針對煤礦井下碎軟煤層瓦斯抽采中風(fēng)壓空氣鉆進(jìn)施工中排粉能力有限,易造成粉塵污染問題,提出采用煤礦井下泡沫灌注系統(tǒng)及寬翼螺旋鉆桿進(jìn)行高效泡沫鉆進(jìn)的技術(shù)方案。通過對鉆孔環(huán)空間隙流場的數(shù)值模擬,研究寬翼螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)對泡沫鉆進(jìn)高效排粉的影響,確定頭數(shù)3、槽寬26 mm、螺距110 mm為寬翼螺旋鉆桿的優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)。在淮北某礦3204工作面碎軟煤層中進(jìn)行了深度達(dá)195 m的本煤層鉆孔試驗(yàn),結(jié)果表明,相對于中風(fēng)壓空氣鉆進(jìn)工藝,鉆進(jìn)回轉(zhuǎn)阻力降低了42%～48%,表現(xiàn)出高效的排粉效果,可提高煤礦井下碎軟煤層鉆孔深度和成孔率。該工藝可為類似煤礦井下深鉆孔施工提供借鑒。 

【文章來源】：煤田地質(zhì)與勘探. 2020,48(02)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

圖３環(huán)空間隙數(shù)值模型??Ｆｉｇ．３?ＣＦＤ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｂｏｒｅｈｏｌｅ?ａｎｎｕｌｕｓ??

圖４??可知，當(dāng)螺旋槽的槽深、槽寬、螺距及轉(zhuǎn)速一定時，??單頭螺旋槽環(huán)空底部顆粒沉積現(xiàn)象嚴(yán)重，隨著頭數(shù)??的增加，環(huán)空上部風(fēng)速逐漸降低，而環(huán)空下部的風(fēng)??速逐漸增加，環(huán)空底部顆粒沉積現(xiàn)象明顯改善。由??此可見，增加螺旋槽的頭數(shù)能提高寬翼螺旋鉆桿攪??粉能力，頭數(shù)越多，環(huán)空底部空氣速度越大，顆粒??的輸送效果越好。??２．２槽寬??當(dāng)頭數(shù)槽深Ｊ＝５?ｍｍ、螺距ｉ＝９０?ｍｍ時，??槽寬５分另丨Ｊ選�。保�?ｍｍ、２２?ｍｍ、２６?ｍｍ進(jìn)行計算，??分析排粉效率隨槽寬的變化趨勢（圖５），確定槽寬５。??由圖５可知，當(dāng)螺旋槽頭數(shù)、槽深、螺距及轉(zhuǎn)速??一定時，槽寬越窄，環(huán)空底部顆粒沉積現(xiàn)象越嚴(yán)??重；隨著槽寬的增加，環(huán)空底部的風(fēng)速逐漸增加，??環(huán)空底部顆粒沉積現(xiàn)象明顯改善。由此可見，增??加螺旋槽槽寬能提高寬翼螺旋鉆桿攪粉能力，槽??寬越大，環(huán)空底部空氣速度越大，顆粒的輸送效??果越好。??２．３螺距??當(dāng)頭數(shù)ｉＶ＝３、槽深Ｊ＝５?ｍｍ、槽寬５＝２２?ｍｍ時，??螺距分別選取?７０?ｍｍ、９０?ｍｍ、１１０?ｍｍ、１５０?ｍｍ??進(jìn)行計算，分析排粉效率隨螺距的變化趨勢（圖６），??確定螺距ｉ。當(dāng)螺旋槽頭數(shù)、槽寬、槽深以及轉(zhuǎn)速??一定時，對不同螺距的速度場及顆粒分布進(jìn)行模擬??得出（圖６）：隨著螺距從７０?ｍｍ增加到１１０?ｍｍ，??環(huán)空上部風(fēng)速逐漸降低，而環(huán)空底部風(fēng)速逐漸增??加，環(huán)空底部顆粒沉積現(xiàn)象逐漸改善；當(dāng)螺距達(dá)??到１５０?ｍｍ時，環(huán)空底部風(fēng)速降低，顆粒在環(huán)空底部??ａｊｇ／（ｍ－ｓ?＇）?〇?５?１０?１５?２０?２５?３０?３５??速度／（ｍ＿ｓ】）〇??１０?１５?２０?２５?３０?３５??

？?２８?？??煤田地質(zhì)與勘探??第４８卷??Ｌ＝７０ｍｍ??——ＴＴｒｒｍｒ：—Ｌ??速度／（ｍ．ｓｌｏ?５?１０?１５??２０?２５?３０?３５??Ｌ＝１１０ｒ??速度／（ｍ．ｓ?１）?〇??１０?１５?２０?２５?３０?３５??Ｌ＝１５０ｍｍ??速度／（ｍ．ｓ?１）?〇??３＿ＵＪＪＪａｉ？＾＾ＨＤＵＺｕＴｒＣ＾＾＊??１０?１５?２０?２５?３０?３５??Ｌ＝７０ｉ??（ａ）速度場??Ｌ＝＼?１０?ｍｍ??（ｂ）顆粒分布??圖６不同螺距的速度場及顆粒分布??Ｆｉｇ．６?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｆｉｅｌｄ?ａｎｄ?ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ａｔ??ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｒｉｌｌ?ｐｉｔｃｈｅｓ??沉積嚴(yán)重。由此可見，增加螺旋槽螺距在一定范圍內(nèi)??能提高寬翼螺旋鉆桿攪粉能力，螺距越大，環(huán)空底部??空氣速度越大，顆粒的輸送效果越好，但超過一定的??臨界值后，寬翼螺旋鉆桿攪粉能力反而下降。??根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，獲得影響排粉效果的寬翼??螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)參數(shù)，綜合考慮加工難度，采用＃＝３、??Ｓ＝２６?ｍｍ、ｉ＝１１０?ｍｍ作為寬翼螺旋鉆桿的結(jié)構(gòu)參??數(shù)，經(jīng)過數(shù)控銑床的整體銑削、鉆桿與接頭摩擦焊??接等工序，生產(chǎn)出適合于泡沫鉆進(jìn)高效排粉的專用??寬翼螺旋鉆桿。??３現(xiàn)場試驗(yàn)??為驗(yàn)證泡沫鉆進(jìn)工藝及寬翼螺旋鉆桿高效排粉??能力，通過開展現(xiàn)場鉆進(jìn)試驗(yàn)，分別對中風(fēng)壓空氣??鉆進(jìn)工藝和泡沫鉆進(jìn)工藝進(jìn)行對比。試驗(yàn)采用??ＺＤＹ３２００Ｓ?型鉆機(jī)、ＭＬＧＦ１７Ａ２．５－１３２Ｇ?型空壓機(jī)、??３ＢＺ－２０／１８型泡沫液注入泵、泡沫灌注系統(tǒng)、寬翼??螺旋鉆桿及復(fù)合片鉆頭等裝備，采用５％＞Ｋ１２和?

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3067882