第45卷第4期 2018年8月
矿业安全与环保
MINING SAFETY & ENVIRONMENTAL PROTECTION
Vol. 45 Na. 4 Aug.2018
蒋一峰，杜锋，刘昂，等.高压水射流破醇煤体过程及应力变化规律的数值分析[J].矿业安全与环保,2018,45(4)：1-5.
文章编号：10084495(2018)04000105 试验研究
高压水射流破碎煤体过程及应力变化规律的数值分析
蒋一峰，2，杜锋刘昂王亮，辛程鹏
（1.中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京100083；2.中国电力科学研究院有限公司，北京100192；
3.贵州工程应用技术学院矿业工程学院，贵州毕节551700)
摘要：针对高压水射流冲击破醇煤体这一复杂非线性冲击动力学问题，采用SPH和FEM耦合算法，数值模拟了煤体在高压水射流冲击下的破碎过程，分析了应力作用规律和煤体破碎规律。研究结果表明，煤体主要受拉伸和剪切作用而被破坏，拉应力的作用区域随著煤体破碎向外延伸，剪切应力的作用区域主要在冲击轴心；水射流冲击载荷破煤过程可分为破碎积累、快速破碎2个阶段，煤体破碎速度表现为快慢交替。
关键词：高压水射流；冲击；破煤；数值模拟；应力
中图分类号：TD712*.6;TD311
文献标志码：A
NumericalAnalysis of CoalBreakageProcessandStressChangeLaw
UnderHighPressureWaterJet
JIANG Yifeng"-2,DU Feng", LIU Ang", WANG Liang",XIN Chengpeng
( 1. College of Resources and Sgfety Engineering, CUMTB, Bejing 100083, China; 2. China Electric Power Research Institute Bejing I00192, Chind; 3. School of Mining Engineering, Guizhou Unizersity of Engineering Science, Bijie 551700, China) Abstract : For the complex nonlinear impact dynamic problem of impacting coal with high pressure waler jet, the coupling
algorithm of smoothed particle hydrodynamics ( SPH) and finite element method ( FEM) was used to simulate the crushing process of coal under the impact of high pressure water jet, the law of stress and coal breakage was analyzed. According to the results, the coal is mainly damaged by the tensile and shearing. The action zone of tensile stress extends outward with the coal breakage while the shear stress mainly affects the impact axis. The process of coal breakage by impact load of water jet can be divided into two stages of erushing accumulation and rapid crushing. The cnushing speed of eoal shows the alternation of fast and slow
Keywords : high pressure water jet;impact ;coal breakage;numerical simulation;stress
近年来，高压水射流技术被越来越普遍地应用于煤炭领域。水射流在煤层中冲击破碎煤体，起到卸压增透的作用，强化了矿井瓦斯抽采效果。相关人员针对高压水射流破煤、破岩开展了诸多研究，文
收稿日期：201708-14；2018-06-21修订
基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFC0801402， 2016YFC0600708）；国家自然科学基金项目（51474219）；贵州省科技支撑计划项目（野科合支撑[2017】2820
作者简介：蒋一峰（1988一），男，潮南未阳人，博士研究生，主要从事煤矿瓦斯防治研究工作。E-mail:jiangyifengl8@
126.com 万方数据
献1用逾渗理论推导了煤岩体破坏准则和水射流破碎非均质煤岩体的门槛压力；文献[2-5]分别从损伤、应力波传播等角度分析了水射流破岩机理；文献[6] 提到水射流破岩存在2个门槛压力，破岩机理分别表现为冲蚀破碎和锤冲破碎；文献[7]分析了不同水射流速度冲击岩石的流场规律和应力分布规律。
上述研究都涉及到煤岩体破碎的特征压力和应力分布状态，而对水射流冲击煤体破碎过程应力场的动态变化规律缺乏研究。笔者采用SPH和FEM 耦合算法，数值模拟了水射流冲击煤体破碎过程，从应力场变化角度分析了水射流破煤机理。
1.