磨料属性影响高压磨料气体射流破岩效果的理论及实验研究

刘勇^1,2,3，张涛^1,2，魏建平^1,2,3，梁博臣^1,2

1. 河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理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：为明确磨料粒径、密度和速度对磨料气体射流冲蚀率的综合影响规律,采用数值计算方法分析了磨料粒径、磨料密度、气体压力与磨料速度的耦合关系,确定了磨料速度的计算方程;在此基础上,基于弹塑性压痕断裂理论,建立了考虑时间因素的磨料射流冲蚀磨损率的理论计算模型,并利用高压磨料气体射流破岩实验结果对其进行了修正。研究结果表明,在固定气体压力条件下,冲蚀率随磨料粒径、密度的增加先增加后减小;粒径相较于密度对冲蚀率影响更为显著;在气体压力为20 MPa时,常用的磨料种类和粒径中80目石榴石为最优磨料;修正的磨料气体射流冲蚀理论模型数学形式简单,综合考虑了磨料的能量转化效率和磨料的破碎对冲蚀率的影响,与实验结果具有较好的一致性。

关键词：磨料气体射流;破岩;冲蚀率;磨料属性;