磨料水射流与磨料气体射流破岩压力对比分析

刘勇^1,2,3，陈长江^1,2，魏建平^1,2,3，张娟^1,2

1. 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室(省部共建国家重点实验室培育基地)2. 河南理工大学安全科学与工程学院3. 煤炭安全生产河南省协同创新中心

摘 要：为验证磨料气体射流破岩可行性,对比分析磨料水射流和磨料气体射流破岩效果。理论分析了磨料水射流和磨料气体射流中磨料加速机理,得出磨料动能与磨料水射流和磨料气体射流入口压力之间的数值关系。基于统一强度理论,建立了适用于磨料射流破岩的能量准则,得出了岩石破坏时所需的临界能量。根据磨料加速理论和岩石破坏临界能量计算了岩石破坏临界磨料速度以及所需入口压力。基于理论计算结果,试验验证了磨料水射流和磨料气体射流冲蚀灰岩的破碎效果。结果表明:当磨料速度达到270 m/s时,所需气体射流压力的理论值为15 MPa,水射流压力的理论值为45 MPa;两种磨料射流冲蚀坑形状相同,均呈现"V"型,磨料水射流的冲蚀坑形状相较于磨料气体射流具有"口小","坑深"的特征,磨料气体射流破灰岩形成的冲蚀坑体积要大于磨料水射流。

关键词：磨料水射流;磨料气体射流;能量屈服准则;破岩;冲蚀坑体积;