煤层卸压增透是提高瓦斯抽放率,减小瓦斯灾害事故的有效手段。现阶段煤矿多采用水力化措施进行卸压增透,但水对瓦斯的运移及解吸有消极影响,并且水力化措施的工作环境相对恶劣,给矿井人员带来健康隐患。针对该问题,本文提出采用磨料气体射流破煤进行卸压增透,对于现有的磨料气体射流多采用亚音速喷嘴,喷嘴出口速度最大为声速,不能达到超声速,不利于冲蚀破煤。为了使气流速度达到超声速,必须使用缩放型喷嘴。喷嘴结构是影响射流速度的重要因素,为提高磨料气体射流破煤冲蚀的效果,优化适用于煤矿井下钻孔内破煤增透的喷嘴结构十分必要。基于缩放型喷嘴,本文利用空气动力学及流体的连续性方程分析了喷嘴出口速度,验证了理论公式的正确性,设计了不同马赫数的喷嘴,并通过数值模拟验证了设计喷嘴结构与理论公式之间的关系。采用离散相模型模拟了不同喷嘴参数喷嘴内流场结构,优化了适用于冲蚀破煤的压力。在此基础上,优化喷嘴的结构参数,实验验证了优化喷嘴的冲蚀效果。本文的研究成果如下:(1)研究了缩放型喷嘴关键参数对于气流加速的作用及气体在喷嘴内状态变化;确定了缩放型喷嘴出口速度与喷嘴结构之间,包括收敛角,收缩比,扩张角,喉管长径比及喉管直径等的关系;结合理论分析,设计了四种不同出口马赫数的喷嘴结构,通过理论分析及数值模拟验证了设计喷嘴与理论分析的相关性。(2)数值模拟了不同出口速度的缩放型喷嘴在不同压力条件下的远场区域的流场结构,分析流场结构的发展规律;利用离散相模型分析了磨料气体射流对靶体的冲蚀率,优选出合适的喷嘴型号及破煤实验条件:在靶距100mm,磨料为80目石榴石,磨料质量流量10g/s,冲蚀时间15s时,入口压力25MPa,出口速度为三马赫的喷嘴冲蚀效果最好。(3)采用单一变量法对三马赫喷嘴在入口压力为25MPa时的不同收敛角,收缩比,扩张角,长径比进行结构参数的优化,得到了冲蚀效果最好的喷嘴结构参数。模拟结果表明:入口直径4mm,收敛角为53°,喷嘴收缩比为2,扩张角为10°,喉管长径比为3,此结构为最优破煤喷嘴结构。(4)选取四种模拟结果最好的结构参数进行喷嘴加工,利用磨料气体射流破煤实验系统对四种喷嘴结构进行冲蚀效果验证,实验结果表明,模拟出的喷嘴结构为最优结构,其冲蚀深度为47.29mm,冲蚀体积为14.89cm~3。