盘形滚刀破岩的围压与节理效应：数值模拟与能量分析

本文主要探讨了"不同围压与节理特征下盘形滚刀破岩数值研究"这一主题，针对煤炭开采领域中的关键问题，研究者利用颗粒离散元法构建了详细的数值模型。这项研究的目的是深入理解围压（即岩石周围的外部压力）和节理特性（如节理间距和倾角）如何影响盘形滚刀在破岩过程中的性能。 首先，研究发现，在特定条件下，当围压为50 MPa，且节理间距小于60毫米，以及节理倾角接近30°时，会出现一种称为“围压促进破碎模式”的现象。这种模式类似于岩爆，显著降低了破岩的比能耗，即所需的能量消耗。这是因为在这样的组合下，滚刀能更有效地切割和破碎岩石。 其次，当围压和节理间距保持恒定，比能耗随节理倾角的变化呈现出非线性趋势。比能耗在节理倾角为30°时达到最小值，这表明适当的倾斜角度有利于降低破岩过程中的能量消耗。然而，当节理倾角增大，比能耗先减少然后又增加，说明倾角对能量效率的影响并非单一。 再者，研究还考察了节理间距对比能耗的影响。当节理倾角固定时，比能耗随节理间距的增大而上升，说明更大的节理间距可能使岩石更难以被滚刀切割，从而增加了能量需求。 特别地，当节理倾角在15°至75°范围内，比能耗表现出一个独特的转折点：在从1 MPa增加到25 MPa的过程中，比能耗上升；而在25 MPa到50 MPa的区间内，比能耗反而下降。这个结果揭示了节理倾角与围压之间的复杂相互作用。 最后，研究者指出，破碎模式、比能耗和裂纹数目之间存在密切关系。值得注意的是，比能耗和裂纹数目的变化趋势是相反的，这意味着在优化破岩效率的同时，可能会增加裂纹的数量，反之亦然。 这项研究提供了宝贵的数据和理论支持，对于优化盘形滚刀在不同地质条件下的破岩策略，提高采掘效率，降低能耗具有重要的实际应用价值。同时，它也为深入理解岩石力学行为和制定更精确的采矿技术提供了基础。