科技文苑——利用水力共振提高脉冲射流强度

提出了使用导管-气室系统引发水力共振，提高脉冲水射流的强度的设想。采用波动法对导管-气室系统进行了研究，表明在合适的系统结构参数和流体参数情况下，系统可以使导管出口处的压力高于人口处的压力。实际研究证明，利用水力共振提高脉冲水射流的强度是可行的，且存在最佳气室容积和最佳频率。     

导管-气室水力共振系统提高脉冲水射流强度的研究

采用波动法对导管-气室水力共振系统进行了研究,表明水力共振系统在合适的系统结构参数和流体参数情况下,可以使导管出口处的压力高于入口处的压力。初步实验研究证明,利用水力共振提高脉冲水射流的强度是可行的。理论和初步的实验研究为下一步高压条件下的实验提供了指导。     

空气室对往复泵管道系统脉动作用研究

上世纪前苏联和中国的水力采煤技术是利用较低压力的水射流冲击和运输作用,但随着水力采矿技术的推广应用,人们发现提高水压和合理设计喷嘴,可显著提高水射流的采矿效率。本文提出了一种新的高压脉冲水射流产生方式,利用空气室与管道液体共振来得到放大的压力脉冲,从而可以在相同的管道系统中得到更大的冲击力脉动,提高了冲击能量的转化效率,减小了系统设备的制造、运行费用,降低了能源消耗。     

高压脉冲水射流提高松软煤层透气性的研究

提出了利用高压脉冲水射流钻孔、切缝以提高松软煤层透气性和瓦斯抽采率的新思想.基于岩石动态损伤模型,理论分析和数值模拟了高压脉冲水射流瞬时动载荷、柔性撞击作用下煤体的动态损伤特性及裂隙场的变化规律.结果表明,高压脉冲水射流的冲击效应、剥蚀效应以及震动效应等冲击荷载作用可有效破碎煤体,增大煤体裂隙率和裂隙连通率,提高煤层透气性.研发出了低透气性煤层中的高压脉冲水射流瓦斯抽采系统,在重庆某典型高瓦斯低透气性煤矿进行了成功应用,应用结果表明,高压脉冲水射流有效提高了煤层透气性,平均百米钻孔煤层瓦斯抽放量较原工艺提高了7.8倍.     

高频脉冲水射流沿轴向的传播特点

目前水射流切割技术的研究开发方面的最重要课题之一是提高水射流切割效率。日本开发了带有压电式激振装置的喷嘴,试验证实该喷嘴可提高水射流的切割性能。为了弄清脉冲射流可以提高切割效率的原理,进行了必要的基础研究,该项研究主要是水射流出口压力的测定方法。因为要弄清切     

砂岩铀矿床钻孔水力冲采模拟试验研究

针对中国北方大量胶结、低渗透砂岩铀矿资源难以采用常规方法和地浸方法开采的技术难题,提出钻孔水力开采的新思路。根据钻孔水力开采工艺技术特点,并结合某砂岩型铀矿床实际地质条件,对水力冲采过程中的高压水射流破岩机制进行探索,通过水力冲采模型试验相似率研究,建立了水力冲采试验模型。为了分析矿岩强度、水射流工作压力、喷头作业形式与水力冲采效率的关系,进行了三因素三水平正交试验,并采用极差分析法及方差分析法进行了分析,确定了较优的水力冲采工作条件,以期为砂岩铀矿床钻孔水力开采现场试验提供依据和试验基础。     

脉冲水射流切割和破碎硬岩的可能性

这项试验工作的主要目的旨在研究用脉冲式水射流提高连续采矿、巷道钻进或其它机械切割法的生产率以及提高作业安全和改善作业环境的可能性。基本原理在这项试验中之所以着眼于水射流是基于以下一个事实，即高速脉冲水射流冲击某一靶标物体时，冲击点上的压力是高度集中的水锤压力。水锤冲击引起的瞬时应力或准瞬时应力比连续水射流产生的静应力能迅速破碎靶标物体。根据这种简单的理论依据形成靶标物体承受的滞止压力和水锤压力表达式：滞止压力：Ps＝plV’／2（1）水锤压力：Pw＝P；VC。（2）式中m；一液体密度，km／m’；V一水射流速…     

高压大流量水力钻割一体化技术在常村煤矿的应用

传统水力割缝技术水射流压力低、流量小,无法满足对强度高、硬度大煤岩体的高效割缝需求。针对此难题,国家安全生产监督管理总局总局信息研究院研发了一种水射流切割压力达98MPa,水流量125L/min的高压大流量水力钻割一体化技术并在常村煤矿进行了应用试验,取得了理想的效果。试验结果表明:高压大流量水力切割半径可达1.5m,切割钻孔的百米瓦斯自排量是未切割钻孔的6.03倍,瓦斯抽放量是未切割钻孔的3.73倍。     

煤层振荡脉冲流场数值模拟研究

振荡脉冲流具有强大的破坏力,可将其应用于低渗透煤层强化水力增透效果。理论分析表明流体初始扰动频率f与腔体内自激振荡脉冲频率相同,如果腔体内自激振荡脉冲频率与腔室固定频率成倍数关系,则喷嘴与射流将发生共振现象,从而使得振荡脉冲效果最优。数值模拟分析了脉冲腔内的不同工况条件下的水压分布规律,同时得出振荡器腔体内会形成关于水射流中轴线对称的巨大的空化气囊,振荡器产生的这种断续涡环流结构会使得射流效果远远高于普通射流。     

