煤矿井下碎软煤层泡沫钻进技术及应用
发布时间：2021-03-06 21:55
针对煤矿井下碎软煤层瓦斯抽采中风压空气钻进施工中排粉能力有限,易造成粉尘污染问题,提出采用煤矿井下泡沫灌注系统及宽翼螺旋钻杆进行高效泡沫钻进的技术方案。通过对钻孔环空间隙流场的数值模拟,研究宽翼螺旋钻杆结构对泡沫钻进高效排粉的影响,确定头数3、槽宽26 mm、螺距110 mm为宽翼螺旋钻杆的优化结构参数。在淮北某矿3204工作面碎软煤层中进行了深度达195 m的本煤层钻孔试验,结果表明,相对于中风压空气钻进工艺,钻进回转阻力降低了42%～48%,表现出高效的排粉效果,可提高煤矿井下碎软煤层钻孔深度和成孔率。该工艺可为类似煤矿井下深钻孔施工提供借鉴。
【文章来源】：煤田地质与勘探. 2020,48(02)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图３环空间隙数值模型??Ｆｉｇ．３?ＣＦＤ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｂｏｒｅｈｏｌｅ?ａｎｎｕｌｕｓ??
图４??可知，当螺旋槽的槽深、槽宽、螺距及转速一定时，??单头螺旋槽环空底部颗粒沉积现象严重，随着头数??的增加，环空上部风速逐渐降低，而环空下部的风??速逐渐增加，环空底部颗粒沉积现象明显改善。由??此可见，增加螺旋槽的头数能提高宽翼螺旋钻杆搅??粉能力，头数越多，环空底部空气速度越大，颗粒??的输送效果越好。??２．２槽宽??当头数槽深Ｊ＝５?ｍｍ、螺距ｉ＝９０?ｍｍ时，??槽宽５分另丨Ｊ选取１８?ｍｍ、２２?ｍｍ、２６?ｍｍ进行计算，??分析排粉效率随槽宽的变化趋势（图５），确定槽宽５。??由图５可知，当螺旋槽头数、槽深、螺距及转速??一定时，槽宽越窄，环空底部颗粒沉积现象越严??重；随着槽宽的增加，环空底部的风速逐渐增加，??环空底部颗粒沉积现象明显改善。由此可见，增??加螺旋槽槽宽能提高宽翼螺旋钻杆搅粉能力，槽??宽越大，环空底部空气速度越大，颗粒的输送效??果越好。??２．３螺距??当头数ｉＶ＝３、槽深Ｊ＝５?ｍｍ、槽宽５＝２２?ｍｍ时，??螺距分别选取?７０?ｍｍ、９０?ｍｍ、１１０?ｍｍ、１５０?ｍｍ??进行计算，分析排粉效率随螺距的变化趋势（图６），??确定螺距ｉ。当螺旋槽头数、槽宽、槽深以及转速??一定时，对不同螺距的速度场及颗粒分布进行模拟??得出（图６）：随着螺距从７０?ｍｍ增加到１１０?ｍｍ，??环空上部风速逐渐降低，而环空底部风速逐渐增??加，环空底部颗粒沉积现象逐渐改善；当螺距达??到１５０?ｍｍ时，环空底部风速降低，颗粒在环空底部??ａｊｇ／（ｍ－ｓ?＇）?〇?５?１０?１５?２０?２５?３０?３５??速度／（ｍ＿ｓ】）〇??１０?１５?２０?２５?３０?３５??
？?２８?？??煤田地质与勘探??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）速度场??Ｌ＝＼?１０?ｍｍ??（ｂ）颗粒分布??图６不同螺距的速度场及颗粒分布??Ｆｉｇ．６?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｆｉｅｌｄ?ａｎｄ?ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ａｔ??ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｒｉｌｌ?ｐｉｔｃｈｅｓ??沉积严重。由此可见，增加螺旋槽螺距在一定范围内??能提高宽翼螺旋钻杆搅粉能力，螺距越大，环空底部??空气速度越大，颗粒的输送效果越好，但超过一定的??临界值后，宽翼螺旋钻杆搅粉能力反而下降。??根据数值模拟结果，获得影响排粉效果的宽翼??螺旋钻杆结构参数，综合考虑加工难度，采用＃＝３、??Ｓ＝２６?ｍｍ、ｉ＝１１０?ｍｍ作为宽翼螺旋钻杆的结构参??数，经过数控铣床的整体铣削、钻杆与接头摩擦焊??接等工序，生产出适合于泡沫钻进高效排粉的专用??宽翼螺旋钻杆。??３现场试验??为验证泡沫钻进工艺及宽翼螺旋钻杆高效排粉??能力，通过开展现场钻进试验，分别对中风压空气??钻进工艺和泡沫钻进工艺进行对比。试验采用??ＺＤＹ３２００Ｓ?型钻机、ＭＬＧＦ１７Ａ２．５－１３２Ｇ?型空压机、??３ＢＺ－２０／１８型泡沫液注入泵、泡沫灌注系统、宽翼??螺旋钻杆及复合片钻头等装备，采用５％＞Ｋ１２和?
