煤矿硬岩钻进高压水锤设计研究

针对煤矿硬岩钻进效率低、粉尘浓度大等问题,设计了一种利用高压水驱动的冲击钻具,可实现冲击+回转钻进工艺,提高煤矿井下硬岩钻进效率,避免粉尘污染。对设计方案进行了分析,阐述了工作过程,并对其主要参数进行了设计计算,对高压水锤关键技术问题进行了探讨。对高压水锤的设计和研究具有一定参考意义。     

煤矿硬岩钻进高压水锤仿真研究

介绍了高压水锤冲击机构的工作原理,对高压水锤冲击机构进行了运动学仿真,得出了冲击活塞及配流阀相互作用的运动过程,对高压水锤内部腔体的高压水流动特性进行了流体仿真,得出了高压水锤内部腔体高压水流场分布情况,研究结果为高压水锤冲击机构参数优化设计和冲击特性研究提供了重要的理论依据。     

高压脉动水锤装置动态特性的仿真研究

介绍新型煤层注水设备高压脉动水锤装置的结构原理,进行受力分析,借助Matlab/Simulink构建仿真模型,将仿真结果与实验结果进行比较,验证仿真可行性。进一步仿真分析主弹簧刚度的影响,结果表明:主弹簧刚度从2 250 kN/m减小到1 000 kN/m,装置输出的峰值压力和稳定压力都增大。     

高压水锤配流阀间隙密封泄漏量的仿真分析

对高压水锤配流阀的间隙流动特性进行了数值仿真。根据配流阀的结构特征,分别仿真计算了水锤冲程和回程2种工况下配流阀的间隙泄漏量。着重讨论了进出口压力差、间隙宽度值,以及阀芯阀套倒角对泄漏量的影响。     

煤矿硬岩钻进高压水锤冲击系统动态特性研究

为获得高压水锤冲击系统动态特性曲线,对高压水锤结构和冲击系统运动过程进行了详细分析。根据功率键合理论,构建了基于AMESim的冲击系统试验仿真模型,获得了活塞和配流阀阀芯的位移、速度、加速度等动态特性曲线。同时以冲击压力、冲击流量、活塞质量为因变量,分别对冲击末速度、冲击频率、冲击能等冲击性能参数的影响规律进行研究。研究结果表明:冲击性能参数随冲击压力呈线性关系增加;冲击性能参数随冲击流量增加而增加,趋势为先快后缓慢;活塞质量在很大程度上对冲击性能参数的输出能力起到决定性作用。     

高压脉动水锤装置理论峰值压力

高压脉动水锤装置是一种能够产生压力冲击的设备,它通过弹簧蓄能并瞬间释放这种能量,在流体管路中激发压力冲击。根据运动过程分析对其建立能量方程,通过合理的简化处理,得出冲击峰值压力的理论计算公式,并利用实验数据分析其影响因素,证明活塞密封摩擦阻力的影响较大,从而为煤层脉动注水的压力计算提供了理论支持。     

高压脉动水锤装置及其试验分析

基于水锤发生时伴随有巨大能量的现象,介绍了一种由水泵提供低压水作为驱动源,利用水锤能量的新型脉动水锤发生装置。阐述了该装置的结构组成以及工作原理。采用PCI数据采集卡配合压力传感器构成的数据采集试验系统测定了装置产生的最大峰值压力,并根据采集的数据拟合出峰值压力3个周期的变化曲线。试验结果表明在供水泵4MPa压力水的驱动下,水锤激发的峰值压力最高可达15MPa,脉动水锤的周期约为3.77s;试验中还发现通过改变进入装置的4MPa压力水流量可以调节脉动水锤的周期,流量越小,脉动水锤的周期越大。最后对该装置在煤层注水和电厂有压管道防垢和除垢方面的应用前景进行了展望。     

气动冲击旋转钻进在煤矿硬岩钻进中的应用

分析了当今煤矿井下施工硬岩钻孔的几种方法,通过对比,着重介绍了采用气动冲击器结合全液压钻机进行气动冲击旋转组合钻进的方法施工硬岩钻孔,同时列举出了该方法的优点,给出了主要参数的计算确定方法,并在现场应用过程中进行了进一步的验证,得出了该方法施工硬岩效率较高、经济性好的结果,同时给出了应用该工艺的合理建议,为该工艺的推广奠定了基础。     

