坚硬顶板高压磨料射流侧向切顶煤柱卸荷技术研究

针对坚硬顶板下临空巷道存在的高应力、大变形、难支护等问题,分析了磨料射流能量分布情况,研究了磨料颗粒及高压水射流的冲击破岩作用。基于“砌体梁”原理,建立不同岩性条件下的岩层周期破断力学模型,研究了巷道侧向切顶条件下上覆岩层断裂情况,采用数值模拟分析切顶前后煤柱应力变化情况,提出了磨料射流侧向切顶煤柱卸荷技术。现场试验结果表明,采用磨料射流切顶后巷道高度变形量减小38.7%,宽度变形量减小45.8%,巷道变形得到有效控制。同时,切顶后每日最大总能量降低85.5%,平均每日总能量降低82.6%。验证了磨料射流侧向切顶对坚硬顶板的弱化效果,为坚硬顶板弱化治理提供了一种新的技术手段。

基于三维扫描的水射流冲击下再生混凝土断面形貌特征分析

国内每年因旧建筑物拆除产生的建筑垃圾超过17亿t,造成建筑垃圾快速增长的主要原因是现有拆除方式侧重于高效拆除和定向倒塌,而忽略了对于混凝土原材料和构件再利用性能的保留。将混凝土旧建筑物中仍具备再利用价值的主要承重构件无损拆除,作为再生混凝土构件再利用成为目前研究的重点问题。再生混凝土断面粗糙度直接影响新旧混凝土构件的界面连接性能,基于此考虑,开展了高压磨料水射流拆除混凝土旧建筑物的试验研究,提出了一种基于三维扫描数据在宏观层面定量分析混凝土断面粗糙度的简单计算方法,对比分析了水射流冲击下普通混凝土和加速老化混凝土的断面形貌特征,使用扫描电子显微镜观察了混凝土骨料与水泥浆体结合状态的微观特征。结果表明:在水射流冲击下,普通混凝土断面纹理深度为0~4.0 mm,加速老化影响了混凝土的破碎效率,面对水射流冲击时纹理深度提升了0.5~1.0 mm。基于点云重构封闭曲面数据计算的普通混凝土断面粗糙度在1.11~1.19,加速老化混凝土的断面粗糙度普遍提升了4.0%~14.9%。水射流冲击下的混凝土破坏模式主要以压缩剪切和拉伸剪切破坏为主,断面区域大致可分为光滑区、过渡区和撕裂区。研究结果可为水射流拆除混凝土旧建筑物的工艺优化和工程应用提供指导。

磨料浆体射流切割技术的研究

针对国外磨料浆体射流切割技术在我国推广和应用的瓶颈问题,研制出一种新型的磨料浆体射流切割工艺设备。介绍了系统的工作原理及优势所在,并通过一系列试验及分析,初步掌握了该种切割技术的切割性能及影响因素。

围压对射流破岩特性影响的试验研究

围压是石油工程中影响射流动力学特性的重要参数之一。应用高压井筒模拟试验装置进行了围压对常规连续射流、空化射流和磨料射流破岩效果影响的试验，最高围压达到20MPa。试验结果表明，围压对常规连续射流和空化射流破岩效果影响明显，破碎体积随围压的增大而减小，减小的速度随围压增大逐渐变缓；而对获得最大破碎体积的最优喷距影响不大，为3～5倍喷嘴直径，说明围压对射流基本结构特性影响不明显。当围压小于15MPa时，磨料射流射孔深度随围压的增大而近似呈线性减小。该试验可为射流参数的优选提供依据。

高压水射流切割技术发展及应用现状

作为一种高能束流加工技术,高压水射流切割因其独特的切割模式,被广泛应用于机械加工、食品医疗、海洋工程等领域。介绍了高压水射流切割技术的切割机制及磨料混合机制,并就其研究进展和应用现状做了相关总结和概括,为今后水射流技术的研究和发展提供了参考。

围压下磨料射流套管开孔形状和时间参数试验研究

水力喷射径向水平井和水力喷射分段压裂技术可为低渗透等难动用油气藏提供两种经济高效的开采途径,应用高压磨料射流喷射进行套管开孔是其中关键技术。在分析了磨料射流工作机理的基础上,采用专门的围压装置及相应的试验台架,对磨料射流在围压下射穿套管的形状和时间参数进行了试验研究。着重研究了喷嘴压降、围压、喷距和喷嘴直径对射穿套管时间的影响,得出以下结论:随着喷嘴压降的增大,射穿套管时间缩短;随着围压的增大,射穿套管的时间延长;随着喷射距离的增大,射穿套管的时间延长;随着喷嘴直径的增大,射穿套管时间缩短。在本试验条件下,磨料射流射穿套管的孔径在10～14mm,射穿时间在18～330s范围内。

