(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211025139.2 (22)申请日 2022.08.25 (71)申请人 云南煤矿安全技 术中心有限公司 地址 650051 云南省昆明市盘龙区铂金 大 道誉峰国际A区1-B座 (72)发明人 胡阳　许灿荣　吕娅　刘崇雄　 秦川超　温海龙　 (74)专利代理 机构 北京盛广信合知识产权代理 有限公司 161 17 专利代理师 秦全 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/25(2020.01) G06F 30/28(2020.01) E21C 37/12(2006.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种高压水射流破煤卸压喷嘴的结构参数 优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种高压水射流破煤卸压喷 嘴的结构参数优化方法， 包括： 采集煤体及喷嘴 结构特征， 构建相应的SPH粒子填充型二维网格 模型； 基于喷嘴冲击破煤性能影响性因素分析， 构建参数 理论模型； 获取煤体及水射流物理力学 参数并代入喷嘴参数理论模型， 计算不同参数的 理论值区间； 将不同参数的理论值分别代入SPH 粒子填充型二维网格模型进行数值模拟， 建立喷 嘴冲击破煤性能程度指标对不同参数下破煤效 果进行评价， 获得高压水射流破煤卸压喷嘴的最 优结构参数。 本发明的喷嘴结构参数优化方法更 符合现场实际情况， 获得的最优 结构参数准确度 更高， 能对煤体内部衍生出较多的裂纹， 对保证 卸压效果最大化及较低的卸压成本具有重要作 用。 权利要求书1页 说明书11页 附图5页 CN 115270354 A 2022.11.01 CN 115270354 A 1.一种高压水射 流破煤卸压喷 嘴的结构参数优化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 获取煤体及水射流物理力学参数， 基于煤体及水射流物理力学参数构建SPH粒子填充 型二维网格模型； 构建喷嘴参数理论模型； 将煤体及水射流物理力学参数代入喷嘴参数理论模型， 计算得出喷嘴不同参数的理论 值区间； 构建喷嘴冲击破煤性能程度指标； 基于喷嘴不同参数的理论值与SPH粒子填充型二维网格模型进行数值模拟， 基于所述 喷嘴冲击破煤性能程度指标对不同参数下模拟效果进 行评价， 获得高压水射流破煤卸压喷 嘴的最优结构参数。 2.根据权利要求1所述的高压水射流破煤卸压喷嘴的结构参数优化方法， 其特征在于， 所述SPH粒子填充型二维网格模型 的构建还基于网格模型数据， 所述网格模型数据基于煤 体及喷嘴结构特征获取， 基于所述网格模型数据获得SPH粒子填充型二维网格模型的几何 尺寸。 3.根据权利要求1所述的高压水射流破煤卸压喷嘴的结构参数优化方法， 其特征在于， 所述煤体及水射流物理力学参数包括： 煤体密度， 煤体抗压强度、 抗拉强度及临界破坏载 荷， 体积模量、 剪切模量及 泊松比， 水射 流密度。 4.根据权利要求1所述的高压水射流破煤卸压喷嘴的结构参数优化方法， 其特征在于， 所述喷嘴参数理论模型包括喷嘴出口类型、 喷嘴出口速度、 喷嘴出口直径、 射流角度及靶 距。 5.根据权利要求2所述的高压水射流破煤卸压喷嘴的结构参数优化方法， 其特征在于， SPH粒子填充 型二维网格模 型包括喷嘴SP H粒子填充型二维网格模型与煤体SPH粒子填充 型 二维网格模型， 构建过程包括： 煤体及喷嘴均采用SPH粒子进行填充， 并基于煤体及喷嘴水 射流的物理密度设置SP H粒子密度， 对煤体及喷嘴进 行物理力学参数设定， 对煤体的底 面及 两个侧面限制边界条件。 