径向水平钻孔直旋混合射流钻头设计与破岩特性

为解决高压水射流径向水平钻孔时孔径和孔深相互矛盾的问题,设计了一种兼具直射流和旋转射流特点的直旋混合射流钻头。给出了射流钻头设计方法,通过破岩实验,分析了直旋混合射流钻头结构对其破岩特性的影响。结果表明,直旋混合射流结合了直射流和旋转射流优点,比锥形喷嘴圆直射流扩孔能力强,比纯旋转射流钻孔深度大。影响直旋混合射流钻头破岩效果的结构参数较多,存在最优破岩效果结构参数,可通过不同参数组合调节破岩钻孔特征。需要进一步开展流场结构与破岩机理分析,为径向水平钻孔中射流钻头的设计提供更好的指导。     

磨料射流联合机械齿提高硬岩钻进效率研究

针对煤矿中穿硬质岩层钻孔预抽瓦斯时钻进困难这一问题,在理论分析孔底“凸台”的形成是导致传统旋转钻头钻进困难主要原因基础上,提出了磨料射流联合机械齿钻进硬岩新方法,即利用磨料射流强大的冲蚀能力,预先消除“凸台”,形成先导孔,进而改变传统旋转钻头钻岩机理,达到提高硬岩钻进效率目的。利用断裂力学理论与能量守恒原理揭示了磨料射流联合机械齿提高硬岩钻进效率机理。设计发明了一种破碎硬岩钻头,总成了一套联合钻进硬岩实验系统,并完成了一系列新技术与现有技术的对比实验研究。结果表明,相同条件下,钻头钻进效率较现有技术条件提高63%,承受轴向力与扭矩分别下降约15%和20%,钻头磨损明显减轻。     

切割参数对超高压磨料水射流割岩深度影响的试验研究

文章针对煤矿井下超高压磨料水射流切顶卸压过程中切割参数对割岩深度影响不明的问题,采用自行研发的超高压混合磨料水射流切割装置,以沙区二号煤矿4号煤顶板中的石灰岩为靶件材料,分别研究了射流靶距、切割角度及射流压力等关键切割参数对割岩深度的影响规律。结果表明：随着射流靶距的增大,割岩深度先增大后减小;当射流靶距为6mm时,割岩深度达到最大值143mm。切割角度与割岩深度的关系曲线近似呈“M”型变化,随着切割角度的增大割岩深度先增后减再增再减,并在80°时达到割岩深度的最大值。随射流压力的增大,割岩深度近似线性增加,说明系统压力越大越有利于超高压磨料水射流破岩卸压。研究结果为超高压磨料水射割岩参数的合理选取提供了理论依据。     

磨料水射流与磨料气体射流破岩压力对比分析

为验证磨料气体射流破岩可行性,对比分析磨料水射流和磨料气体射流破岩效果。理论分析了磨料水射流和磨料气体射流中磨料加速机理,得出磨料动能与磨料水射流和磨料气体射流入口压力之间的数值关系。基于统一强度理论,建立了适用于磨料射流破岩的能量准则,得出了岩石破坏时所需的临界能量。根据磨料加速理论和岩石破坏临界能量计算了岩石破坏临界磨料速度以及所需入口压力。基于理论计算结果,试验验证了磨料水射流和磨料气体射流冲蚀灰岩的破碎效果。结果表明:当磨料速度达到270 m/s时,所需气体射流压力的理论值为15 MPa,水射流压力的理论值为45 MPa;两种磨料射流冲蚀坑形状相同,均呈现"V"型,磨料水射流的冲蚀坑形状相较于磨料气体射流具有"口小","坑深"的特征,磨料气体射流破灰岩形成的冲蚀坑体积要大于磨料水射流。     

钻进方向可调的高压气射流钻具

传统钻机大多依靠连接在钻杆前端的旋转钻头上的硬质合金块切割实现钻进,随着钻孔的钻进其钻头会被磨损。现介绍一种新型的钻进方向可调的高压气射流钻具,其钻杆不需要旋转即可进行钻进,解决了长钻孔施工时需要大转矩的问题;钻具的钻杆上引入了为钻杆提供前进或后退动力的行进机构,解决了长钻孔施工时钻杆前后运动动力不足的问题;钻具的钻头通过气体驱动旋转并释放出高压气体流,产生类似于水刀的效果,最终达到切削煤层或岩层的目的。方向可调的高压气射流钻具的新功能,能够克服传统钻机存在的诸多缺陷。     