围压下磨料射流喷射套管及灰岩实验研究

在设计可承受围压的磨料射流喷射实验装置基础上,选取低孔低渗的石灰岩及套管试件,改变喷射压力、围压、喷嘴直径、喷射距离等因素,分析磨料射流切割套管及岩心的特性。结果表明,喷射压力、喷嘴直径等是影响磨料射流喷射效果的主要控制因素,喷射压力及喷嘴直径越大,喷射效果越好,射孔深度越深;射穿套管的时间对喷距及围压较为敏感,但岩样中的射孔深度对二者变化时的响应较小。

高压磨料水射流加工中材料去除机理研究

本文根据脆、塑性断裂理论,通过高压纯水射流和磨料水射流对石材冲蚀试验,对冲蚀凹坑成型机理进行了研究。结果表明,高压纯水射流只有不发散的中心射流对材料具有去除作用。高压磨料水射流对材料表面冲击时形成"倒钟"型孔,材料去除机理是在成穴力、剪切应力和水楔的共同作用下,以脆性和塑性断裂方式实现去除。磨料水射流对材料的冲蚀区分为中心射流区、成穴区和喷砂区,材料的主要体积去除量处在成穴区。磨料水射流加工孔的直径和深度随靶距的增加而增加。磨料水射流从射流中心沿径向至射流边缘流速逐渐降低,磨料浓度逐渐增大,但射流能量最高的部位既不在射流中心也不在磨粒集中的射流边缘,而是在成穴区。

磨料水射流冲击材料壁面的模拟与试验

为了在小尺度范围内揭示磨料水射流的作用机理,对工作压力为250 MPa时磨料射流在靶距为3.0 mm处的断面上的射流中心、射流外缘以及两者平均速度进行计算.利用有限元软件对不同厚度的钢板在上述3个速度下进行冲击计算.结果表明:边缘处由于磨料速度较小,对钢板的冲击产生较小的形变,钢板表面出现微小的破坏,磨料被反弹;磨料速度在平均速度附近时对钢板的冲击使钢板出现较大的形变,且表面的破坏较明显,此时磨料颗粒嵌入到钢板内;在射流中心处由于磨料的速度较高,直接将钢板穿透,钢板的形变量比边缘处磨料作用时的更小.在相同条件下进行试验,利用光学轮廓仪对实际切割断面的粗糙度进行显示以验证模拟结果,模拟结果与试验结果基本吻合.

高压磨料水射流水下切割不锈钢的实验研究

采用高压磨料水射流切割装置,用3档切割压力(320、350、380 MPa),分别在2、5、8 mm切割靶距和6种切割速度下,对不锈钢进行水下切割实验。分析切割压力、靶距、切割速度等参数对切割厚度的影响,建立基于实测数据的半经验数学模型。对获得的实验数据进行分析表明,切割压力、靶距和速度与被切割厚度呈现指数关系。

磨料射流切割井下套管的模拟实验研究

在围压实验架上模拟井下条件进行了围压、射流压力、横移速度、喷距和磨料浓度等参数对磨料射流切割影响规律的实验。结果表明 ,在 0 .5～ 1MPa围压下 ,切割效率最高 ;高射流压力、低横移速度、小喷距时切割效率较高 ;磨料浓度在 3 0 %～ 3 5 %时切割效率最佳。建立了围压条件下的切割模型 。

旋转水射流冲击压强的实验分析

利用测压排摄像自动读数法,测量了水垫式旋转磨料射流喷嘴所产生旋转射流的冲击压强。该方法对测压排内水面标志物进行连续摄像,然后利用计算机程序对所摄图像自动读数,可以用较低的成本较好地实现非恒定压强的测量。实验结果表明,对于水垫式旋转磨料射流喷嘴产生的旋转射流,切向入流与轴向入流流量之比(流量比)及之和(总流量)是其冲击压强的控制性因素,前者控制其分布和大小,后者只对其大小有影响;各股切向入流的流量不均匀性对射流冲击压强时均值的影响很小;冲击压强脉动强度随着作用位置到射流中心距离的增大而减小。

