本文選題：負(fù)壓鉆進(jìn)　切入點(diǎn)：氣力輸送　出處：《河南理工大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：瓦斯預(yù)抽鉆孔是瓦斯治理的有效措施,但是在松軟煤層鉆孔施工困難,采用傳統(tǒng)的水力排渣,容易造成鉆孔垮塌,中斷鉆進(jìn)過程,無法實(shí)現(xiàn)鉆孔的設(shè)計(jì)要求,達(dá)不到瓦斯抽采的需要。采用壓風(fēng)排渣,若風(fēng)壓大,排出粉塵大,特別是瓦斯嚴(yán)重的區(qū)域常發(fā)生噴孔,造成瓦斯超限,甚至?xí)T導(dǎo)突出,同時(shí)出現(xiàn)粉塵過大,污染環(huán)境,影響工人的健康;若風(fēng)壓小,卡鉆、堵孔現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,并且容易造成卡鉆桿、折斷等事故,也會(huì)造成無法實(shí)現(xiàn)鉆孔的設(shè)計(jì)要求。松軟煤層鉆進(jìn)問題成為瓦斯防治的關(guān)鍵問題,也是實(shí)現(xiàn)瓦斯防治的前提條件。針對松軟煤層的特點(diǎn),以松軟煤層鉆進(jìn)過程為研究對象,研究煤層、鉆具、排渣動(dòng)力等要素,提出采用獨(dú)立負(fù)壓系統(tǒng)為動(dòng)力,鉆桿內(nèi)排渣的方式進(jìn)行打鉆,主要目的是在工程上解決松軟煤層鉆進(jìn)過程中的噴孔、卡鉆、瓦斯超限和煤塵問題,在理論上研究鉆屑在鉆桿內(nèi)的運(yùn)移規(guī)律、特性,為負(fù)壓排渣提供理論基礎(chǔ)。運(yùn)用負(fù)壓氣體輸送理論、氣固兩相流理論、CFD數(shù)值模擬、現(xiàn)場試驗(yàn)等手段對負(fù)壓鉆進(jìn)過程中的風(fēng)速、壓力損失、孔徑、輸送能力、輸送距離等基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn),鉆桿管徑的大小對顆粒的輸送性能有很大的影響;找到了輸送能力與輸送壓力、固體速度、氣體速度、滑移速度、固氣比、空隙率等流動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系,回歸出關(guān)系式。考察了輸送能力與是輸送距離、鉆桿傾角之間的關(guān)系。在對流動(dòng)特性理論分析的基礎(chǔ)上,得出了影響濃相氣力輸送阻力特性的各因素,同時(shí)探討了濃相氣力輸送的機(jī)理。得出了精度較高的水平、垂直管道的阻力特性公式,得出了考慮鉆桿旋轉(zhuǎn)情況的阻力公式。研制了負(fù)壓鉆進(jìn)系統(tǒng)、專用鉆頭和專用鉆桿、集塵箱。利用研制的新型鉆進(jìn)系統(tǒng),鉆進(jìn)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)煤塵、瓦斯在封閉的系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)移,實(shí)現(xiàn)無塵無瓦斯鉆進(jìn)。針對試驗(yàn)礦井施工地點(diǎn)煤層地質(zhì)條件和鉆孔施工工藝參數(shù),制定了操作工藝和規(guī)范。應(yīng)用研究結(jié)論為指導(dǎo)而研發(fā)的設(shè)備,經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用,取得較好的效果,有效的解決了松軟煤層鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的問題,實(shí)現(xiàn)了研究的目的,為松軟煤層鉆進(jìn)提供了一項(xiàng)新的方法和設(shè)備。
[Abstract]:Gas pre-drainage drilling is an effective measure for gas control, but it is difficult to drill holes in soft coal seams, and the traditional hydraulic slag drainage can easily cause borehole collapse, interrupt the drilling process, and can not meet the design requirements of boreholes. If the pressure air drains slag, if the wind pressure is high, the dust will be large, especially in the serious area of gas, the gas will exceed the limit, even induce outburst, at the same time, the dust will be too big and the environment will be polluted. If the wind pressure is small, the phenomenon of drilling and blocking holes occur frequently, and it is easy to cause accidents such as drill pipe jam and breakage, which will lead to the failure to meet the design requirements of drilling holes. The key problem of gas prevention and control is drilling in soft coal seams, and the problem of drilling in soft coal seams becomes a key problem in gas prevention and control. According to the characteristics of soft coal seam, the drilling process of soft coal seam is taken as the research object, and the factors such as coal seam, drilling tool and slag discharging power are studied, and the independent negative pressure system is put forward as the power. The main purpose of drilling is to solve the problems of jetting hole, sticking, gas exceeding limit and coal dust in the drilling process of soft coal seam in engineering. In theory, the migration law and characteristics of drilling debris in drill pipe are studied. Using the theory of negative pressure gas transportation, gas-solid two-phase flow theory, CFD numerical simulation, field test and other means to negative pressure drilling process of wind speed, pressure loss, pore size, transport capacity, The basic parameters such as transportation distance were studied. It was found that the diameter of drill pipe had a great influence on the conveying performance of particles, and the transportation capacity and conveying pressure, solid velocity, gas velocity, slip velocity, solid-gas ratio were found. The relationship between flow parameters, such as porosity, and so on, is regressed. The relationship between conveying capacity, conveying distance and drill pipe inclination is investigated. On the basis of theoretical analysis of flow characteristics, The factors affecting the resistance characteristics of dense phase pneumatic conveying are obtained, and the mechanism of dense phase pneumatic conveying is discussed. The formulas of resistance characteristics of horizontal and vertical pipelines with high accuracy are obtained. The resistance formula considering the rotary condition of drill pipe is obtained. A negative pressure drilling system, a special drill bit and a special drill pipe, a dust collecting box are developed. By using the developed new drilling system, coal dust and gas can be transported in a closed system. According to the geological conditions of coal seam in the construction site of test mine and the technological parameters of borehole construction, the operation technology and standard are established. The equipment developed under the guidance of the research conclusion is applied in the field. It has achieved better results, effectively solved the problems in the process of soft coal seam drilling, realized the purpose of research, and provided a new method and equipment for soft coal seam drilling.
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD712.6

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本文編號：1608226