本文關(guān)鍵詞：一種井下瓦斯抽采修孔機的設計與分析

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【摘要】：由于技術(shù)和管理等方面的原因,煤層氣作為一種高熱值的清潔能源,卻演變成煤層瓦斯,成為威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要危險源之一。在煤炭產(chǎn)能過剩、需求放緩的新形勢下,做好瓦斯抽采工作是實現(xiàn)節(jié)能減排、安全生產(chǎn)的迫切需求。有效地抽采煤層中的瓦斯是減少礦井瓦斯事故最直接有效的途徑,而我國多數(shù)煤層屬于高瓦斯低滲透煤層,在打鉆抽采孔的過程中和成孔提鉆后,受煤層地應力、松軟易碎以及泥巖水化膨脹等綜合影響,導致瓦斯抽采孔塌陷堵塞,最終大幅降低瓦斯抽采率。為實現(xiàn)疏通抽采孔以提升瓦斯抽采效果,本文利用水射流的能量、連續(xù)油管作業(yè)機的工作原理,改進設計了瓦斯抽采修孔機以疏通抽采孔,并對關(guān)鍵部件噴嘴開展了噴射水射流破煤的模擬研究,可充分實現(xiàn)安全、環(huán)保與能源利用三重意義。本文首先對高壓水射流破煤疏孔系統(tǒng)進行了參數(shù)分析與研究,基于球形空腔膨脹理論和水射流基本理論,確定了高壓水沖擊破碎煤體的最小動壓力,并進一步分析計算了水射流系統(tǒng)的壓力和流量參數(shù),分別為40MPa和200L/min。高壓水泵入一小直徑的鋼管,并經(jīng)噴嘴高速射出以實現(xiàn)破煤疏孔的目的。借鑒連續(xù)油管作業(yè)機的工作原理,利用滾筒旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩和注入器產(chǎn)生的牽引力分別實現(xiàn)鋼管的纏繞收管和拉直放管的動作。理論分析并計算了瓦斯抽采修孔機工作時的受力大小,纏繞回收管所需力大約為20k N,拉直推進管所需力大約為10k N,回收與推入鋼管所需力近似為2:1。在此基礎(chǔ)上開展了修孔機三維建模與分析,設計能達到工作要求。水射流系統(tǒng)管路較長,對系統(tǒng)壓力損失值開展了理論計算和數(shù)值模擬互相驗證的研究,兩者差異較小,系統(tǒng)壓力損失最大值約占額定泵壓的40%。針對疏孔作業(yè)的關(guān)鍵部件噴嘴進行改進,設計了三種噴嘴,數(shù)值模擬得出了葉輪式旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴具有較小的噴嘴壓力損失和較大的動壓力,從而可替代原始噴嘴,大幅提高破煤疏孔的作業(yè)效率。
【關(guān)鍵詞】：高壓水射流 抽采孔修復 設計與分析 噴嘴 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：重慶科技學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TD712.63
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 引言10-16
• 1.1 研究背景與意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 抽采孔防堵工藝現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 水射流在煤礦開采中的應用12-13
• 1.2.3 連續(xù)油管在井下的應用13-14
• 1.3 研究內(nèi)容及方法14-16
• 1.3.1 研究內(nèi)容14-15
• 1.3.2 研究方法15-16
• 2 系統(tǒng)初步設計及主要參數(shù)確定16-35
• 2.1 系統(tǒng)初步設計16-17
• 2.1.1 系統(tǒng)設計原則16
• 2.1.2 水射流系統(tǒng)設計16-17
• 2.2 水射流系統(tǒng)主要參數(shù)的確定17-25
• 2.2.1 主要參數(shù)的重要性與選取17-18
• 2.2.2 水射流參數(shù)的確定18-25
• 2.3 修孔機彎曲與拉直鋼管分析25-34
• 2.3.1 鋼管彎曲過程分析26-31
• 2.3.2 鋼管拉直過程分析31-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 3 修孔機三維建模與分析35-47
• 3.1 注入器設計35-40
• 3.2 滾筒及其附屬結(jié)構(gòu)的設計40-43
• 3.3 行走與支撐機構(gòu)設計43-44
• 3.4 整機裝配與分析44-45
• 3.5 本章小結(jié)45-47
• 4 流場分析及噴嘴優(yōu)化47-71
• 4.1 螺旋管段壓力損失模擬47-56
• 4.1.1 Fluent簡介47-49
• 4.1.2 幾何模型建立及網(wǎng)格劃分49-51
• 4.1.3 鋼管螺旋管段的壓力損失模擬研究51-56
• 4.2 噴嘴結(jié)構(gòu)設計56-61
• 4.2.1 擴散型噴嘴57-58
• 4.2.2 三維旋轉(zhuǎn)射流噴嘴58-61
• 4.3 噴嘴流場數(shù)值模擬與分析61-70
• 4.3.1 流場幾何模型建立與網(wǎng)格劃分61-63
• 4.3.2 計算設置與模擬結(jié)果分析63-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 5 結(jié)論與展望71-72
• 5.1 結(jié)論71
• 5.2 展望71-72
• 參考文獻72-75
• 致謝75-76
• 附錄A: 修孔機76-79
• 附錄B: 注入器總裝79-81
• 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論著及取得的科研成果81

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李艷增;;三維旋轉(zhuǎn)水射流擴孔增透技術(shù)裝備及應用[J];煤礦安全;2015年11期

2 曹建明;宋斌;劉發(fā)義;金新;王建彬;侯紅;;松軟煤層瓦斯抽采孔PVC管護壁技術(shù)應用研究[J];探礦工程(巖土鉆掘工程);2014年07期

3 高中寧;李艷增;王耀鋒;謝正紅;;高壓旋轉(zhuǎn)射流在順層鉆孔強化抽采中的應用研究[J];煤炭技術(shù);2014年07期

4 蘇現(xiàn)波;劉曉;馬保安;裴剛;馮文軍;;瓦斯抽采鉆孔修復增透技術(shù)與裝備[J];煤炭科學技術(shù);2014年06期

5 陳功勝;高艷忠;;松軟煤層瓦斯抽采鉆孔不提鉆下入篩管技術(shù)[J];遼寧工程技術(shù)大學學報(自然科學版);2014年05期

6 梁欽;高貴軍;劉邱祖;;基于CFD的噴嘴輪廓對噴嘴能量損失影響分析[J];礦山機械;2014年03期

7 穆朝民;吳陽陽;;高壓水射流沖擊下煤體破碎強度的確定[J];應用力學學報;2013年03期

8 張海慶;;本煤層雙套管高效瓦斯抽采技術(shù)及應用[J];煤炭科學技術(shù);2013年04期

9 王耀鋒;;三維旋轉(zhuǎn)水射流擴孔與壓裂增透技術(shù)工藝參數(shù)研究[J];煤礦安全;2012年07期

10 施志輝;范佳;許立;劉元偉;;連續(xù)油管在滾筒上纏繞的力學研究[J];大連交通大學學報;2011年05期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 姜文忠;低滲透煤層高壓旋轉(zhuǎn)水射流割縫增透技術(shù)及應用研究[D];中國礦業(yè)大學;2009年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 沈娟;高壓水射流噴嘴的設計及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D];蘇州大學;2014年

2 范迎春;水力沖孔強化瓦斯預抽區(qū)域防突技術(shù)研究[D];河南理工大學;2012年

3 張寶珍;針型噴嘴結(jié)構(gòu)對射流特性影響的實驗研究[D];天津科技大學;2003年

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本文編號：794785