磨料水射流微加工技术的研究

磨料水射流（AWJ）是通过高速水射流束来加速固体磨料粒子（Abrasives）,从而形成超高速固液商相介质射流。磨料水射流具有对高强度、高硬度、脆性和难加工材料,如不锈钢、钛合金材料、陶瓷、玻璃材料等的切割加工能力,在制造业得到越来越广泛的应用。     

微磨料水射流对多晶硅切割的试验研究与模型分析

笔者根据材料冲蚀磨损原理,分析探讨了微磨料水射流切割多晶硅硅锭的机理。并运用后混合微磨料射流切割装置,对多晶硅硅锭进行了单因素切割试验,从而获得了切割性能曲线。研究结果表明,微磨料水射流对多晶硅的切割完全可行,射流压力和横移速度是重要的试验数据。通过对高压磨料水射流切割性能的预测和加工参数的优化,最终建立切割表面质量经验模型,根据模型分析得出射流压力、横移速度与切割质量之间的关系。     

新型RZZ系列软岩（煤）钻杆在淄博局的应用

新型ＲＺＺ系列软岩（煤）钻杆在淄博局的应用淄博矿务局刘汝江，李建民关键词ＲＺＺ系列软岩（煤）钻杆，麻花钻杆，卡豆式连接１概述过去我局采煤工作面钻孔爆破中使用的钻杆均为菱形钢拧成的麻花钻杆，这种钻杆不但重量大、消耗材料多，而且打眼时钻杆与钻头采用铁丝捆...     

磨料射流钻割一体钻头研制及切割特性研究

详细说明了磨料射流钻割一体压控钻头结构组成及其工作过程,介绍了高压磨料射流切割煤岩原理,通过试验,总结分析了磨料硬度、磨料粒径以及磨料流量对钻头切割性能的影响。     

磨料质量分数对预混合磨料水射流破岩效果的影响

预混合磨料水射流是突破煤矿深长钻孔内高效破煤岩技术瓶颈的有效技术，在坚硬顶板治理、沿空留巷和硬煤增透具有广泛应用前景。磨料质量分数是影响其破煤岩效果的重要因素。为明确磨料质量分数对磨料加速、分布以及冲击动能的影响，基于离散元的耦合模型(CFD-DEM模型),考虑颗粒间的摩擦、碰撞，添加颗粒相体积分数和动量源相，修正VOF多相流模型，开发用户自定义函数(UDF)通信接口，精确计算了磨料质量分数对磨料颗粒加速运动与分布的影响，准确描述了磨料粒子对水射流流场的影响。结合预混合磨料水射流破岩实验，得到了以下结论：在固定压力下，不同磨料质量分数的射流液固能量转化效率不同，导致磨料冲击动能不同。提高磨料质量分数，能够提高破煤岩效果，但存在最优值。每一压力条件下都有与之相适配的最优质量分数，此质量分数下能量转化效率最高，磨料冲击动能最大。如射流压力5 MPa时，80目(0.178 mm)石榴石最优质量分数为11%。同一质量分数下，提高射流压力可提高磨料冲击动能，但是能量转化率和利用率降低。提高压力使射流速度增加，曳力增大，但射流与磨料接触时间缩短，导致射流能量未能及时转化为磨料动能。相较于提高射流压...     

径向水平钻孔直旋混合射流喷嘴流场特性分析

为解决高压水射流径向水平钻孔时孔径和孔深相互矛盾的问题,设计了一种兼具直射流和旋转射流特点的直旋混合射流喷嘴。运用数值模拟方法,采用RNGk-ε湍流模型对所设计喷嘴的内外流场进行了三维流动特性分析,运用高速摄影对射流结构和破岩特征进行了对比。结果表明,直旋混合射流喷嘴所形成的射流具有直射流和旋转射流特征,比锥形直射流喷嘴扩孔能力强、比旋转射流喷嘴钻孔深度大。直旋混合射流的轴向速度与直射流相比不存在等速核,与旋转射流相比轴心速度高,能够形成一定的钻孔深度,不会形成孔底锥起;切向速度沿喷嘴径向呈现“M”型分布,能形成较大的孔径;径向速度呈轴对称分布,存在明显的漫流层,有助于岩屑的脱离。流场特性模拟结果与实际破岩钻孔特征基本一致。     

