煤层气井造穴射流破岩试验研究

通过水射流造穴进行洞穴完井是煤层气井重要的完井方式。为了优选造穴射流工具的喷嘴,提高射流造穴直径和效率,通过制备相似煤岩试样,采用室内试验的方法,进行了连续射流和空化射流的破岩效果试验,并在现场造穴施工中进行了应用。结果表明:自由射流条件下,连续射流在喷距为200 mm时破岩效果最好,空化射流在喷距为300 mm时破岩效果最好。淹没射流条件下,连续射流未能冲蚀煤岩试样;空化射流的冲蚀直径则呈先增加后减小并趋于稳定的状态,在淹没深度为200 mm时冲蚀直径达到最大,冲蚀深度随着淹没深度的增加而增加,在淹没深度为300 mm以后,冲蚀深度趋于稳定缓慢减小。研究结果为造穴射流工具的喷嘴选型及结构优化设计提供了依据。     

多孔喷嘴破岩钻孔特性的实验研究

采用自行研制的实验装置研究了孔数和水力参数（冲蚀时间、喷嘴压降、喷距、围压）对多孔喷嘴破岩效果的影响规律。结果表明：喷嘴孔数越多,成孔形状越圆整;破岩效果随着射流压力的增大而呈线性增加;0围压条件下多孔喷嘴存在获得最大破岩体积和孔深的最优喷距约为5～6倍喷嘴当量直径。在围压条件下,多孔喷嘴破岩效果随着围压的增大而大幅下...     

高压水射流冲击压力分布规律的研究

为实现对喷嘴结构和参数的优化,设计更适用于煤层钻孔的高压水射流喷嘴,利用射流冲击压力分布测试装置,对高压水射流冲击压力在射流纵横断面的分布及变化规律进行了实验研究,并对射流冲击压力的分布进行了数值模拟。研究表明:在淹没条件下,随着径向距离的增加,射流冲击压力不断降低,射流颗粒具有的能量越来越小;随着轴向距离的增加,存在等速核区,超过等速核区,射流冲击压力明显降低。     

高压水射流割缝钻头的研制与增透效果工程验证

为提高水力割缝增加煤层透气性的工作效率,设计研发了高压水射流割缝钻头。采用数值模拟探究了淹没条件与非淹没条件下的叶轮喷嘴导向角度与射流流场扩散角的演化关系以及喷头在旋转与非旋转条件下的射流流速分布特征,最终采用气体示踪法对新型钻头的割缝效果进行检验。结果表明：叶轮导向角大于45°后,非淹没射流扩散角的增大速率更快,表现出了明显的紊流特征。综合能量损失率、射流扩散角的影响,最终选取45°的叶轮导向角作为设计角度。喷头的旋转对于轴向与切向的射流速度具有促进作用,尤其对于切向射流速度提升效果更强,在钻头侧面安装多喷头相比于在钻头前方安装喷头可有效提升扩孔效率。瓦斯抽采影响半径达到4.5 m与9 m的时间与普通割缝钻头相比分别加快了6 d与17 d.     

淹没高压水射流清洗地浸生产井过滤器的数值分析

采用数值模拟方法, 利用Fluent软件对300 m水深的淹没高压水射流清洗地浸过滤器的流场特性进行分析, 对比了不同喷嘴直径、喷嘴压降、冲击偏角和冲击靶距对污垢的冲击压力、剪应力、有效去污面积等去污指标的影响。结果显示, 喷嘴直径从1.0 mm增至2.0 mm, 射流最大冲击压力、最大径向速度和有效清洗长度分别增加22.15%、27.59%和905.46%;增大喷嘴压降会增强射流冲击压力, 提高射流去污能力;适当增大冲击偏角可以增强靶面剪应力, 冲击偏角 30°左右时去污效果较好;有效去污面积随冲击靶距增加整体呈先增大后减小的趋势。数值仿真分析结果表明, 采用淹没高压水射流去除地浸生产井过滤器上的堵塞物是可行的。分析数据可为清洗喷嘴的设计及清洗工作参数的选取提供一定参考依据。     

新型复合喷嘴非淹没空化射流仿真研究

采用FLUENT软件模拟新型复合喷嘴的非淹没空化射流流场,并与单喷嘴淹没空化射流和非淹没空化射流流场进行了对比。研究结果表明,新型复合喷嘴结构在非淹没环境下能产生良好的空化效果。     

影响水气旋转射流吸除尘器性能的参数研究

为了找出影响水气旋转射流吸除尘器的因素,分析了水气旋转射流吸除器的工作原理:通过理论分析初步确定水气旋转射流系除尘器的相关参数,并进行不同水压、喉嘴距、除尘器结构对吸气量和除尘效率影响的正交试验,得出最佳匹配参数.结果表明,可以通过正交试验得出水气旋转射流吸除尘器的最优配置参数,为设计高效除尘器提供数据支持.     

