松软煤层钻进的关键技术研究

发布时间：2017-06-01 16:25

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【摘要】：瓦斯灾害是影响煤炭开采业安全生产的主要因素之一,瓦斯钻孔预抽是治理瓦斯灾害的有效措施,钻孔深度是影响瓦斯抽采效率的主要因素。本课题依托‘十二五’国家科技支撑计划‘深部及中小煤矿灾害防治关键技术研究与示范’项目,针对我国西南地区煤矿可采煤层煤质松软、动力现象明显,以致钻进困难的问题展开研究。从分析松软煤层煤岩性质出发,研究PDC钻头切削破煤机理及螺旋钻杆输煤机理;利用LS-DYNA显示动力学分析软件,实现PDC旋转切削钻头破煤钻进过程可视化,获得钻进过程中煤岩破碎规律;以Φ50螺旋钻杆作为研究对象,对其进行轻量化设计,得到芯管内径最优值,减轻钻杆质量,并以输煤率最大化为目标,对螺旋钻杆进行参数优化,得到叶片高度、螺旋升角和螺距最优值;最后,实地试验结果表明优化后L800-118型钻杆满足卡钻、抱钻等极端工况下刚度、强度等性能要求,且钻进深度及钻进效率较优化前有明显提高。
【关键词】：瓦斯灾害 PDC钻头 螺旋钻杆 轻量化设计 参数优化 实地试验
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD712.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 第一章 绪论7-17
• 1.1 瓦斯灾害7-8
• 1.2 钻孔预抽技术防治瓦斯灾害8-11
• 1.2.1 国外钻孔预抽技术发展9-10
• 1.2.2 国内钻孔预抽技术发展10-11
• 1.3 松软煤层钻进具和螺旋钻进技术11-15
• 1.3.1 硬质合金组合钻头和PDC钻头12-13
• 1.3.2 三棱钻杆和螺旋钻杆13-14
• 1.3.3 突出松软煤层螺旋钻进技术14-15
• 1.4 课题来源及意义15
• 1.5 研究内容及方法15-16
• 1.6 本章小结16-17
• 第二章 松软煤层煤岩机械性质及钻煤、输煤机理17-27
• 2.1 松软煤层煤岩机械性质17-18
• 2.2 煤岩破坏准则18-19
• 2.3 PDC旋转切削钻头切削机理19-22
• 2.3.1 钢体式PDC钻头结构20
• 2.3.2 PDC旋转切削钻头切削机理20-22
• 2.4 螺旋钻杆输煤机理22-26
• 2.4.1 螺纹连接式螺旋钻杆结构23-24
• 2.4.2 螺旋钻杆输煤机理24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 PDC旋转切削钻头破煤钻进动力学仿真27-46
• 3.1 ZDY-750煤矿用液压坑道钻机27-29
• 3.1.1 ZDY-750煤矿用液压坑道钻机基本结构和工作原理27-28
• 3.1.2 ZDY-750煤矿用液压坑道钻机主要技术参数28-29
• 3.2 PDC钻头结构分析和材料属性29-32
• 3.3 PDC旋转切削钻头破煤钻进动力学仿真32-41
• 3.3.1 LS-DYNA及ANSYS LS-DYNA软件简介32-33
• 3.3.2 接触-侵切问题的计算理论33-36
• 3.3.3 PDC钻头破煤钻进动力学仿真有限元模型建立36-41
• 3.4 仿真结果分析41-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 螺旋钻杆轻量化设计46-61
• 4.1 螺旋钻杆结构分析和材料属性46-48
• 4.2 螺旋钻杆轻量化设计48-58
• 4.2.1 ANSYS分析软件及ANSYS Workbench简介48-49
• 4.2.2 ANSYS workbench基本优化理论及设计计算流程49-52
• 4.2.3 螺旋钻杆目标驱动优化函数52-53
• 4.2.4 螺旋钻杆轻量化设计有限元分析模型建立53-58
• 4.3 轻量化设计结果分析58-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 螺旋钻杆参数优化61-73
• 5.1 螺旋钻杆输煤率计算61-62
• 5.2 基于遗传算法的螺旋钻杆参数优化数学模型建立62-67
• 5.2.1 遗传算法简介62-64
• 5.2.2 建立输煤率最大化目标函数64
• 5.2.3 建立约束条件64-67
• 5.2.4 螺旋钻杆参数优化数学模型建立67
• 5.3 基于MATLAB遗传算法的螺旋钻杆参数优化设计67-72
• 5.3.1 适应度目标函数M文件编辑68-70
• 5.3.2 螺旋钻杆参数优化结果70-71
• 5.3.3 结果分析71-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 钻杆加工及实地试验73-89
• 6.1 L800-118型螺旋钻杆加工73-76
• 6.2 L800-118型螺旋钻杆实地钻孔试验76-88
• 6.2.1 示范矿井简介76-79
• 6.2.2 试验区钻孔布置79-80
• 6.2.3 矿方钻孔记录分析80-82
• 6.2.4 林华矿实地钻孔试验82-85
• 6.2.5 黔金矿实地钻孔实验85-88
• 6.3 本章小结88-89
• 第七章 结论与展望89-91
• 7.1 结论89-90
• 7.2 展望90-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 胡云波;董为民;刘波;周江豹;;基于LS-DYNA二合一读卡连接器弹片的接触分析[J];机械设计与制造;2008年06期

2 牛东民;;刀具切削破煤机理研究[J];煤炭学报;1993年05期

3 赵学斌;;螺旋叶片成形工艺新探索[J];新技术新工艺;2007年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 高坤;低透气性煤层瓦斯抽放定向钻进技术研究[D];辽宁工程技术大学;2005年

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本文编号：413025