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题名水射流辅助滚刀破岩最佳射流角度数值模拟
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作者
王安鑫
鲁义强
张盛
马建宏
杨战标
范宏运
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机构
河南理工大学能源科学与工程学院
中铁工程装备集团有限公司
同济大学土木工程学院
煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心
煤炭安全生产河南省协同创新中心
平顶山天安煤业股份有限公司煤炭开采利用研究院
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出处
《煤炭科学技术》
北大核心
2025年第7期95-104,共10页
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基金
国家自然科学基金资助项目(52204108,52374086)。
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文摘
为解决传统滚刀施工过程中遇到超高强度岩石时存在掘进困难、刀具磨损严重和破岩效率低等问题,高压水射流因其对硬岩可产生良好的破碎效果,成为一种有效提高破岩效率的手段。水射流与滚刀的布置将直接影响滚刀荷载以及破岩比能耗等指标。针对水射流辅助滚刀最佳破岩冲击角度的合理确定,构建了泰森多边形算法的等效晶质岩石材料的颗粒簇离散元模型,采用PFC(Particle Flow Code)数值分析了不同水射流冲击角度辅助破岩下裂纹数目、岩石应力和破岩比能耗等变化规律,进一步获得了水射流冲击角度对辅助滚刀破岩效率的影响规律。结果表明:预切缝底端是滚刀破岩过程中的应力集中区域,预切缝的存在影响裂纹优先向其底端扩展,预切缝长度的增加可以有效降低滚刀荷载,但此规律随着预切缝长度的增加而逐步减弱,与无切缝相比,有预切缝存在的岩石破碎时峰值荷载降低了6.11%~17.60%;预切缝长度对破岩比能耗的影响存在界限值20 mm,超过界限值后,预切缝长度对岩石破坏行为影响能力减弱;改变水射流冲击角度能明显改变滚刀破岩效果,破岩比能大小随水射流冲击角度的增大呈现“V”字形曲线发展,在水射流冲击角度75°辅助下获得最佳破岩效果。水射流冲击角度的合理选择,有助于提高TBM刀具寿命,研究成果能够为硬岩地质条件下TBM刀盘结构中水射流系统和喷嘴角度合理的布置提供理论参考。
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关键词
硬岩
滚刀破岩
水射流冲击角度
预切缝
破岩比能
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Keywords
hard rock
rock breaking by cutter
impact angle of water jet
pre-cut slit
specific energy of rock breaking
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分类号
U455
[建筑科学—桥梁与隧道工程]
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