钻孔水射流冲击对瓦斯抽采的影响特性研究

发布时间：2021-03-18 21:22

　　基于水射流的钻孔增透技术是增加煤层透气性、提高瓦斯抽采率的有效途径,然而目前关于钻孔水射流冲击对瓦斯抽采的影响特性尚不明确。针对该问题,采用数值模拟方法,研究了水射流在钻孔壁面的流场特性和压力特性,分析了水射流冲击对钻孔周围煤体应力的影响,并对普通钻孔和水射流冲击钻孔的瓦斯抽采特性进行了对比。研究结果表明:钻孔内水射流喷出后,以较小的发散角进行发散流动,轴心速度为速度峰值,冲击到钻孔壁面后形成一个"圆台"区,该区域水流速度较低;水射流冲击钻孔过程中,存在出口压力集中区、接触面压力集中区、壁面压力集中区3个压力集中区域,钻孔壁面压力随水射流冲击压力增大而增大;水射流冲击钻孔对周围煤体应力分布影响存在应力骤减阶段和应力增强、恢复阶段,且煤体应力变化程度与冲击压力呈正相关关系;水射流冲击钻孔与普通钻孔抽采时,钻孔周围煤体内瓦斯压力均随时间推移由钻孔向煤体内部逐渐减小,但水射流冲击钻孔可显著提高钻孔抽采范围和抽采率,且水射流冲击压力越大,对钻孔抽采的影响越明显。 

【文章来源】：工矿自动化. 2020,46(10)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

数值模拟模型

采用水射流冲击模型分析不同压力水射流冲击钻孔的流场特性，结果如图2所示。可看出不同压力水射流冲击钻孔的流体形态相似，水射流自喷嘴喷出后迅速向两侧扩散，以较小的发散角不断发展边界，水射流剖面上轴心水流速度为峰值，且速度峰值随距喷嘴距离增加不断减小，冲击到钻孔接触面时水流速度迅速减小，然后沿壁面流动；随着水射流冲击压力增加，出口流速增大，流动区域逐步扩张，流体区域不断扩大，表明水射流在初始段产生了更为剧烈的流速紊乱波动，对周围流体卷吸作用更加突出；在冲击钻孔壁面区域，水射流在钻孔壁面中心形成了一个“圆台”区，该区域水流速度较小，水射流大量动能在该区域作用于钻孔。水射流冲击压力为11.2 MPa时钻孔壁面水流速度分布曲线如图3所示。可看出在水射流冲击钻孔时，正对水射流中心部位钻孔壁面的水流速度最小，接近0，与“圆台”区相对应；水射流冲击到钻孔壁面后，开始沿壁面向两侧发散，且在一定范围内，距钻孔中心越远，水流速度越大，距钻孔中心约0.033m处达到峰值，为121m/s。

水射流冲击压力为11.2 MPa时钻孔壁面水流速度分布曲线如图3所示。可看出在水射流冲击钻孔时，正对水射流中心部位钻孔壁面的水流速度最小，接近0，与“圆台”区相对应；水射流冲击到钻孔壁面后，开始沿壁面向两侧发散，且在一定范围内，距钻孔中心越远，水流速度越大，距钻孔中心约0.033m处达到峰值，为121m/s。4.2 水射流冲击的压力特性

【参考文献】：
期刊论文
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[3]我国煤矿水力化技术瓦斯治理研究进展及发展方向[J]. 袁亮,林柏泉,杨威.  煤炭科学技术. 2015(01)
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[5]“三软”高突煤层水力冲孔工艺优化[J]. 张保法,刘中一.  煤矿安全. 2013(07)
[6]钻孔割缝网络化增透机制及其在底板穿层钻孔瓦斯抽采中的应用[J]. 林柏泉,张其智,沈春明,杨威.  煤炭学报. 2012(09)
[7]高压脉冲水射流提高松软煤层透气性的研究[J]. 李晓红,卢义玉,赵瑜,康勇,周东平.  煤炭学报. 2008(12)
[8]水力掏槽破煤落煤效率因素层次分析[J]. 白新华,张子敏,张玉贵,魏国营.  水力采煤与管道运输. 2008(04)
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博士论文
[1]钻孔水射流冲击动力破煤岩增透机制及其应用研究[D]. 高亚斌.中国矿业大学 2016

硕士论文
[1]基于有效钻孔间距的司马矿瓦斯抽采优化研究[D]. 张宗良.中国矿业大学 2018
[2]水力掏槽快速消突技术研究[D]. 白新华.河南理工大学 2009



本文编号：3088949