基于SPH方法的大块煤冲击破碎数值模拟

张德生^1,2，王国法¹，范迅²，任怀伟¹，赵国瑞¹

1. 天地科技股份有限公司开采设计事业部2. 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院

摘 要：为研究大块煤在钎杆冲击下的破碎效果,引入RHT混凝土本构模型材料来模拟大块硬煤(压缩强度35 MPa),并基于光滑质点流体动力学(SPH)方法建立了钎杆冲击大块煤的三维仿真模型。分析比较了大块在静压、纯冲击和冲压组合作用下的破坏程度,以及平头和圆锥形钎杆冲击效果的差异。仿真结果表明:平头钎杆在30 MPa压力、15 m/s速度或是其组合作用下,均无法使大块产生有效破坏;平头钎杆在200 m/s的超高速下可使大块产生彻体破坏,但实现钎杆高速运动困难;圆锥钎杆在30 MPa压力和15 m/s速度的冲压作用下,使大块产生了较大范围的锥形失效,远高于常规液压破碎锤的单次冲击破坏程度。锥形钎杆、高压高速是破碎硬质大块煤的一种有效方法,可在较少作用次数下实现破碎,验证了低频重载破碎大块的可行性。

关键词：大块煤;冲击破碎;SPH;RHT本构模型;低频重载;