分析结果建立了预裂辅助冲击截齿与传统截齿的单截齿滚筒破煤离散元模型,从破煤颗粒实际占比、破煤难易程度、截齿受力波动等角度对两种截齿的破煤特性进行了对比分析。研究结果表明:在破煤颗粒实际占比上,预裂辅助冲击截齿在煤体硬度同为f6时提高了31%,当黏度黏聚力为2.6 MPa时预裂辅助冲击截齿的效率提升接近14%;在破煤难易程度上,预裂辅助冲击截齿在硬度值为f6时可降低50%的破煤难度,当黏度黏聚力为1.88 MPa时,预裂辅助冲击截齿可降低约12%的难度;在截齿受力波动上,预裂辅助冲击截齿在硬质煤或黏性煤均能够减小近7000 N的力,因此,开展预裂辅助冲击截齿的研究,将有利于破碎硬质和黏性等特殊煤岩介质。

冲击式采煤机刀齿受力分析及其几何参数的确定

通过对冲击式采煤机刀齿冲击破碎煤岩时的受力分析 ,建立了刀齿冲击破煤时的力学模型 ,借助于该模型 ,确定了刀齿的合理几何参数。所得结论对于增大冲击破碎时的拉应力 ,减小能耗具有重要意义。

煤岩冲击破碎趋势的几何准则

基于介质非协调转动将产生裂缝的思想 ,运用断裂力学、弹性力学相关理论 ,提出了煤岩冲击破碎的几何准则 ,用来分析预测煤岩的冲击破碎趋势 。

截齿几何参数与切割参数的匹配研究

基于刀型截齿切割破碎煤岩过程的特点，应用拉破坏理论建立了刀型截齿切割破碎煤岩的理论模型，从而推导出了刀型截齿硬质合金齿尖所必须露出齿身长度的理论表达式和切槽间距最佳值的理论表达式。这些理论推导对生产实际具有一定指导意义。

难采煤岩的高效破碎方法研究

针对我国难采煤岩比例日渐上升,传统煤岩开采方法效率低下的问题,开展了难采煤岩的高效破碎方法综述研究。首先按照工作原理分类,将现有的煤岩高效破碎技术分为纯射流破煤岩、射流辅助机械破煤岩、冲击截齿辅助破煤岩、碟盘刀具破煤岩、激光破煤岩、钻孔胀裂剂破煤岩,阐述了各煤岩破碎技术的工作原理,并初步总结了各技术的优势。其次综述了各煤岩破碎方法的研究现状,对当前国内研究基础进行了概括,并根据现有研究分析了各技术的局限性,通过建立的局限度指标,对不同煤岩破碎技术的局限性做出了评价,其中射流破煤岩局限度最低,激光破煤岩最高,冲击截齿辅助破煤岩、碟盘刀具破煤岩与钻孔胀裂剂破煤岩,在忽略理论局限指标基础上与射流破煤岩的局限度相同,具有同样的工程应用价值与理论研究价值。最后对我国难采煤岩破碎技术的未来发展趋势进行了分析,在考虑到国内煤岩地质条件向深部开采与难采煤岩发展的趋势基础上,提出了“高地应力的克服或利用”“黏性煤岩的黏度预防或黏度失效”2个发展构想,另外考虑到我国物联网的发展与智能化开采的不断完善,提出了我国难采煤岩破碎技术的未来发展趋势与传统技术发展过程不同,是多种煤岩破碎技术并存且相互联合的构想,从而实现薄煤层、硬质煤层、高瓦斯煤层等其他复杂赋存条件下各种煤岩破碎技术的联合工作。

煤岩冲击破碎效果影响因素研究

用理论和实验的方法 ,确定冲击式采煤机冲击破煤时冲劈厚度和刀齿的形状 。

基于单截齿的液压冲击与截割联合破煤岩过程研究

针对煤岩截割过程中存在的截齿磨损严重、截割结构失效等普遍问题,采用预裂与截割联合破煤岩原理,设计了一种液压冲击与截割联合的截齿,并采用EDEM离散元软件模拟截齿液压冲击与截割联合破煤岩的过程,分析有无冲击预裂的破煤岩性能,研究结果表明:煤岩普氏系数的增加均会使2种截割方式的截割效率降低,煤岩普氏系数越大,2种截割方式的截割效率差距就越大,且有冲击作用方式的截齿可以输出更大的截割力;截齿在有冲击作用下的截割效率相比无冲击作用下的截割效率最高提升了15%以上,在截割力输出性能最大提升20%以上,因此,该冲击预裂方式有助于破碎煤岩。