脉冲水射流破岩过程中的应力波效应分析

引入Johnson-Holmquist-Concrete岩石非线性本构关系,利用光滑流体粒子动力学方法,模拟了脉冲射流在破岩过程中应力波形成、传播及衰减过程,得出了高速脉冲射流作用下岩石表面不同位置处应力值随时间变化曲线,以及应力波峰值强度与离射流作用点距离的关系曲线,根据计算结果分析了岩石在应力波效应下的破坏行为以及射流速度、岩石性质对应力波效应的影响。分析结果表明：脉冲射流的应力波效应具有较强的局部性,应力波峰值强度随与射流作用点距离的增大而急剧减小;脉冲射流应力波强度、作用范围与射流速度呈正比例关系,其对岩石的体积破坏存在一个门限速度;不同岩性岩石在脉冲射流应力波作用下的破坏形式有所不同,砂岩等强度较低岩石的破坏形式主要为应力波对岩石加卸载过程中的拉应力下的裂纹扩展,而石灰岩、花岗岩等脆性硬岩的破坏形式主要为应力集中导致的纵向破坏。     

热流固耦合作用下页岩渗透特性实验

为探讨地温对页岩渗流特性的影响规律,按照温度对页岩作用部位的不同,从流体动能、骨架应变、吸附解吸三个方面,分析甲烷内摩擦力对动能的影响、页岩热应力及热膨胀导致应变、甲烷解吸引起基质收缩随温度变化的规律,得出热流固耦合作用下页岩渗流特性。以渝东南酉阳龙马溪组页岩样品为分析对象,进行页岩型岩的温度渗流实验,提出三方面五因素的分析方法:温度增加,流体内摩擦力增大减小了流动速度;粘土矿物与有机质的差异性膨胀产生热应力,压缩了页岩骨架,加之基质热膨胀减小了基质间隙,双重作用使渗流通道减小;基质收缩效应对孔隙裂隙双重结构介质渗透量影响很小。温度升高对页岩渗流特性的主要影响体现为,内摩擦力的减速作用及热应力和热膨胀对渗流通道的压缩作用。     

人工冻结尾矿力学特性单轴压缩试验研究

尾矿的冻结会影响尾矿坝的稳定性.通过室内单轴压缩试验,研究了经人工冻结四类尾矿的力学特性及其4个影响因素.研究结果显示,冻结尾矿单轴压缩破坏形式有三种,即斜面剪切破坏、径向拉伸破坏和复合式破坏.冻结尾矿单轴压缩全应力-应变曲线可分4个阶段:初始应变软化阶段、线性应变硬化阶段、非线性应变硬化阶段和非线性应变软化阶段.在4个影响因素中,冻结尾矿的单轴抗压强度与平均粒径呈对数关系,与干密度呈指数关系,与含水率呈线性递增关系,与加载速率呈二次抛物线增长关系.而冻结尾矿的变形模量与平均粒径呈自然对数关系,与干密度亦呈指数函数关系,与含水率则呈二次抛物线关系,与加载速率呈指数函数增长关系.     

页岩气储层水力裂缝网络的延伸规律

为了深入认识页岩气储层水力压裂裂缝的延伸规律及裂缝网络形成条件,通过建立页岩气储层水力裂缝延伸的二维模型,分析地应力差异系数、天然裂缝及层理面等因素对水力裂缝延伸方向的影响规律,并对页岩储层水力裂缝网络的形成机制进行研究.研究结果表明:水力裂缝在层理面内转向、分岔及沟通天然裂缝是形成裂缝网络的关键,层理面和天然裂缝逼近角和地应力差异系数需在一定临界组合条件下才形成裂缝网络,偏离该条件均形成单一裂缝;最大水平主应力方向与页岩的层理面和开度较好的天然裂缝之间的逼近角呈大角度时,更有利于形成裂缝网络.     

煤层割缝器用双梯度喷嘴结构设计与优化

为提高高压水射流煤层割缝器的切割能力,提出采用双梯度结构对喷嘴这一关键部件进行结构设计及优化来改善喷嘴喷射性能的新思路。针对安装于63割缝器总长为17 mm的双梯度喷嘴,在正交实验指导下,采用Realizable k-ε湍流模型对不同参数组合下喷嘴出口流场进行了模拟。数值模拟结果表明双梯度喷嘴结构参数为L1=6 mm、θ1=18°、θ2=35°、L=6 mm、d=2.5 mm时,其轴向速度在150 mm靶距处最大且衰减较慢。通过对数值模拟优化喷嘴结构进行试制,在室内运用3DPIV对其性能实验测试。实验结果表明在本文实验条件下,双梯度喷嘴结构参数为L1=6 mm、θ1=18°、θ2=35°、L=6 mm、d=2.5 mm时,其射流出口流场平均速度最大,速度场分布较为理想,在150 mm靶距处的平均速度为普通喷嘴的1.4倍。     

喷射气举提升性能实验分析

由于传统气举提升效率较低,笔者设计出环形射流泵结构的喷射气举,建立了一套气举提升实验装置,选用精筛选的河沙作为提升对象,实验研究了进气量、浸入率等因素对喷射气举扬水量、扬固量的影响规律,对提升管内的流动形态进行了分析,并对传统气举和喷射气举的扬固能力进行对比;运用能量守恒定律建立了气举效率模型,对喷射气举和传统气举的扬固效率进行对比分析。结果表明:存在最优进气量,使喷射气举的扬固量和扬水量最高,浸入率越大,喷射气举的扬固量和扬水量越高,提升管内流动形态为团状流时能有效提升固液混合物;喷射气举扬固效率高于传统气举,在高进气量和低浸入率条件下尤为明显。     

CFG桩复合地基承载力分析

某客运专线某标段采用CFG桩加固技术。对CFG桩进行了低应变动测、单桩承载力试验、复合地基承载力试验及理论计算。结果表明：一类桩占93.9%,二类桩占6.1%;单桩承载力及复合地基承载力特征值均大于设计值。建立了三维有限元模型,模拟分析了CFG桩顶及桩间土应力随加载水平的变化关系以及CFG桩及桩间土应力分担比。模拟结果表明：1)随着荷载的增加,CFG桩顶应力及桩间土应力也随之增大,但CFG桩顶应力的增长速率大于桩间土;2)加载初期,CFG桩与桩间土应力分担比逐渐增大,且增长速度较快;随着荷载的增加,桩土应力分担逐渐趋于稳定。     

磨料射流定向切顶系统的设计与研制

N00工法是一种节约资源并能降低开采成本的长壁采煤工法，快速无伤定向切割顶板岩石使采空区顶板垮落是该工法的关键。基于水射流理论与技术，提出了利用磨料射流定向切割顶板的新思路，研究了磨料射流定向切顶系统的结构组成及工作原理，设计了水射流喷嘴、切割喷头、定向器、输送机及磨料供给系统等关键部件的结构与尺寸，通过实验优化了磨料射流定向切顶的最优工作参数，并于陕西某矿S1201-Ⅱ工作面进行了顶板切割试验。结果表明，在射流压力25 MPa,喷嘴直径1.5 mm,磨料类型黄沙/石英砂，磨料质量分数3.5%,切割速度4.4 mm/s条件下，系统可在1个循环时间(50 min)、1个步距(840 mm)范围内对7 000～8 000 mm长度的4孔同步定向切缝，实现对留巷顶板的快速高效定向切割。