瓦斯抽采钻孔棱状钻杆排渣原理数值模拟

发布时间：2018-05-06 12:44

  本文选题：安全工程 + 瓦斯抽采　； 参考：《安全与环境学报》2015年04期

【摘要】：为分析棱状类钻杆应用于松软突出煤层钻进存在优势的原因,基于流体力学理论,建立了棱状钻杆排渣模型,采用有限元方法,应用标准κ-ε模型方程进行计算,对钻杆旋转与周边流体相互作用的流场特征进行分析。结果表明,在钻杆棱角处形成"低压高速区",棱边处形成"高压低速区",钻杆棱边壁面流体产生速度、压力波动差,从而在"高压低速区"钻杆壁面形成强烈的"压差涡流"现象,减少了钻屑在孔底堆积致使钻孔堵塞的概率。应用棱状钻杆在松软突出煤层中施工钻孔,钻进深度提高34.6%,钻进效率提高21.1%,钻孔达标率由9.8%提高到48.3%,试验期间,钻杆强度可靠,未出现丢钻、断钻现象。
[Abstract]:In order to analyze the reason why ribbed drill pipe is used in loose outburst coal seam drilling, based on fluid mechanics theory, the slagging model of ribbed drill pipe is established. The finite element method is adopted and the standard 魏-蔚 model equation is used to calculate it. The flow field characteristics of the interaction between drill pipe rotation and peripheral fluid are analyzed. The results show that the "low pressure high speed zone" is formed at the corner of the drill pipe and the "high pressure and low speed zone" is formed at the edge of the drill pipe. Thus, a strong "pressure differential eddy current" phenomenon is formed on the wall of the drill pipe in the "high pressure and low speed zone", which reduces the probability of drilling jam caused by the accumulation of drilling debris at the bottom of the hole. The ribbed drill pipe is used to drill holes in loose and soft outburst coal seam. The drilling depth is increased by 34.6and the drilling efficiency is improved by 21.1.The rate of reaching the standard is increased from 9.8% to 48.3%. During the test period, the drill pipe strength is reliable and the phenomenon of lost drilling and broken drilling is not present.
【作者单位】： 河南理工大学能源科学与工程学院;煤炭安全生产河南省协同创新中心;中国矿业大学物联网(感知矿山)中心;
【基金】：国家科技支撑计划项目(2013BAA03B02) 河南省高等学校重点科研项目(15A440002) 河南省高校基本科研业务费专项资金资助项目(NSFRF140135)
【分类号】：TD712.6

【参考文献】

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6 凌标灿;戴世鑫;曹承平;曹平小;;三棱钻杆在中软煤层顺层瓦斯抽排钻孔的应用[J];煤炭科学技术;2009年10期

7 王永龙;翟新献;孙玉宁;;刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的合理参数研究[J];煤炭学报;2011年02期

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10 侯红;凌标灿;罗维;金新;王力;刘发义;;松软突出煤层中三角型钻杆成孔技术研究[J];煤炭科学技术;2012年08期

【共引文献】

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3 皮娇龙;滕吉文;杨辉;刘国栋;李建新;李松营;;地震槽波动力学特征物理-数学模拟及应用进展[J];地球物理学进展;2013年02期

4 肖丽辉;刘晓东;杨健;;三棱钻杆焊缝区断裂分析及解决措施[J];地质装备;2013年05期

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6 梁冰;石占山;孙维吉;金佳旭;;构造应力作用下覆岩卸压演化规律试验研究[J];安全与环境学报;2014年01期

7 杨从新;高强;黎义斌;申立新;;不同湍流模型在混流泵数值模拟中的应用与评价[J];兰州理工大学学报;2014年05期

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9 郭红玉;拜阳;蔺海晓;李广生;马俊强;苏现波;;寺家庄井田煤储层渗透率表征方法优选[J];安全与环境学报;2015年02期

10 王永龙;孙玉宁;翟新献;王振锋;;松软突出煤层新型钻进技术研究[J];采矿与安全工程学报;2012年02期

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4 皮娇龙;滕吉文;杨辉;刘国栋;李建新;李松营;;地震槽波动力学特征物理-数学模拟及应用进展[A];中国科学院地质与地球物理研究所2013年度（第13届）学术论文汇编——特提斯研究中心[C];2014年

5 黄胜;郑小龙;王超;白雪夫;;带螺旋桨的潜艇流场及流噪声的数值计算研究[A];第十三届全国水动力学学术会议暨第二十六届全国水动力学研讨会论文集——F船舶与海洋工程流体力学[C];2014年

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3 雷毅;冲击危险性评价模型的建立及应用研究[D];煤炭科学研究总院;2005年