【参考文献】：
期刊论文
[1]松软破碎煤体瓦斯抽采钻场预加固技术研究与应用[J]. 张镇,孙永新,付玉凯,王涛. 煤炭工程. 2019(08)
[2]高瓦斯矿井综放工作面瓦斯综合治理技术研究[J]. 汪有刚. 煤炭工程. 2018(10)
[3]松软突出煤层瓦斯抽采钻孔施工技术及发展趋势[J]. 方俊,李泉新,许超,刘建林. 煤炭科学技术. 2018(05)
[4]富含FeS2结核松软突出煤层高效成孔技术与装备[J]. 董昌乐,吴智峰. 煤田地质与勘探. 2018(01)
[5]韩城桑树坪二号井松软煤层钻进技术研究与实践[J]. 刘新民,王力,王建利,黄寒静,宋朝晖,王建强. 煤田地质与勘探. 2017(03)
[6]整体式螺旋钻杆的研制及应用[J]. 董昌乐,董萌萌,赵建国,范运林. 煤田地质与勘探. 2016(05)
[7]煤矿区钻探技术装备新进展与展望[J]. 石智军,李泉新. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2016(10)
[8]国内外冲洗液技术研究与应用进展[J]. 熊正强,陶士先,李艳宁,蒋睿. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2016(05)
[9]松软煤层井下泡沫钻进工艺试验[J]. 刘勇,殷新胜,刘建林. 煤田地质与勘探. 2014(06)
[10]松软煤层中风压空气钻进技术与装备[J]. 殷新胜,刘建林,冀前辉. 煤矿安全. 2012(07)
博士论文
[1]泡沫及泡沫钻进技术的理论与实践[D]. 陈礼仪.成都理工大学 2004
硕士论文
[1]“三软”煤层采面瓦斯综合抽放技术研究[D]. 江巍巍.河南理工大学 2012
本文编号：3067882
【文章来源】：煤田地质与勘探. 2020,48(02)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图３环空间隙数值模型??Ｆｉｇ．３?ＣＦＤ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｂｏｒｅｈｏｌｅ?ａｎｎｕｌｕｓ??
图４??可知，当螺旋槽的槽深、槽宽、螺距及转速一定时，??单头螺旋槽环空底部颗粒沉积现象严重，随着头数??的增加，环空上部风速逐渐降低，而环空下部的风??速逐渐增加，环空底部颗粒沉积现象明显改善。由??此可见，增加螺旋槽的头数能提高宽翼螺旋钻杆搅??粉能力，头数越多，环空底部空气速度越大，颗粒??的输送效果越好。??２．２槽宽??当头数槽深Ｊ＝５?ｍｍ、螺距ｉ＝９０?ｍｍ时，??槽宽５分另丨Ｊ选取１８?ｍｍ、２２?ｍｍ、２６?ｍｍ进行计算，??分析排粉效率随槽宽的变化趋势（图５），确定槽宽５。??由图５可知，当螺旋槽头数、槽深、螺距及转速??一定时，槽宽越窄，环空底部颗粒沉积现象越严??重；随着槽宽的增加，环空底部的风速逐渐增加，??环空底部颗粒沉积现象明显改善。由此可见，增??加螺旋槽槽宽能提高宽翼螺旋钻杆搅粉能力，槽??宽越大，环空底部空气速度越大，颗粒的输送效??果越好。??２．３螺距??当头数ｉＶ＝３、槽深Ｊ＝５?ｍｍ、槽宽５＝２２?ｍｍ时，??螺距分别选取?７０?ｍｍ、９０?ｍｍ、１１０?ｍｍ、１５０?ｍｍ??进行计算，分析排粉效率随螺距的变化趋势（图６），??确定螺距ｉ。当螺旋槽头数、槽宽、槽深以及转速??一定时，对不同螺距的速度场及颗粒分布进行模拟??得出（图６）：随着螺距从７０?ｍｍ增加到１１０?ｍｍ，??环空上部风速逐渐降低，而环空底部风速逐渐增??加，环空底部颗粒沉积现象逐渐改善；当螺距达??到１５０?ｍｍ时，环空底部风速降低，颗粒在环空底部??ａｊｇ／（ｍ－ｓ?＇）?〇?５?１０?１５?２０?２５?３０?３５??速度／（ｍ＿ｓ】）〇??１０?１５?２０?２５?３０?３５??