煤层高压脉动注水锤低压缸内流场特性试验研究

为了分析煤层高压脉动注水锤装置冲击过程中低压缸内部流场及特性,通过搭建试验测量系统和瞬态数据采集系统,测取不同触发弹簧工作下低压缸内各测点处的压力,研究了水锤装置冲击过程中低压缸内同一高度不同角度处的压力分布情况,以及不同高度和进水口处的压力变化情况.结果表明:同一高度不同角度处压力差异可忽略;且在冲击零点时刻,低压区先扩大到低压缸体的中上部分空间,再逐渐扩大到其他位置.冲击过程中低压缸内和进水口处压力在很短的时间内瞬间降低,达到终值压力并保持不变.     

五里堠煤矿矿井排水阀控防水锤控制系统的应用

随着矿井排水系统逐渐向着长距离、大扬程方向发展,水泵工作时的水锤冲击现象也越来越严重,给矿井排水系统的正常工作带来了严重的安全隐患.需要开发一种新型的控制系统,降低水泵工作过程中的水锤冲击现象,提升水泵工作的稳定性.根据五里堠煤矿井下排水系统的实际情况,提出了一种新的基于排水阀的防水锤控制系统,极大地降低了系统工作时排...     

潜孔锤在硬岩钻进中的应用

通过现场试验,得出了适用于井下破碎坚硬岩石钻进的潜孔锤风压、转速等性能参数,提高了钻进效率。实践证明,空气潜孔锤是提高破碎坚硬岩石钻进效率的有效途径。     

旋挖钻机配套集束式潜孔锤硬岩施工方法研究

针对旋挖钻机在大口径硬岩地层嵌岩桩施工困难的问题,采用旋挖钻机配套集束式潜孔锤的解决方案,设计了JSQ-Z正循环及JSQ-F反循环2种类型集束式潜孔锤,并提出了3种施工方法及钻具配套方案,使旋挖大口径硬岩施工更加快速、高效、经济。     

高压水射流喷嘴设计仿真研究

从高压水射流机理和喷嘴结构参数着手,设计多种不同形状的喷嘴流道线型,应用GAMBIET前处理软件建立各自的物理模型,导入FLUENT软件对水射流结构进行流体分析,得出有过渡圆角、锥形角和直线形流道的喷嘴结构特性最佳。通过模拟对破煤效果参数量化,进一步研究结构的不同对破煤加工的影响,合理的喷嘴结构为高压水射流破煤提供有利条件。     

钻孔冲击破岩掘进过程的数值模拟与工艺探讨

为解决现有硬岩掘进方法进尺效率低的问题, 提出了使用液压冲击设备进行超硬全岩巷道快速掘进的新工艺和新方法。通过APDL编程, 利用“生死单元”对超硬岩体的钻孔冲击破碎过程进行了模拟和分析, 并在锦州凌海白台子乡花岗岩采石场进行了现场工艺试验。结果表明, 钎杆冲击位置与钻孔的距离应控制在0.15～0.2 m, 钻孔半径以0.035 m为宜。钻孔冲击破岩的效率约为无钻孔冲击破岩效率的4倍, 钻孔冲击破岩可以实现硬岩掘进, 但工艺还有待进一步优化。     

硬岩定向钻进螺杆钻具性能分析及应用

螺杆钻具是煤矿井下定向钻进的主要孔内动力钻具。针对在硬质岩层定向钻进中的工艺匹配和工艺参数优化问题,以某型螺杆钻具为例,分析了螺杆钻具的理论特性和测试工作特性。从硬岩钻进的特点出发,讨论了岩石荷载与钻速的关系,给出了螺杆钻具在硬岩中钻进的工艺参数设计方法。通过在淮南某矿的应用,阐明了工艺参数优化的过程,总结出了螺杆钻具在实际工作状态下给进力和压降的关系。     

顶板岩层薄弱区高承压含水层钻孔涌水治理技术

在分析鄂尔多斯盆地某煤矿井下锚索孔涌水特征的基础上,利用水化学分析方法,确定了锚索孔出水水源为顶板探水孔沟通的直罗组砂岩水,出水通道为钻孔与顶板围岩之间贯通型裂隙。针对顶板岩层薄弱、水压高的特点,提出并实施了"孔内疏水泄压+底部低压加固注浆+顶部高压封孔注浆"的治理方案。现场实施后,有效封堵了钻孔高压涌水,减水率达100%,且巷道围岩稳定。