锥-柱组合型喷嘴割缝增透技术在中兴矿的应用研究

针对高瓦斯低透气性煤层抽采效率低下,利用水力割缝增透技术提高瓦斯抽采率,割缝设备使用锥-柱组合型喷嘴。为了获得锥-柱组合型喷嘴水力割缝本煤层的增透效果,以中兴矿1415工作面为研究对象,通过理论分析、数值模拟和现场试验的方法研究此种形式的喷嘴的增透效果。数值模拟结果表明:位于喷嘴周围的水射流能量达到最大,伴随着水射流逐渐远离喷口,其能量在逐步减弱,在水射流的中轴线两侧能量呈现对称分布,当收缩角达到30°时,水射流的射程最远,衰减速度最缓慢。工业试验发现:实施水力割缝增透措施后的钻场瓦斯抽采纯量明显比未开展水力割缝增透措施的钻场高,12、13#钻场(6m抽采半径)的平均瓦斯抽采纯量比14、15#钻场(8m抽采半径)增加了0.07m3/min,因此6m抽采半径的12、13#钻场抽采效果最佳。     

应用水力空化射流技术提高灰岩地层钻速

水力空化射流技术具有安全、可靠、效果好等特点,在石油钻井中得到了推广应用。针对伊朗Y油田中下部中硬灰岩地层可钻性差、机械钻速低的情况,试验应用了水力空化射流工具。研究了试验油田的地层强度及可钻性参数,优选了水力脉冲空化射流装置和下部钻具组合,优化了机械及水力参数。现场实钻资料表明,水力空化射流工具提高钻速明显,对中硬地层的灰岩具有良好的钻进效果。     

切槽压裂协同措施在矿井防突中的应用研究

采用脉冲水射流切槽与水力压裂相结合的研究手法,通过对高压脉冲水射流切槽的先进工艺进行分析、研究并进行试验分析,以此联合水力压裂控制增透工艺,对矿井3号煤层7215工作面进行试验研究。实践证明,切槽和压裂协同措施是一种较好的增透工艺,在高突、低透矿井具有很好的应用效果。     

水下开采提升气举机电装置的特性及应用

介绍了水下开采提升用气举机电装置的工作原理, 对自激振荡脉冲射流破碎器的性能、气举提升特性和临界水流速度进行了分析, 并介绍了气举的应用情况。滨海砂矿开采和钻孔水力采矿的实际应用表明, 脉冲射流破碎器具有很强的水下破碎和搅拌能力, 大大提高了气举的工作性能, 气举机电装置简单、高效、具有较高的综合技术经济性能。     

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.     

高压脉冲水射流顶底板钻孔提高煤层瓦斯抽采率的应用研究

在分析松软煤层中钻孔塌孔、硬分层中成孔机理的基础上,提出利用高压脉冲水射流在硬分层或顶底板中钻孔,切至软分层提高瓦斯抽采率的新钻孔工艺。并基于高压脉冲射流破煤岩动力特性,分析计算了射流在松软煤层中切缝所需的射流压力及流量;研制出钻孔、切缝系统装置及工艺。在四川某煤矿的松软煤层进行了现场试验,应用结果表明钻孔深度是本煤层钻孔深度的2.7倍,平均单孔瓦斯的抽放纯量为0.19~0.26 m³/min,是采用原工艺钻孔的5.2倍以上。     

水力掏槽防突措施的机理研究

工业试验证实水力掏槽防突措施能有效地保证掘进中的施工安全,掏槽后快速消除突出危险,提高突出地段煤巷掘进速度。对水力掏槽措施中的高压水射流、地应力、瓦斯内力等参数进行了分析研究,研究了水力掏槽防突的机理。     

基于Fluent的高压水射流喷嘴优化模拟研究

为了提高高压水射流技术的破煤效率,采用Fluent软件对高压水射流的喷嘴结构和几何参数进行了优化模拟。通过分析水射流的轴向速度和壁面静压分布,选择了最佳的喷嘴结构和几何参数。结果表明:圆柱形喷嘴的最大射流速度发生在喷嘴内部,而锥形和锥直形喷嘴的最大射流速度发生在喷嘴外部,且锥形和锥直形喷嘴的最大射流速度和最大压力均明显大于圆柱形喷嘴,考虑到水射流的附壁效应,锥形喷嘴为最佳选择。锥形喷嘴的最优几何参数为:喷嘴出口直径3 mm,喷嘴锥角7°,喷嘴长度9 mm。高压水射流喷嘴的优化对提高煤层瓦斯抽采效率具有重要意义。     

煤巷液压锚杆钻机随钻参数采集系统及其应用

围岩岩性随钻识别技术能够实时获取巷道围岩力学参数,为煤巷围岩支护提供基础保障。本文基于煤矿巷道液压锚杆钻机研发了煤巷液压锚杆钻机随钻参数采集系统,包括钻进系统、动力系统、监测系统及试件平台。利用该系统进行了不同强度砂浆组合试件的钻进实验,结果表明,系统性能良好,随钻参数变化规律明显,扭矩和推进压强在不同岩层交界处有明显的跃迁现象。为了验证岩石强度随钻识别的可靠性,通过随钻参数计算破岩比能,进一步分析了随钻参数与抗压强度的关系。基于破岩比能法该系统可以实现随钻参数对岩石力学性能的识别。     

高压水射流清砂机的研究

阐述了高压水射流清砂机的机理及其设备特点 ,分析了水射流的水力学参数对清砂效果的影响 ,提出了一种实用的新型高效水力清砂系统装备