高压水射流超细粉碎云母的实验研究

利用前混合磨料射流的工作原理，进行了高压水射流超细粉碎云母的实验研究。实验结果表明：喷嘴对云母有粉碎作用，喷嘴直径可以小于云母给料粒度；压力是影响高压水射流超细粉碎效果的最重要参数，在压力为１０—５０ＭＰａ范围内，细粒度产率随压力增加呈直线上升；给料粒度越小，粉碎产品中细粒度的产率越高；水射流超细粉碎在淹没状态下比在非淹没状态下粉碎效果好；高压水射流超细粉碎云母粉，不但能够满足珠光云母粉的细度要求，而且能够保护云母的片状结构和晶面光泽度；高压水射流超细粉碎技术是一种较实用的超细粉碎云母技术。

磨料射流破碎岩石的性能研究

磨料射流在切割破碎岩石时,将产生比纯水连续射流巨大的冲击力。从固液两相流特点出发,对高压磨料射流破碎岩石的机理进行了分析与实验研究。得出岩石在受到磨料射流的冲击下,磨粒与水体对岩石的冲击压力与岩石在水介质作用下力学特性的变化共同促使了岩石的破坏。岩石破坏时最大剪应力位于0.5倍喷嘴直径的径向距离处,同时在固体介质表面边缘产生最大拉应力。该研究从理论与实验上为磨料射流破碎岩石奠定了理论基础。

脉冲磨料射流破碎岩石的实验研究

在淹没和非淹没状态下研究了脉冲射流的动态特性、振荡腔腔长、靶距、磨料浓度等参数与脉冲磨料射流的切割和冲蚀性能的关系,对比分析了脉冲磨料射流与前混合磨料射流在相同实验条件下对花岗岩及石灰岩等的冲蚀性能。实验结果表明,自激振荡射流频率随腔长增大而减小,随压力及流量的增大而增大;脉冲磨料射流的体积冲蚀速度在淹没状态下是前混合磨料射流的1.7倍,而在非淹没状态下为前混合磨料射流的1.4倍。

高压水射流切割技术及其应用

高压水射流切割是一种非传统的冷切割方法,具有传统切割方式难以比拟的优点。本文回顾了其原理和发展历史,介绍了其在工业、航天和医学等方面的应用。对水压、流速、射流直径、直径扩散率以及磨料等切割参数对高压水射流切割的加工质量的影响进行了讨论,并对国外新的研究方法和结果进行了介绍,为优化工艺、改善加工质量提供了借鉴。

磨料水射流除鳞技术在钢厂的应用

为了暴露各种钢材在热轧过程中产生的表面缺陷，需清除附于其上的氧化铁皮，称之为“除鳞”。传统的除鳞方法有酸洗、表面剥皮、喷丸处理等，这些方法存在很多缺点。本文介绍已在湖南涟钢用于生产的磨料水射流除鳞生产线，用磨料水射流除鳞具有速度快、质量高、成本低、操作简便等独特的优点。

淹没磨料水射流对花岗岩的冲蚀研究

为了探求水下破岩方法,并最大限度提高大口径喷嘴用于水下破岩的效果,利用磨料水射流系统,结合淹没实验装置及其横向进给机构,研究了靶距、压力、进给速度和磨料粒度等因素对花岗岩的冲蚀性能的影响。

磨料射流定向切顶系统的设计与研制

N00工法是一种节约资源并能降低开采成本的长壁采煤工法,快速无伤定向切割顶板岩石使采空区顶板垮落是该工法的关键。基于水射流理论与技术,提出了利用磨料射流定向切割顶板的新思路,研究了磨料射流定向切顶系统的结构组成及工作原理,设计了水射流喷嘴、切割喷头、定向器、输送机及磨料供给系统等关键部件的结构与尺寸,通过实验优化了磨料射流定向切顶的最优工作参数,并于陕西某矿S1201-Ⅱ工作面进行了顶板切割试验。结果表明,在射流压力25 MPa,喷嘴直径1.5 mm,磨料类型黄沙/石英砂,磨料质量分数3.5%,切割速度4.4 mm/s条件下,系统可在1个循环时间(50 min)、1个步距(840 mm)范围内对7000~8000 mm长度的4孔同步定向切缝,实现对留巷顶板的快速高效定向切割。

煤矿井下磨料水射流切割机的设计及应用

磨料水射流切割技术,是一种安全的"冷"切割技术,不会因产生火花而引起瓦斯爆炸事故。为满足煤矿井下的切割作业需要,设计并制造了便携式煤矿井下磨料水射流切割机。设备主体分为两部分用一根高压软管连接,工人操作手持切割喷枪进行切割作业,切割速度可达40mm/min;通过压力表可以监测系统压力、喷嘴磨损、磨料用量等指标。该设备的使用实现了煤矿井下切割作业的安全进行。