目前国内外学者主要从破岩机理、水射流工艺方法、水射流设备研制及水射流破岩数值模拟等方面开展了水射流割缝增透技术的研究,并取得了许多成果,针对上述4个方面内容对水射流割缝技术的发展概况及主要研究成果进行综述,在此基础上提出了水射流割缝技术的发展趋势及下一步的研究重点。
水射流割缝增透技术是一种利用高压水射流穿透岩石，形成连续的裂缝，以增加岩石渗透性的工程技术。这项技术在矿业开采、地质工程等领域有着广泛应用，主要用于改善瓦斯排放、提高采掘效率。本文将对水射流割缝技术的破岩机理、工艺方法、设备研制和数值模拟四个方面进行深入探讨。
破岩机理是水射流割缝技术的核心研究内容。目前，主要有两种被广泛接受的理论：一是准静态弹性破碎理论，包括Tresca理论和Mises理论，它们认为水射流对煤岩的作用可视为准静态集中力，当煤岩承受的剪切、拉伸或畸变应力达到材料的破坏准则时，会发生破碎。然而，这一理论忽视了水射流破岩过程中动态冲击、流固耦合以及煤岩的非均质性和各向异性，导致预测结果存在误差。二是裂纹扩展理论，强调在煤岩中存在的原生裂隙在应力作用下会进一步扩展，通过能量转化过程完成破碎，这一理论结合了拉伸-水楔效应，考虑了裂纹扩展对破碎的影响。
在水射流工艺方法方面，研究主要集中在如何优化射流参数（如压力、流量、喷嘴设计等）以提高切割效率和穿透深度。同时，根据不同的地质条件，如顶板稳定性，灵活调整循环进尺，确保安全并提高掘进速度。此外，水射流技术还能在大倾角巷道和不同断面形状的巷道中作业，降低了工人劳动强度，并可以通过设计护帮板保护巷道及设备安全。
水射流设备的研制是技术实施的关键。高效的水射流设备需要具备强大的动力系统、精确的控制系统以及耐磨损的组件。随着技术进步，设备的稳定性、耐用性和智能化程度不断提高，为水射流割缝增透技术的实际应用提供了保障。
数值模拟作为理论研究和实践操作的重要辅助工具，通过计算机建模和仿真，能够更准确地预测水射流在煤岩中的行为，优化工艺参数，减少试验成本。借助于有限元分析和其他计算流体力学方法，可以深入理解水射流与煤岩相互作用的细节，为设备设计和现场操作提供指导。
未来发展趋势，水射流割缝技术将向着更加智能化、自动化和环保化方向发展，如采用更先进的传感器和控制技术，实现远程操控和实时监测。同时，对水射流破岩机理的深入研究，特别是考虑流固耦合、非均质性等因素的动态模型，将有助于提升技术效果。此外，研发高效节水的水射流设备，减少能源消耗和环境污染，也将成为研究的重点。
水射流割缝增透技术在理论研究和实际应用中不断取得进展，为矿业开采的安全、高效和可持续提供了强有力的技术支持。未来，随着科技的不断创新，这项技术有望在更多领域得到广泛应用。
