气射流破煤连续过程机理与数学模型

作     者：宋鑫 王公达 马恒 龚浩然 崔聪 SONG Xin;WANG Gongda;MA Heng;GONG Haoran;CUI Cong

作者机构：辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁阜新123000 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院北京100083 矿山热动力灾害与防治教育部重点实验室辽宁阜新123000 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2020年第45卷第9期

页      面：3176-3185页

核心收录：

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51604153) 国家重点研发计划资助项目(2018YFB0605601) 国家“十三五”科技重大专项资助项目(2016ZX05045004-006) 

主　　题：气射流 连续过程 超声速流动 射流冲击 破碎坑 

摘      要：针对水力化增透措施在松软低渗煤层应用过程中存在的水封抑制瓦斯解吸和降低煤体渗透率的缺陷,提出高压气射流冲孔破煤增透的技术方法,同时为明确气射流冲孔破煤的特性,基于空气动力学与岩石力学理论,分析了气射流破煤的连续过程机理,推导了连续过程数学模型并建立了破煤能力与破碎坑特征的判识准则。分析认为,高压气体经缩放型喷嘴实现超声速跃迁加速流动;自喷嘴喷出的气流在空气介质的剪切作用下,轴向速度衰减,径向断面扩张;当射流冲击作用于煤体后,产生破碎核和延展裂纹,在拉伸作用下发生失效破坏,形成塑性破碎坑。选取3种不同强度的煤体和1种砂岩进行的气射流破煤规律计算结果表明,当提高喷嘴入口压力和喷嘴直径时,气射流滞止点处压力均不断增大,在低压力入口条件下,气射流可对强度较小的煤体造成冲蚀破坏,当入口压力达到16 MPa时,可实现对砂岩的冲蚀破坏;随着射流压力的提高,冲蚀形成的破碎坑轴向深度和径向长度都不断增大,但轴向深度增加量要远大于径向长度增加量,破碎坑形状由最初的锥形渐变为橄榄球形。