針對(duì)水力化增透措施在松軟低滲煤層應(yīng)用過(guò)程中存在的水封抑制瓦斯解吸和降低煤體滲透率的缺陷,提出高壓氣射流沖孔破煤增透的技術(shù)方法,同時(shí)為明確氣射流沖孔破煤的特性,基于空氣動(dòng)力學(xué)與巖石力學(xué)理論,分析了氣射流破煤的連續(xù)過(guò)程機(jī)理,推導(dǎo)了連續(xù)過(guò)程數(shù)學(xué)模型并建立了破煤能力與破碎坑特征的判識(shí)準(zhǔn)則。分析認(rèn)為,高壓氣體經(jīng)縮放型噴嘴實(shí)現(xiàn)超聲速躍遷加速流動(dòng);自噴嘴噴出的氣流在空氣介質(zhì)的剪切作用下,軸向速度衰減,徑向斷面擴(kuò)張;當(dāng)射流沖擊作用于煤體后,產(chǎn)生破碎核和延展裂紋,在拉伸作用下發(fā)生失效破壞,形成塑性破碎坑。選取3種不同強(qiáng)度的煤體和1種砂巖進(jìn)行的氣射流破煤規(guī)律計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)提高噴嘴入口壓力和噴嘴直徑時(shí),氣射流滯止點(diǎn)處壓力均不斷增大,在低壓力入口條件下,氣射流可對(duì)強(qiáng)度較小的煤體造成沖蝕破壞,當(dāng)入口壓力達(dá)到16 MPa時(shí),可實(shí)現(xiàn)對(duì)砂巖的沖蝕破壞;隨著射流壓力的提高,沖蝕形成的破碎坑軸向深度和徑向長(zhǎng)度都不斷增大,但軸向深度增加量要遠(yuǎn)大于徑向長(zhǎng)度增加量,破碎坑形狀由最初的錐形漸變?yōu)殚蠙烨蛐巍?br>
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【部分圖文】：

圖1 縮放型噴嘴結(jié)構(gòu)示意

基于以上分析可以得出,單純的截面收縮并不能使亞聲速氣流加速至超聲速,即借助目前普通的圓錐收縮性噴嘴,氣流速度最大只能達(dá)到聲速。要想使氣體實(shí)現(xiàn)超聲速流動(dòng),必須采用收縮-擴(kuò)張形噴嘴,即拉瓦爾噴嘴。在相同外界參數(shù)條件下,通過(guò)縮放型噴嘴可實(shí)現(xiàn)氣流速度自亞聲速至超聲速的躍遷�？s放形噴嘴通常....

圖2 氣射流發(fā)展分區(qū)示意

氣體射流自噴嘴噴出至環(huán)境介質(zhì)之中,直至沖擊某一壁面為止,射流沿其發(fā)展特性可分為典型3區(qū),即自由射流區(qū)、沖擊區(qū)和壁面射流區(qū)[18-19],其分區(qū)如圖2所示。在自由射流區(qū),射流外邊界與周?chē)諝饨橘|(zhì)間存在剪切-驅(qū)動(dòng)等相互作用,剪切應(yīng)力的存在會(huì)導(dǎo)致湍流現(xiàn)象的產(chǎn)生,引起射流速度在軸向的衰減....

圖3 裂紋內(nèi)壓力示意

與黏度較高的液態(tài)水不同,當(dāng)高壓氣射流連續(xù)沖擊作用于波動(dòng)破壞形成的破碎區(qū)和初始裂紋時(shí),粘性較低的氣體會(huì)快速充滿(mǎn)這些裂紋空間,產(chǎn)生作用于裂紋內(nèi)壁的準(zhǔn)靜態(tài)壓力分布(圖3),壓力可以近似等同于射流作用下的滯止壓力[22],準(zhǔn)靜態(tài)壓力作用時(shí)間取決于高壓氣源的補(bǔ)充和裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的影響。準(zhǔn)靜....

圖4 氣射流發(fā)展階段示意

氣射流發(fā)展階段的影響因素包括噴嘴半徑b0、噴嘴-平板距離H、入射角度θ和射流初速度U0等。為便于分析,在射流流場(chǎng)中建立直角坐標(biāo)系(x,y),用于分析自由射流區(qū)和沖擊區(qū),坐標(biāo)系(x1,y1)用于分析沖擊區(qū)和壁面射流區(qū),如圖4所示。定義射流軸向壓力為Pm,滯止點(diǎn)處壓力值為Ps,壁面壓....

本文編號(hào)：4025524