›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (5): 1515-1520.

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煤体在高压水射流作用下的损伤机制

穆朝民1, 2，王海露1, 2   

  1. 1. 安徽理工大学 能源与安全学院，安徽 淮南 232001；2. 安徽理工大学 煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室，安徽 淮南 232001
  • 收稿日期:2012-02-08 出版日期:2013-05-10 发布日期:2013-05-14
  • 通讯作者: 王海露，男，1987年生，硕士，主要从事安全科学与技术方面的研究工作。E-mail: hailuwang.123@163.com E-mail:chmmu@mail.ustc.edu.cn
  • 作者简介:穆朝民，男，1977年生，博士，博士后，主要从事工程安全与防护技术方面的研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然基金(No. 51204007)；安徽省高等学校省级自然科学重点项目(No. J2011A082)；安徽省自然科学基金项目(No. 1208085QE85)。

Damage mechanism of coal under high pressure water jetting

MU Chao-min1, 2，WANG Hai-lu1, 2   

  1. 1. School of Energy Resources and Safety, Anhui University of Science and Technology, Huainan, Anhui 232001, China; 2. Key Laboratory of Mining Coal Safety and Efficiently Constructed by Anhui Province and Ministry of Education, Huainan, Anhui 232001, China
  • Received:2012-02-08 Online:2013-05-10 Published:2013-05-14

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摘要： 为研究高压水射流破煤的力学机制，煤体采用J-H-C含损伤本构模型，水射流采用Bridgman状态方程，用固-流耦合算法对高压水射流冲击煤体的损伤机制进行有限元数值计算，得出了煤体在不同冲击压力水射流作用下的损伤形式，模拟与现场试验结果基本一致。研究结果表明，不同水压的水射流冲击煤体形成的损伤机制存在差别，煤体在高压水射流作用下的损伤是阶梯式，煤体在高压水射流冲击下形成压缩波和拉伸波的复合作用是形成煤体损伤的主要原因，随着破煤过程的进行，压缩区和拉伸区有进一步减小的趋势；对于不同强度煤体存在临界破煤压力和最佳破煤压力。

关键词: 水射流, 数值模拟, 损伤, 本构模型

Abstract: In order to study the mechanism of high pressure water jetting on the coal, the damage mechanism of high pressure water jetting on the coal is investigated by using numerical simulation, which is based on coal using J-H-C damage constitutive model and water jet using Bridgman equation. Based on fluid-solid coupling penalty function, a mode of numerical algorithm, the various damage forms of the coal are gained under different jetting pressures of water. The numerical calculated values are in good agreement with experimental results. The numerical simulation results show that, different water pressures of jet flow cause different damage patterns in coal. The shape of damage caused by jetting in the coal is staged and the recombination action of compression stress wave and tensile stress wave is the main factor that results in coal damage. With penetration evolving, compression zone and tensile zone reduce that are formed by high water. There is the critical breakdown pressure of water on the coal that has different fracture strength.

Key words: water jet, numerical simulation, damage, constitutive model

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