LS-DYNA模拟水射流破煤：SPH-FEM耦合方法与参数分析

"该文基于光滑粒子流体动力学(SPH)耦合有限元方法(FEM)对水射流破煤参数进行了数值模拟分析，利用非线性冲击动力学软件LS-DYNA，探讨了高压水射流在红岭煤矿二1煤层水力扩孔中的应用效果。通过模拟得出，最适宜的喷嘴直径范围是2.0~2.5mm，临界破煤压力为10 MPa，而最佳破煤压力则在20~22 MPa之间。" 本文详细研究了水射流破碎煤层的技术，特别是在煤矿开采中的应用。首先，文章介绍了采用的数值模拟方法——光滑粒子流体动力学（SPH）与有限元方法（FEM）的耦合。SPH是一种计算流体动力学方法，它通过粒子来近似连续介质，能有效处理流体与固体的相互作用，尤其适用于非刚性、变形问题，如水射流破碎煤层的过程。而FEM则是一种广泛应用的数值分析技术，用于求解各种工程和物理问题，尤其是在结构力学领域。 在研究中，研究人员使用了非线性冲击动力学软件LS-DYNA，这是一个强大的仿真工具，能够处理复杂的动态问题，包括高速碰撞、爆炸等。通过该软件，他们模拟了高压水射流对煤层的微观破碎过程，以揭示其内在机理。 实验结果表明，对于红岭煤矿二1煤层的水力扩孔作业，最佳的喷嘴直径应该控制在2.0至2.5毫米之间。这个直径范围能确保水射流的效率和穿透力，同时减少不必要的能源浪费。此外，研究还确定了临界破煤压力为10 MPa，即当水射流压力低于这个值时，煤层可能无法有效破碎。而20至22 MPa被认为是最佳的破煤压力区间，此压力下可以达到理想的破碎效果，既保证了破碎效率，又避免了过大的压力可能导致的安全隐患。 关键词涵盖了水射流技术的关键要素：水射流本身、破煤压力、数值模拟、喷嘴直径以及SPH-FEM耦合方法。这些关键词体现了研究的核心内容和技术手段，有助于进一步理解水射流在煤矿开采中的应用和优化策略。 该研究通过先进的数值模拟技术，深入探究了水射流破煤的参数优化，为煤矿的高效、安全开采提供了科学依据。这些研究成果对于提高水射流技术在煤矿行业的应用效果，减少不必要能耗，以及预防因操作不当可能引发的安全事故具有重要意义。未来的研究可进一步考虑其他因素，如煤层的物理特性、水射流的流速和角度等，以更全面地优化水射流破碎技术。