基于水射流的鉆孔增透技術(shù)是增加煤層透氣性、提高瓦斯抽采率的有效途徑,然而目前關(guān)于鉆孔水射流沖擊對(duì)瓦斯抽采的影響特性尚不明確。針對(duì)該問(wèn)題,采用數(shù)值模擬方法,研究了水射流在鉆孔壁面的流場(chǎng)特性和壓力特性,分析了水射流沖擊對(duì)鉆孔周圍煤體應(yīng)力的影響,并對(duì)普通鉆孔和水射流沖擊鉆孔的瓦斯抽采特性進(jìn)行了對(duì)比。研究結(jié)果表明:鉆孔內(nèi)水射流噴出后,以較小的發(fā)散角進(jìn)行發(fā)散流動(dòng),軸心速度為速度峰值,沖擊到鉆孔壁面后形成一個(gè)"圓臺(tái)"區(qū),該區(qū)域水流速度較低;水射流沖擊鉆孔過(guò)程中,存在出口壓力集中區(qū)、接觸面壓力集中區(qū)、壁面壓力集中區(qū)3個(gè)壓力集中區(qū)域,鉆孔壁面壓力隨水射流沖擊壓力增大而增大;水射流沖擊鉆孔對(duì)周圍煤體應(yīng)力分布影響存在應(yīng)力驟減階段和應(yīng)力增強(qiáng)、恢復(fù)階段,且煤體應(yīng)力變化程度與沖擊壓力呈正相關(guān)關(guān)系;水射流沖擊鉆孔與普通鉆孔抽采時(shí),鉆孔周圍煤體內(nèi)瓦斯壓力均隨時(shí)間推移由鉆孔向煤體內(nèi)部逐漸減小,但水射流沖擊鉆孔可顯著提高鉆孔抽采范圍和抽采率,且水射流沖擊壓力越大,對(duì)鉆孔抽采的影響越明顯。 

【文章來(lái)源】：工礦自動(dòng)化. 2020,46(10)北大核心

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【部分圖文】：

數(shù)值模擬模型

采用水射流沖擊模型分析不同壓力水射流沖擊鉆孔的流場(chǎng)特性，結(jié)果如圖2所示。可看出不同壓力水射流沖擊鉆孔的流體形態(tài)相似，水射流自噴嘴噴出后迅速向兩側(cè)擴(kuò)散，以較小的發(fā)散角不斷發(fā)展邊界，水射流剖面上軸心水流速度為峰值，且速度峰值隨距噴嘴距離增加不斷減小，沖擊到鉆孔接觸面時(shí)水流速度迅速減小，然后沿壁面流動(dòng)；隨著水射流沖擊壓力增加，出口流速增大，流動(dòng)區(qū)域逐步擴(kuò)張，流體區(qū)域不斷擴(kuò)大，表明水射流在初始段產(chǎn)生了更為劇烈的流速紊亂波動(dòng)，對(duì)周圍流體卷吸作用更加突出；在沖擊鉆孔壁面區(qū)域，水射流在鉆孔壁面中心形成了一個(gè)“圓臺(tái)”區(qū)，該區(qū)域水流速度較小，水射流大量動(dòng)能在該區(qū)域作用于鉆孔。水射流沖擊壓力為11.2 MPa時(shí)鉆孔壁面水流速度分布曲線如圖3所示�？煽闯鲈谒淞鳑_擊鉆孔時(shí)，正對(duì)水射流中心部位鉆孔壁面的水流速度最小，接近0，與“圓臺(tái)”區(qū)相對(duì)應(yīng)；水射流沖擊到鉆孔壁面后，開始沿壁面向兩側(cè)發(fā)散，且在一定范圍內(nèi)，距鉆孔中心越遠(yuǎn)，水流速度越大，距鉆孔中心約0.033m處達(dá)到峰值，為121m/s。

水射流沖擊壓力為11.2 MPa時(shí)鉆孔壁面水流速度分布曲線如圖3所示�？煽闯鲈谒淞鳑_擊鉆孔時(shí)，正對(duì)水射流中心部位鉆孔壁面的水流速度最小，接近0，與“圓臺(tái)”區(qū)相對(duì)應(yīng)；水射流沖擊到鉆孔壁面后，開始沿壁面向兩側(cè)發(fā)散，且在一定范圍內(nèi)，距鉆孔中心越遠(yuǎn)，水流速度越大，距鉆孔中心約0.033m處達(dá)到峰值，為121m/s。4.2 水射流沖擊的壓力特性

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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