高压水射流切割深度理论：提升煤层瓦斯抽采效率的关键

该篇文章《高压水射流环形割缝深度理论模型及应用》聚焦于煤炭开采中的一个重要技术挑战——如何有效地利用高压水射流来切割煤层，提升煤层的透气性和瓦斯抽采效率。随着我国煤炭开采向深部推进，煤层的特点变得复杂，如地应力高、瓦斯压力大和渗透性低，传统的水力割缝技术参数设计往往依赖经验，这可能导致割缝不均匀，影响煤层的瓦斯控制和防突效果。 作者张永将和郭寿松基于高压水射流的破煤冲击效应进行了深入研究。他们首先分析了高压水射流的冲击特性，通过边界层理论确定了高压水射流的速度分布函数，揭示了高压水射流在切割过程中的平均速度衰减规律。这个规律对于理解射流能量在切割煤层中的传输至关重要。 接着，他们运用应力波在煤体中的传播特性，构建了波动方程，并结合水射流随距离衰减的特性以及最大伸长线应变准则，建立了一个高压水射流环形割缝深度的理论模型。这个模型能够准确预测在不同射流压力下的煤层割缝深度，有助于优化切割参数，避免因参数选择不当导致的问题。 为了验证理论模型的准确性，作者设计并测试了高压水射流作用力采集装置，通过改变喷嘴直径、射流压力和射流距离，研究了这些因素对打击力的影响。实验结果显示，理论计算的割缝深度与实际测量值的误差控制在7%以内，证明了该理论模型的有效性。 文章最后指出，高压水射流环形割缝深度理论模型在实际应用中具有良好的预测能力，特别是在新集二矿试验区1煤层的案例中，为优化深部开采中的煤层处理提供了科学依据。因此，这项研究不仅提升了煤炭开采的技术水平，也对保障煤矿安全和提高能源利用效率具有重要意义。