高压水射流切割技术在矿井中的应用

高压磨料水射流加工技术无切削热变形产生，可以切割任何材料，具有切割方向的高柔性和很小的切削力等优点，也被称为冷切割。
 
高压磨料水射流是将磨料在高压输水管路中混合均匀，形成磨料与水相混合的固液两相流，再经喷嘴喷出。磨料射流系统中的磨料罐处于泵压作用下，必须是一个能承受一定压力的容器。高压水与磨料在磨料罐内初步混合，使磨料处于似流体的流化状态，然后在高压输送管的混合室内流化磨料与水混合，最后经磨料喷嘴加速过程使磨料获得更大的动能而喷射形成固液两相介质射流。高压磨料水射流采用石英砂作为磨料，切割20 mm厚的钢板所需压力仅为300～400 bar。其工作原理如下图：

通风管路风压力源驱动的高压前混合磨料水射流切割装置便于在井下移动，不需要电源，解决了井下用电安全问题，杜绝了使用电器带来的失爆问题，并且工作时压力较低，只需要200～400 bar。适合在易燃易爆环境下切割金属。

利用高压磨料水射流的切割特性及安全特性，可用于切割井下不同材料及不同厚度的金属；其切割效果主要是通过改变射流压力、靶距及喷嘴直径来实现，我们选用的是采用射流压力为350 bar，喷嘴直径为0.8 mm参数条件下进行的切割工字钢及切割高压钢丝胶管试验。试验结果表明，非接触式红外辐射温度计检测到偶尔出现的火花温度在40～89 ℃，火花持续时间＜0.01 s，在任何瓦斯浓度的条件下，高压水射流安全切割装置在切割时都不会发生爆炸现象，虽然在切割过程中偶尔会出现火花，但由于其温度很低，远远低于瓦斯爆炸最小着火温度，火花持续的时间也远小于瓦斯着火的感应期。切割时产生的火花不足以点燃瓦斯，因此是安全的，可以在煤矿井下进行切割作业。

近年来煤矿的机械化程度逐渐提高，矿井的质量标准化水平也随之更高，高瓦斯及双突矿井限制井下使用明火及切割金属；给井下的管路拆除、铺设钢轨、切除锚杆、切割钢丝绳、高压胶管及金属等带来了难题，高压磨料水射流冷切割加工技术的应用大大提高了矿井的劳动生产力，促进了机械化水平的提高，更好地保障了矿井的安全生产。