【摘要】：為實(shí)現(xiàn)深層、復(fù)雜地層堅(jiān)硬煤巖的安全高效開采,提高機(jī)械沖擊破巖效率和能力,降低機(jī)械球齒磨損。利用高壓水射流低溫沖擊等特點(diǎn),將高壓脈沖射流破巖技術(shù)融入機(jī)械沖擊破巖,提出高壓脈沖射流輔助機(jī)械沖擊破巖方式。本文采用理論分析、試驗(yàn)和仿真相結(jié)合的方法,對(duì)高壓脈沖射流輔助機(jī)械沖擊破巖性能進(jìn)行研究。以布希涅斯克問題為基礎(chǔ),對(duì)巖石在沖擊載荷作用下應(yīng)力進(jìn)行分析,建立巖石受到集中力條件下內(nèi)部單元的應(yīng)力數(shù)學(xué)模型。根據(jù)彈性力學(xué)和強(qiáng)度理論,對(duì)錐形齒和球形齒沖擊破巖進(jìn)行力學(xué)分析。依據(jù)沖擊動(dòng)力學(xué),分析了水射流沖擊破巖過程,并根據(jù)波動(dòng)力學(xué),分析了水射流在巖石內(nèi)部引起的動(dòng)應(yīng)力�；趹�(yīng)力構(gòu)造理論,對(duì)水射流輔助機(jī)械沖擊條件下巖石內(nèi)部形成的應(yīng)力疊加進(jìn)行分析。利用計(jì)算流體力學(xué)方法,研究不同噴嘴內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)對(duì)高壓射流速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的影響,表明合適的噴嘴類型為錐直型噴嘴。利用流固耦合方法建立了高壓射流生成仿真模型,研究不同沖擊能、噴嘴直徑、蓄水腔內(nèi)液面高度以及蓄水腔直徑對(duì)高壓脈沖射流的壓力、速度等影響規(guī)律。在堅(jiān)硬巖石本構(gòu)模型基礎(chǔ)上建立高壓射流沖擊破巖模型,對(duì)射流速度、射流直徑以及脈沖頻率等影響高壓脈沖射流沖破巖性能的因素進(jìn)行研究,確定各因素對(duì)于高壓脈沖射流沖破巖性能的影響規(guī)律,仿真和試驗(yàn)結(jié)果基本一致,說明所建水射流破巖模型的正確性與可靠性。對(duì)影響機(jī)械沖擊破巖性能的齒形、沖擊能、齒邊距等參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究,掌握了相關(guān)參數(shù)對(duì)機(jī)械沖擊破巖體積、深度、比能耗等性能指標(biāo)的影響規(guī)律,并對(duì)雙齒條件下破巖性能進(jìn)行試驗(yàn)分析,給出了優(yōu)選的雙齒中心距。采用顯示有限元法建立機(jī)械沖擊破巖仿真模型,研究機(jī)械沖擊載荷下巖石的微觀破碎,數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)果相一致,證實(shí)采用所建機(jī)械沖擊破巖模型具有可行性和正確性。對(duì)高壓脈沖射流與機(jī)械沖擊破巖過程中沖擊力進(jìn)行分析,得到?jīng)_擊錘初始速度對(duì)機(jī)械沖擊力的影響規(guī)律,射流沖擊力與沖擊錘初始速度、射流流量和射流變化角的變化關(guān)系。采用流固耦合方法建立高壓射流輔助球齒沖擊破巖仿真模型,研究高壓脈沖射流輔助機(jī)械沖破巖性能,對(duì)影響高壓脈沖射流輔助機(jī)械沖擊性能的射流和球形齒中心距、射流數(shù)量、射流角度進(jìn)行研究,給出了優(yōu)選的脈沖射流輔助機(jī)械球齒沖擊破巖參數(shù),證實(shí)脈沖射流輔助作用可以明顯降低機(jī)械球齒的接觸應(yīng)力,增大巖石損傷破壞深度,極大地改善了機(jī)械沖擊破巖條件。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD311
【圖文】：

機(jī)械耦合沖擊破碎堅(jiān)硬煤巖機(jī)理研究(BK20160250)”。1.2 選題背景及研究意義(Background and Significance)2018 年，《BP 世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》指出：中國仍然是世界最大能源消費(fèi)國，全球能源消費(fèi)量的 23.2%和全球能源消費(fèi)增長的 33.6%，煤炭資源消耗量占消費(fèi)總的 60.4%，中國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示；全球煤炭消費(fèi)增長相比過去快速放緩在很大程度上由中國驅(qū)動(dòng)，然而中國依然是世界上最大的煤炭市場(chǎng)，到 2040 年占球煤炭需求的 40%，因此在未來很長一段時(shí)間內(nèi)煤炭作為我國主體能源具有無法替的地位，圖 1-2 所示為分地區(qū)煤炭能源消費(fèi)�！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱（2006~2020）》明確指出：亟需大力加強(qiáng)煤炭資源安全高效開采及成套裝備和應(yīng)用術(shù)研究，特別是硬巖及非均質(zhì)巖層安全高效綜合采掘裝備制約著煤炭開采和巷道快掘進(jìn)，明確指出重點(diǎn)研究深層和復(fù)雜地層礦體開采技術(shù)[1]。國家能源局印發(fā)的《國能源科技發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確指出復(fù)雜地質(zhì)條件下煤炭資源安全高效開采是后重大科技工程與攻關(guān)方向，需針對(duì)我國復(fù)雜地層條件下多模式巷道掘進(jìn)及煤炭開技術(shù)和裝備進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)[2]。7.2% 13.6%

機(jī)械耦合沖擊破碎堅(jiān)硬煤巖機(jī)理研究(BK20160250)”。1.2 選題背景及研究意義(Background and Significance)2018 年，《BP 世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》指出：中國仍然是世界最大能源消費(fèi)國，全球能源消費(fèi)量的 23.2%和全球能源消費(fèi)增長的 33.6%，煤炭資源消耗量占消費(fèi)總的 60.4%，中國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示；全球煤炭消費(fèi)增長相比過去快速放緩在很大程度上由中國驅(qū)動(dòng)，然而中國依然是世界上最大的煤炭市場(chǎng)，到 2040 年占球煤炭需求的 40%，因此在未來很長一段時(shí)間內(nèi)煤炭作為我國主體能源具有無法替的地位，圖 1-2 所示為分地區(qū)煤炭能源消費(fèi)�！秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱（2006~2020）》明確指出：亟需大力加強(qiáng)煤炭資源安全高效開采及成套裝備和應(yīng)用術(shù)研究，特別是硬巖及非均質(zhì)巖層安全高效綜合采掘裝備制約著煤炭開采和巷道快掘進(jìn)，明確指出重點(diǎn)研究深層和復(fù)雜地層礦體開采技術(shù)[1]。國家能源局印發(fā)的《國能源科技發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確指出復(fù)雜地質(zhì)條件下煤炭資源安全高效開采是后重大科技工程與攻關(guān)方向，需針對(duì)我國復(fù)雜地層條件下多模式巷道掘進(jìn)及煤炭開技術(shù)和裝備進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)[2]。7.2% 13.6%

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