6.根据权利要求1所述的高压水射流破煤卸压喷嘴的结构参数优化方法， 其特征在于， 所述喷嘴冲击破煤性能程度指标包括： 裂纹扩展轴向比及裂纹扩展径向比、 裂纹扩展破碎 区面积比、 最佳裂纹扩展角度内裂纹数目比、 破煤比能耗。 7.根据权利要求6所述的高压水射流破煤卸压喷嘴的结构参数优化方法， 其特征在于， 所述裂纹扩展轴向比及裂纹扩展径向比基于煤体裂纹深度与煤体模型长度获得， 所述裂纹 扩展破碎区面积比基于裂纹扩展破碎区面积及煤体模型面积获得， 所述最佳裂纹扩展角度 内裂纹数目比基于最佳裂纹扩展角度区间内的裂纹数目与裂纹总数目获得， 所述破煤比能 耗基于水射 流冲击破煤所消耗的能量与裂纹扩展破碎区面积获得。 8.根据权利要求7所述的高压水射流破煤卸压喷嘴的结构参数优化方法， 其特征在于， 根据喷嘴冲击破煤性能程度指标中各指标的影响权 重， 对不同参数 下模拟效果进行评价。 9.根据权利要求4所述的高压水射流破煤卸压喷嘴的结构参数优化方法， 其特征在于， 基于喷嘴冲击破煤性能影响性因素分析构建所述喷 嘴参数理论模型。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115270354 A 2一种高压水射流破煤卸压喷嘴 的结构参数优化方 法 技术领域 [0001]本发明属于高压水射流破煤卸压喷嘴结构参数优化技术领域， 特别是涉及一种高 压水射流破煤卸压喷 嘴的结构参数优化方法。 背景技术 [0002]冲击地压是一种典型的矿山动力灾害， 一般是在煤、 岩体达到破坏极限强度时， 以 突然、 快速、 强烈的形式释放出弹性能， 致使煤岩层瞬时发生破坏并伴随有煤粉和岩石的冲 击， 造成井巷 的破坏及人身伤亡事故。 目前为止煤矿巷道主要使用的卸压措施包括钻孔卸 压、 爆破卸压及水力致裂等， 以上方法虽取得了一定的应用效果， 但均存在一定程度的适用 条件和局限性。 [0003]高压水射流割缝卸压技术是以高压水为动力在煤层内部进行冲击， 煤体剥落形成 均匀环形缝槽， 在缝槽周围产生一定的塑性破坏区， 最终形成卸压、 弱化区域， 该方法已成 为深部开采冲击地压煤层防治冲击地压的重要研究方向。 喷嘴作为高压水射流割缝卸压设 备中的重要组成部分之一， 喷嘴出 口类型、 出 口速度及出 口直径等参数选取在国内外研究 较少， 不合理的喷嘴结构参数在造成卸压成本剧增的同时， 煤体内裂纹扩展程度较低， 巷道 煤体卸压效果较小， 煤矿工作面冲击危险性依旧较高。 亟需一种高压水射流破煤卸压喷嘴 的结构参数优化方法。 发明内容 [0004]本发明的目的是提供一种高压水射流破煤卸压喷嘴的结构参数优化方法， 以解决 上述现有技 术存在的问题。 [0005]为实现上述目的， 本发明提供了一种高压水射流破煤卸压喷嘴的结构参数优化方 法， 包括： [0006]获取煤体及水射流物理力学参数， 基于煤体及水射流物理力学参数构建SPH粒子 填充型二维网格模型； [0007]构建喷嘴参数理论模型； [0008]将煤体及水射流物理力学参数代入喷嘴参数理论模型， 计算得出喷嘴不同参数的 理论值区间； [0009]构建喷嘴冲击破煤性能程度指标； [0010]基于喷嘴不 同参数的理论值与SPH粒子填充型二维网格模型进行数值模拟， 基于 所述喷嘴冲击破煤性能程度指标对不同参数下模拟效果进 行评价， 获得高压水射流破煤卸 压喷嘴的最优结构参数。 [0011]可选的， 所述SPH粒子填充型二维网格模型的构建还基于网格模型数据， 所述网格 模型数据基于煤体及喷嘴结构特征获取， 基于所述网格模型数据获得SPH粒子填充型二维 网格模型的几何尺寸。 [0012]可选的， 所述煤体及水射流物理力学参数包括： 煤体密度， 煤体抗压强度、 抗拉强说　明　书 1/11 页 3 CN 115270354 A 3