软弱岩层掘进中的喷射注浆

在软弱地层中进行隧道掘进时，喷射注浆是一种常用技术。在岩层中钻凿一约10cm直径的钻孔，然后插入钻杆连续冲刷钻孔，达到要求的孔深后，借助球阀关闭钻头内的冲水管。然后在400～800bar的高压下，迫使水泥浆以200m／s的速度通过若干细的射流在钻头后部从侧壁喷出。水泥浆水灰比1：1。缓慢向后拖出钻杆，砂浆射流在通过钻孔时切割岩土层，并与其混合。使水泥浆与松散岩土层胶结成喷射桩。在钻孔周围喷射桩的掩护下开挖出巷壁或隧道顶板。当钻机和水泥搅拌设备安装到位后，可钻凿水平孔，垂直孔，略向上或向下倾斜的钻孔。钻孔精度取决于现…     

不同切割压力下后混合磨料射流切割深度和速度关系的实验研究

通过对后混合磨料射流产生过程的动力和能量分析,以及磨料水射流切割过程的能量转化分析。得出了后混合磨料射流切割过程中切割深度和速度的乘积与切割压力的关系。并通过对304不锈钢的切割实验验证了上述理论。同时通过实验确定了后混合磨料射流切割304不锈钢时切割深度和速度与切割压力的关系的定量关系,建立了切割压力、切割速度和切割深度的关系模型。     

液动射流冲击器射流元件深井失效研究及对策

液动射流冲击器在深井模拟实验室进行了试验，其结果显示出了良好的应用前景，其可行性在实际应用中得到验证。但出现了一些问题。通过对不同液动射流冲击器射流元件在增加泵量的情况下进行实验。发现射流元件内部出现了水射流近似反射及脉冲现象；活塞及孔底岩石对元件的间接冲击会导致合金与射流元件胎体脱落；循环介质中的磨料粒子（来自硬岩、钻头），对元件进行切割；元件工作室内存在气穴现象，气泡的溃灭对元件造成损坏。为了防止射流元件失效。可采取加大喷嘴宽度、改变劈形、净化泥浆、加大冲锤质量及活塞行程、加缓冲器等措施。     

磨料水射流切割特性分析及模型建立

结合磨料水射流工艺特点,分析了切割质量的各种情况,并采用通用旋转组合实验设计方案,对切割性能影响较大的工艺参数建立了半经验模型,以满足工程需要,为磨料水射流切割工艺参数选择、切割质量以及提高切割效率奠定了基础。     

CNC数控系统在磨料水射流二维切割技术中的应用

经过多年的发展，高压水射流切割技术和设备有了长足进步，其应用已遍及工业生产和人们生活的各个方面，例如清洗、除锈、破碎、切割、钻孔、降尘等领域；CNC数控系统在磨料水射流中的应用，将大大提高磨料水射流切割的效率和切割轨迹的准确度。     

液压马达钻机施工顺层钻孔试验

针对高瓦斯及突出煤层顺层瓦斯抽放钻孔施工困难的问题,寻求一种新的钻孔施工技术。通过对煤矿井下煤层地质条件的分析,对孔底液压马达驱动钻头旋转结合水射流破煤的钻孔技术进行了试验研究。试验表明:该钻孔工艺技术有利于充分利用水力能量,降低钻杆磨损,减少了钻杆折断的概率;新型PDC钻头能更好地与煤层相适应,大幅度地提高了破煤效率,提高了钻进速度。     

旋转锥形磨料射流钻孔性能的研究

介绍了旋转锥形磨料射流的调制方法以及利用其进行钻孔的试验系统,分析了旋转锥形磨料射流钻孔的机理,研究了加旋元件结构参数及射流参数对钻孔性能的影响关系,结果表明：用旋转形磨料射流在普氏硬度f≈4的硬煤试块上进行钻孔,可以在喷头不旋转的情况下钻出深孔,其直径比喷嘴孔径大20－30倍,具有较好的钻孔性能。     

基于模糊神经网络的磨料水射流切割质量控制

磨料水射流是通过固液两相高速射流束对被加工材料的研磨、刮削、冲蚀和挤压等作用完成材料加工。作为一种新型高能束的切割工具,与激光束、电子书、等离子体切割加工相比,磨料水射流是一种冷切割加工手段,有其独特的优越性。它有永不磨损的“切割刀”的美誉。在加工过程中,几乎无后侧向力和后座力,工件不会因受机械力而变形受损或产生机械振动。     

水射流切削碎岩技术

水射流虽是很细的喷流，但是，单位面积上的加工能量却是极大的，在水射流中加入相应的磨料，形成水喷砂流，则喷砂切削碎岩的实用性就更强了。