磨料空气射流破煤冲蚀模型研究 论文

磨料空气射流破煤冲蚀模型研究，旨在解决在煤矿瓦斯预抽采过程中使用水力化增透技术时出现的技术难题。具体来说，水力化增透措施存在导致抱钻、塌孔等现象，这些问题会降低瓦斯的抽采效率，影响煤矿的安全生产和经济效益。针对这一问题，论文提出了磨料空气射流破煤增透措施，以提高钻孔的利用率，并通过实验与数值模拟的方式分析了该措施的技术效果。磨料空气射流破煤技术是指利用高速射流携带磨料粒子冲击煤层，以增加煤层的渗透性，进而提高瓦斯抽采率。该技术涉及的关键知识点包括磨料空气射流原理、冲蚀模型的建立、二次冲蚀的影响、卸压增透的效果以及瓦斯抽采率的提升。磨料空气射流原理涉及到流体力学、固体颗粒力学以及多相流领域。在该过程中，压缩空气在高速喷射状态下携带磨料粒子，利用粒子的动能对煤层表面进行冲击，造成煤层表面物质的去除，从而形成新的裂隙，增加煤层的透气性。研究中，通过离散相模型分析磨料粒子在喷嘴中的加速效果，涉及到计算流体动力学（CFD）的软件ANSYS Fluent。冲蚀模型的建立是该研究的核心内容之一。冲蚀模型考虑了磨料密度、粒径以及空气压力等因素对磨料加速效果的影响，并建立了磨料空气射流冲蚀能量方程。通过有限元分析方法和光滑粒子模型，对磨料空气射流冲击煤岩体进行数值模拟，分析了射流扩散角和磨料形状特性对煤岩体冲蚀的影响规律。二次冲蚀作用是指磨料粒子在冲击煤岩体后反弹，再次对煤岩体表面进行冲击，影响冲蚀效果。在建立冲蚀模型时，必须考虑到这一因素，确保模型的准确性与实用性。卸压增透是指通过磨料空气射流技术减少煤岩体的应力集中，从而增加煤层的透气性。磨料空气射流破煤技术通过在煤层上制造裂隙来卸载应力，从而提高瓦斯抽采效率。瓦斯抽采率的提升是本项技术的最终目标。通过上述技术的实施，可以有效提高煤层的透气性，从而增加瓦斯的抽出量，对煤矿的安全生产具有重要的现实意义。文章还提到了高压磨料空气射流实验系统的应用，以及使用石榴石磨料进行的实验。石榴石是一种硬度较高的磨料，适合进行高能量密度的冲蚀实验。通过实验，研究人员获取了单位能量破碎体积参数，并建立相应的冲蚀模型。通过控制变量法，研究人员对不同影响因素下的冲蚀效果进行分析和模型修正，最终得到了影响冲蚀效果的因素权重，为实际应用提供了参考依据。虽然该冲蚀模型在建立过程中未将受压条件纳入考虑，未来将进行相关实验，将受压条件作为修正系数，进一步完善该模型。通过这种迭代式的实验与理论分析结合的方式，可以不断提高模型的准确性和实用性，为煤矿瓦斯抽采提供技术支持。磨料空气射流破煤冲蚀模型的研究，不仅对提高煤矿瓦斯抽采率具有重要意义，也为煤层气的高效抽采提供了新的技术途径。研究中所涉及的多种模型和技术，如CFD模拟、有限元分析、光滑粒子模型、控制变量实验等，均为相关领域的研究和应用提供了丰富的技术资料和方法论。