工作面老顶来压步距的数值模拟

为了对老顶来压步距进行预测,以工作面为原型建立数值计算模型,分别模拟不同推进距离对老顶初次来压步距和周期来压步距的影响,得出采动过程中老顶的初次来压步距和周期来压步距。运用数值模拟方法,可以较为全面地揭示采动条件下老顶变形破坏特征及破坏范围,有利于选择和优化设计方案,同时减少试验时间,提高矿井的经济效益与社会效益。     

基于ALE算法的连续水射流破煤特征数值模拟研究

为了探究环境介质对水射流破煤特征的影响规律,采用ALE算法和LS-Dyna软件开展了连续水射流冲击破煤数值模拟研究,分析了淹没/非淹没环境下水射流传播特征、破煤特征,及两者破煤深度关系的时变特征。结果表明：由于水射流损耗较大,淹没环境下射流传播速度远小于非淹没状态下;淹没射流在环境介质的阻碍下发散导致破煤面积增大及深度降低,但损伤单元变化不大;淹没环境下开展破煤造穴时需要合理延长冲击时间或者缩小钻孔间距。     

BP神经网络在射流冲击压力预测中的应用

紊流射流冲击压力的影响因素很多,且存在着复杂的非线性关系,因此难以用传统的数学方法建立冲击压力的理论模型。基于BP神经网络理论,结合射流冲击压力的实验结果,建立了冲击压力的神经网络预测模型。经验证,对于给定的泵压、围压、喷距和径向距离等输入量,该模型能够准确地预测水射流的冲击压力。     

降低高压水射流设备噪音的措施初探

介绍高压水射流设备在运行过程中机械噪音和喷射噪音产生的机理及影响因素,简述国内高压水射流降噪现状,提出了降噪方法。     

基于Fluent的模拟旋转锥形射流计算分析

对Fluent流体分析软件做了简要概述,并对旋转喷嘴的结构及其特性做了技术性分析;另外还用Fluent软件分别对双头不同导程的2种旋转喷头在40 MPa进口压力条件下的喷射状态进行分析,从而得出旋转锥形喷嘴的最佳工作状态。     

液压液喷射燃烧试验研究

在研制的喷射燃烧试验设备基础上,考察了喷射压力、喷嘴直径、液压液温度和喷嘴距点火源距离等因素对液压液喷射燃烧性能的影响。结果表明：在形成稳定喷射流的情况下,液压液的喷射燃烧性能在不同喷射压力以及喷嘴直径下变化不大,而且不同类型液压液喷射燃烧难燃性能区别明显;液压液随着自身温度的升高,喷射流火焰撤火后持续燃烧时间相应延长;随着喷嘴到点火源距离的增加,喷射流火焰撤火后持续燃烧时间缩短;不同类型液压液的喷射燃烧难燃性优劣顺序依次为水-乙二醇、无水全合成液压液和抗磨液压油。     

钻孔水力采矿研究方法的探讨

综合分析工艺流程、喷射机理、水枪设计、升举效率和安全稳定性等 ,将钻孔水力采矿的众多技术问题归纳为 5个方面的要点内容 ,为开展钻孔水力采矿的技术研究和技术开发工作提出基本思路。     

喷射式浮选机射流搅拌装置流场分析及结构优化

以喷射式浮选机射流搅拌装置结构优化为目的,选用合理的CFD数值模拟计算方案,综合考查引射性能和流场特性两个指标,对面积比、喉嘴距、喉管长度、引射管布置方式和位置进行优化计算;设计了长喉管、短喉管、导流叶片喷嘴和无导流叶片喷嘴共4组不同结构参数的射流搅拌装置试验,考查并验证了喉管长度和喷嘴内导流叶片对引射能力的影响;采用激光粒子测速仪测试了喷嘴内导流叶片对射流流束形态演变的影响。结果表明:面积比a=1.96～3.24,喉嘴距L_e=0.2D_h～0.6D_h(D_h为喉管直径)、引射管采用双侧对称布置、喷嘴内设置导流叶片及喉管长度在6D_z～12D_z(D_z为喷嘴直径),射流装置的混合效率最理想,引射管布置位置对混合效率影响较小;喷射室压力在0.145～0.160 MPa时,喷嘴内设置导流叶片,长、短喉管吸气能力平均至少提高30.73%和33.94%,引射管全开时长喉管较短喉管的吸气能力高出15%以上。结构参数对流场的影响表现在,面积比增大及引射管靠近喷嘴出口布置,喉管内射流流束的中心速度衰减越快,喉嘴距变化对中心速度的衰减影响较小;喉管长度≤6D_z时,流束中心的流核一直持续到喉管出口,引射流体和工作流体在喉管内动、质量交换不完全;喷嘴内设置导流叶片,有利于流束中心的流核区减小,原因是流束以旋转射流的形式从喷嘴喷出,形成了更有利于工作流体与引射流体动、质量交换的湍流流场;基于理想的引射性能和流场特性,面积比a=3.24、喉嘴距L_e=0.6D_h、引射管采用双侧对称且正对流核区域布置方式、喷嘴内设置导流叶片及喉管长度在6D_z～12D_z为射流搅拌装置的最优结构参数。     