？?２８?？??煤田地质与勘探??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）速度场??Ｌ＝＼?１０?ｍｍ??（ｂ）颗粒分布??图６不同螺距的速度场及颗粒分布??Ｆｉｇ．６?Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｆｉｅｌｄ?ａｎｄ?ｐａｒｔｉｃｌｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ａｔ??ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｄｒｉｌｌ?ｐｉｔｃｈｅｓ??沉积严重。由此可见，增加螺旋槽螺距在一定范围内??能提高宽翼螺旋钻杆搅粉能力，螺距越大，环空底部??空气速度越大，颗粒的输送效果越好，但超过一定的??临界值后，宽翼螺旋钻杆搅粉能力反而下降。??根据数值模拟结果，获得影响排粉效果的宽翼??螺旋钻杆结构参数，综合考虑加工难度，采用＃＝３、??Ｓ＝２６?ｍｍ、ｉ＝１１０?ｍｍ作为宽翼螺旋钻杆的结构参??数，经过数控铣床的整体铣削、钻杆与接头摩擦焊??接等工序，生产出适合于泡沫钻进高效排粉的专用??宽翼螺旋钻杆。??３现场试验??为验证泡沫钻进工艺及宽翼螺旋钻杆高效排粉??能力，通过开展现场钻进试验，分别对中风压空气??钻进工艺和泡沫钻进工艺进行对比。试验采用??ＺＤＹ３２００Ｓ?型钻机、ＭＬＧＦ１７Ａ２．５－１３２Ｇ?型空压机、??３ＢＺ－２０／１８型泡沫液注入泵、泡沫灌注系统、宽翼??螺旋钻杆及复合片钻头等装备，采用５％＞Ｋ１２和?
【参考文献】：
期刊论文
[1]松软破碎煤体瓦斯抽采钻场预加固技术研究与应用[J]. 张镇,孙永新,付玉凯,王涛. 煤炭工程. 2019(08)
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[3]松软突出煤层瓦斯抽采钻孔施工技术及发展趋势[J]. 方俊,李泉新,许超,刘建林. 煤炭科学技术. 2018(05)
[4]富含FeS2结核松软突出煤层高效成孔技术与装备[J]. 董昌乐,吴智峰. 煤田地质与勘探. 2018(01)
[5]韩城桑树坪二号井松软煤层钻进技术研究与实践[J]. 刘新民,王力,王建利,黄寒静,宋朝晖,王建强. 煤田地质与勘探. 2017(03)
[6]整体式螺旋钻杆的研制及应用[J]. 董昌乐,董萌萌,赵建国,范运林. 煤田地质与勘探. 2016(05)
[7]煤矿区钻探技术装备新进展与展望[J]. 石智军,李泉新. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2016(10)
[8]国内外冲洗液技术研究与应用进展[J]. 熊正强,陶士先,李艳宁,蒋睿. 探矿工程(岩土钻掘工程). 2016(05)
[9]松软煤层井下泡沫钻进工艺试验[J]. 刘勇,殷新胜,刘建林. 煤田地质与勘探. 2014(06)
[10]松软煤层中风压空气钻进技术与装备[J]. 殷新胜,刘建林,冀前辉. 煤矿安全. 2012(07)
博士论文
[1]泡沫及泡沫钻进技术的理论与实践[D]. 陈礼仪.成都理工大学 2004
硕士论文
[1]“三软”煤层采面瓦斯综合抽放技术研究[D]. 江巍巍.河南理工大学 2012
本文编号：3067882
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