4 贾强;挤压构造应力对采煤沉陷的影响分析[D];西安科技大学;2007年

5 杨建飞;深部开采冲击地压的能量聚积分析及应用[D];山东科技大学;2008年

6 代黎光;大安山煤矿深部冲击地压的研究[D];辽宁工程技术大学;2008年

7 陈新生;构造作用下煤层变形、破坏特征数值模拟研究[D];河南理工大学;2009年

8 徐光;长输原油管道腐蚀内检测器运动状态研究[D];北京化工大学;2013年

9 崔湛钜;基于减贫目标的资源型地区产业发展与政策支持研究[D];中国地质大学（北京）;2014年

10 吴佼;离心泵浮动叶轮轴向力的数值计算与实验研究[D];兰州理工大学;2014年

【二级参考文献】

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2 郝天轩;李锋;;采动岩体破裂数值模拟及高位钻场参数优化[J];安全与环境学报;2011年06期

3 赵鹏;;带应力释放槽钻杆的三维有限元分析[J];宝钢技术;2008年05期

4 丁厚成;蒋仲安;韩云龙;;顺煤层钻孔抽放瓦斯数值模拟与应用[J];北京科技大学学报;2008年11期

5 王国玉;霍毅;张博;李向宾;余志毅;;湍流模型在轴流泵性能预测中的应用与评价[J];北京理工大学学报;2009年04期

6 林府进,孙东玲,董钢锋;顺层长钻孔风力排渣成孔技术[J];矿业安全与环保;2001年02期

7 董钢锋,李宏达;突出煤层顺层长钻孔成孔工艺的研究[J];矿业安全与环保;2002年05期

8 程远平,俞启香,袁亮;上覆远程卸压岩体移动特性与瓦斯抽采技术[J];辽宁工程技术大学学报;2003年04期

9 解本铭;朱晨;崔大妍;;料仓压力的理论分析和实验研究[J];辽宁工程技术大学学报;2007年02期

10 郭培红;李海霞;朱建安;;煤层钻孔瓦斯抽放数值模拟[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2009年S1期

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4 赵干;;淮南矿区瓦斯抽采技术[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年01期

5 陈军;;瓦斯抽采泵循环供水实践[J];陕西煤炭;2008年03期

6 侯永平;;余吾煤业公司瓦斯抽采存在问题分析及采取对策[J];煤;2008年09期

7 张志刚;贾光胜;杨利平;高振勇;;瓦斯抽采效果预测方法在王坡矿的应用[J];煤矿开采;2009年01期

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2 记者 杨学锋;江西强化煤矿瓦斯抽采利用[N];中国煤炭报;2007年

3 邝邺;重庆：煤矿瓦斯抽采利用给出指导意见[N];地质勘查导报;2007年

4 记者 董立龙邋通讯员 张英峰;全省煤矿瓦斯抽采利用现场会在张矿集团召开[N];河北日报;2007年

5 记者　刘铮、陈忠华;国家鼓励瓦斯抽采利用[N];人民日报;2006年

6 刘铮 陈忠华;瓦斯抽采项目：税收优惠政策出台[N];新华每日电讯;2006年

7 记者 李仑;山西出台政策鼓励瓦斯抽采利用[N];中国煤炭报;2007年

8 杜宇邋张晓松;煤矿建设项目须过瓦斯抽采验收关[N];中国企业报;2008年

9 杜宇 张晓松;安监总局：不编制瓦斯抽采方案安全核准不予通过[N];中华新闻报;2008年

10 本报记者 冯淮河;四川：政府出资帮扶小矿抽采瓦斯[N];中国煤炭报;2008年

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3 胡胜勇;瓦斯抽采钻孔周边煤岩渗流特性及粉体堵漏机理[D];中国矿业大学;2014年

4 刘彦伟;突出危险煤层群卸压瓦斯抽采技术优化及防突可靠性研究[D];中国矿业大学;2013年

5 祝钊;瓦斯抽采安全防护关键技术及多级防护系统研究[D];大连理工大学;2014年

6 吕有厂;煤矿瓦斯抽采钻孔风力排粉水射流负压引射除尘技术及应用[D];中国矿业大学;2012年

7 刘春;松软煤层瓦斯抽采钻孔塌孔失效特性及控制技术基础[D];中国矿业大学;2014年

8 于永江;煤体非均质随机裂隙模型及渗流—应力耦合分析[D];辽宁工程技术大学;2010年

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3 冉永进;九里山煤矿二_1煤层瓦斯抽采系统合理抽采负压研究[D];河南理工大学;2012年

4 张智峰;煤层钻孔瓦斯抽采效果影响因素的实验研究[D];河南理工大学;2012年

5 刘徐三;煤层瓦斯抽采水平定向钻孔钻进工艺及稳定孔壁冲洗液技术研究[D];成都理工大学;2013年

6 宋国正;瓦斯抽采系统安全性研究[D];中国矿业大学;2014年

7 成艳英;本煤层钻孔瓦斯抽采失效机制及高效密封技术研究[D];中国矿业大学;2014年

8 刘萍;盘城岭煤矿瓦斯抽采方法的研究[D];内蒙古科技大学;2015年

9 宋志刚;潞安屯留矿低渗煤层瓦斯抽采技术研究[D];河南理工大学;2009年

10 彭涛;兴黔煤矿高瓦斯煤层瓦斯抽采方法的研究与应用[D];太原理工大学;2012年

本文编号：1852363