盘形滚刀破岩的围压与节理效应:数值模拟与能量分析
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更新于2024-09-04
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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。
2021-05-17 上传
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