双泵大流量振孔高压旋喷防渗墙在粉细砂坝中的应用

振孔高喷是近几年发展的钻喷一体化、一次成墙较为先进的高喷防渗墙施工工艺,是利用高压喷射流对地层产生冲切、掺搅、升扬、置换、充填挤压、渗透固结等作用,形成所需性状的防渗固结体.本工程是首次将水力冲填粉细砂坝应用到水利枢纽大坝工程中,采用高喷防渗墙进行防渗更是初次在这样的条件中使用.大流量振孔高压旋喷施工工艺既能保证施工质量,又能提高施工工效,是高压旋喷工艺的又一次革新.     

液压支架放煤口负压除尘器的结构设计及内部流场模拟研究

针对液压支架放煤时煤尘浓度高的问题,设计了一种安装于低位放顶煤液压支架尾梁的负压除尘器;结合液压支架的参数,确定了负压除尘器的安装位置,得到了负压除尘器的空间极限尺寸;结合实验室试验条件,选取不同的负压除尘器引射筒尺寸参数,分别建立了三维模型并进行网格划分;选取不同的射流速度参数,运用Fluent分析软件进行数值模拟,求得除尘效果最佳时射流速度与引射筒直径的最佳组合参数,为负压除尘器的进一步优化奠定了基础.     

除尘滤筒脉喷清灰技术研究进展与展望

滤筒清灰是除尘器运行的关键环节,以脉冲喷吹技术应用最为广泛,具有工艺简单、不中断风流等优点。近年来,脉喷清灰滤筒除尘器因技术优势市场份额逐渐增多,相关研究发展迅速。研究者运用理论分析、试验研究和数值模拟等手段对滤筒的脉喷清灰技术进行了广泛探讨,并取得了大量有益进展。阐述了除尘滤筒脉喷清灰技术的基本原理、尘饼附着作用和清灰效果评价方法,分析了影响清灰性能的主要因素,剖析了除尘滤筒脉喷清灰存在的主要问题,总结了提高清灰均匀性改进措施的最新进展,并展望了滤筒脉喷清灰的发展方向。研究表明：滤筒清灰机理的认识普遍采用喷吹压力理论并以筒壁所受静压为喷吹指标;清灰效果评价主要基于过滤阻力的变化和落尘质量;喷吹气流偏斜、清灰不均匀、剥离粉尘回吸是滤筒清灰面临的共性难题,其中清灰不均匀是当前研究焦点;改善滤筒清灰性能主要有喷嘴设计、文丘里管增设、滤筒结构优化、喷吹策略改进等措施,其中协同对撞喷吹突破了单一点源式喷吹的局限,克服清灰不良问题潜力较大。未来研究的重点为脉冲喷吹滤筒清灰机理分析、脉喷清灰结构设计与参数优化、尘饼剥离与运移规律分析、脉喷系统及其参数设计规范建立。研究成果可为促进除尘滤筒脉喷清灰技术的发展和工程应用提供参考。     

低渗煤层液态CO2相变射孔破岩及裂隙扩展力学机理

液态CO2相变射孔致裂增透技术作为一种有效的低渗煤层强化抽采方法,已被广泛的应用研究。但由于该技术在破岩及裂隙扩展力学机理方面研究不足,在一定程度上影响该技术进一步发展及应用。基于热工学、弹性力学、断裂力学等理论基础,建立了液态CO2相变气体射流压力模型,理论分析了液态CO2相变射孔破岩力学机理、地应力条件下裂隙扩展力学机理。采用PFC2D离散元颗粒流分析软件,进行数值模拟研究,分析了不同地应力及射流压力条件下液态CO2相变射孔破岩及裂隙分布特征。在以上研究基础上,在川煤集团白皎煤矿进行现场试验,研究表明该技术可有效提高低渗煤层瓦斯抽采效率。     

高压水射流冲击刚壁压力分布规律研究

为了探讨高压纯水射流和高压磨料射流冲击刚壁时射流冲击压力的分布规律, 利用建立的专用测力工作台, 研究了射流方向与刚壁成90°角时冲击压力的分布规律及靶距、系统工作压力对冲击压力的影响, 并对磨料射流的强化效果进行了分析。结果表明: 射流冲击力随径向距离的增加急速降低, 是一非单调递减阶梯函数, 连接各阶中心冲击力值, 可视其为具非单调负指数下降规律。在靶距不变的情况下, 纯水射流和磨料射流, 其中心(最高压力)位置的冲击压力和系统压力呈正相关。