煤层气(瓦斯)是一种优质高效的清洁能源,其高效抽采不仅能提高我国能源的利用率,还可降低煤矿的安全事故。采用高压磨料气体射流技术破碎煤岩进行卸压增透,可提高瓦斯抽采效率。高压磨料气体射流破煤过程中产生的应力波效应会导致煤体实际破坏范围大于磨料粒子束冲击区域,具有增强磨料射流破碎煤岩的作用,但目前尚无相关的系统研究。为此,本文开展了高压磨料气体射流破煤应力波传播模型研究。为研究高压磨料气体射流破煤过程中应力波传播规律及有效的破煤范围,建立了高压磨料气体射流破煤的应力波控制方程及判断煤体破坏的能量准则。提出了求解应力波传播模型及能量准则的边界和初始条件,并采用实验和数值模拟方法测定了不同射流条件下,边界、初始条件和能量准则中的相关参数。基于测定参数,数值求解了应力波传播方程及煤体破坏的能量准则,同时采用DIC试验验证了煤体应变场分布规律及应力波破煤范围。本文的研究成果如下:(1)基于多孔介质理论,建立了高压磨料气体射流破煤的球面应力波方程。该方程同时考虑了气体/磨料粒子的冲击特性对应力波传播规律的影响,可用于研究纯气体射流或磨料气体射流破煤过程中的应力波效应。基于断裂力学,建立了高压磨料气体射流破煤的临界能量准则。该准则考虑了射流冲击参数对煤体破坏的临界能量密度影响,可用于研究不同射流条件下煤体的破坏过程。依据高压磨料气体射流冲击煤体特征,提出了求解应力波传播模型及能量准则的边界和初始条件。(2)采用试验和数值模拟测定了不同射流压力、射流靶距下,边界和初始条件中的相关参数。参数包括有气体/磨料粒子冲击频率、冲击半径、射流入射能量、煤体能耗密度、煤体破碎后的碎块直径。采用I-scan和振动传感器分别测定气体射流与磨料粒子的冲击频率,得出气体/磨料的冲击频率仅决定于射流压力。采用FLUENT计算了磨料射流的冲击半径及入射能量,得出磨料射流的冲击半径与射流靶距呈线性关系,磨料射流的单次入射能量与射流靶距呈二次函数关系,与射流压力呈一次函数关系。采用SHPB等效研究了煤体参数,得出随应变率增加,煤体破坏能耗密度增加。煤体破碎后的碎块平均直径与煤样的应变率呈一次函数关系。(3)基于测试参数,数值计算了气体和磨料粒子两个冲击频率下应力波的传播规律。得出磨料粒子冲击煤体产生的应力波携带能量高,衰减系数大,传播距离短,在应力波破煤中起主要作用。随传播距离增大,应力波弥散现象严重。煤样的离散性会造成煤样破坏后的形态不同。