本文關(guān)鍵詞：一種井下瓦斯抽采修孔機(jī)的設(shè)計(jì)與分析

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【摘要】：由于技術(shù)和管理等方面的原因,煤層氣作為一種高熱值的清潔能源,卻演變成煤層瓦斯,成為威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要危險(xiǎn)源之一。在煤炭產(chǎn)能過(guò)剩、需求放緩的新形勢(shì)下,做好瓦斯抽采工作是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、安全生產(chǎn)的迫切需求。有效地抽采煤層中的瓦斯是減少礦井瓦斯事故最直接有效的途徑,而我國(guó)多數(shù)煤層屬于高瓦斯低滲透煤層,在打鉆抽采孔的過(guò)程中和成孔提鉆后,受煤層地應(yīng)力、松軟易碎以及泥巖水化膨脹等綜合影響,導(dǎo)致瓦斯抽采孔塌陷堵塞,最終大幅降低瓦斯抽采率。為實(shí)現(xiàn)疏通抽采孔以提升瓦斯抽采效果,本文利用水射流的能量、連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的工作原理,改進(jìn)設(shè)計(jì)了瓦斯抽采修孔機(jī)以疏通抽采孔,并對(duì)關(guān)鍵部件噴嘴開展了噴射水射流破煤的模擬研究,可充分實(shí)現(xiàn)安全、環(huán)保與能源利用三重意義。本文首先對(duì)高壓水射流破煤疏孔系統(tǒng)進(jìn)行了參數(shù)分析與研究,基于球形空腔膨脹理論和水射流基本理論,確定了高壓水沖擊破碎煤體的最小動(dòng)壓力,并進(jìn)一步分析計(jì)算了水射流系統(tǒng)的壓力和流量參數(shù),分別為40MPa和200L/min。高壓水泵入一小直徑的鋼管,并經(jīng)噴嘴高速射出以實(shí)現(xiàn)破煤疏孔的目的。借鑒連續(xù)油管作業(yè)機(jī)的工作原理,利用滾筒旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩和注入器產(chǎn)生的牽引力分別實(shí)現(xiàn)鋼管的纏繞收管和拉直放管的動(dòng)作。理論分析并計(jì)算了瓦斯抽采修孔機(jī)工作時(shí)的受力大小,纏繞回收管所需力大約為20k N,拉直推進(jìn)管所需力大約為10k N,回收與推入鋼管所需力近似為2:1。在此基礎(chǔ)上開展了修孔機(jī)三維建模與分析,設(shè)計(jì)能達(dá)到工作要求。水射流系統(tǒng)管路較長(zhǎng),對(duì)系統(tǒng)壓力損失值開展了理論計(jì)算和數(shù)值模擬互相驗(yàn)證的研究,兩者差異較小,系統(tǒng)壓力損失最大值約占額定泵壓的40%。針對(duì)疏孔作業(yè)的關(guān)鍵部件噴嘴進(jìn)行改進(jìn),設(shè)計(jì)了三種噴嘴,數(shù)值模擬得出了葉輪式旋轉(zhuǎn)水射流噴嘴具有較小的噴嘴壓力損失和較大的動(dòng)壓力,從而可替代原始噴嘴,大幅提高破煤疏孔的作業(yè)效率。
【關(guān)鍵詞】：高壓水射流 抽采孔修復(fù) 設(shè)計(jì)與分析 噴嘴 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：重慶科技學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD712.63
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 引言10-16
• 1.1 研究背景與意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 抽采孔防堵工藝現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 水射流在煤礦開采中的應(yīng)用12-13
• 1.2.3 連續(xù)油管在井下的應(yīng)用13-14
• 1.3 研究?jī)?nèi)容及方法14-16
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容14-15
• 1.3.2 研究方法15-16
• 2 系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)及主要參數(shù)確定16-35
• 2.1 系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)16-17
• 2.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則16
• 2.1.2 水射流系統(tǒng)設(shè)計(jì)16-17
• 2.2 水射流系統(tǒng)主要參數(shù)的確定17-25
• 2.2.1 主要參數(shù)的重要性與選取17-18
• 2.2.2 水射流參數(shù)的確定18-25
• 2.3 修孔機(jī)彎曲與拉直鋼管分析25-34
• 2.3.1 鋼管彎曲過(guò)程分析26-31
• 2.3.2 鋼管拉直過(guò)程分析31-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 3 修孔機(jī)三維建模與分析35-47
• 3.1 注入器設(shè)計(jì)35-40
• 3.2 滾筒及其附屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)40-43
• 3.3 行走與支撐機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)43-44
• 3.4 整機(jī)裝配與分析44-45
• 3.5 本章小結(jié)45-47
• 4 流場(chǎng)分析及噴嘴優(yōu)化47-71
• 4.1 螺旋管段壓力損失模擬47-56
• 4.1.1 Fluent簡(jiǎn)介47-49
• 4.1.2 幾何模型建立及網(wǎng)格劃分49-51
• 4.1.3 鋼管螺旋管段的壓力損失模擬研究51-56
• 4.2 噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)56-61
• 4.2.1 擴(kuò)散型噴嘴57-58
• 4.2.2 三維旋轉(zhuǎn)射流噴嘴58-61
• 4.3 噴嘴流場(chǎng)數(shù)值模擬與分析61-70
• 4.3.1 流場(chǎng)幾何模型建立與網(wǎng)格劃分61-63
• 4.3.2 計(jì)算設(shè)置與模擬結(jié)果分析63-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 5 結(jié)論與展望71-72
• 5.1 結(jié)論71
• 5.2 展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 致謝75-76
• 附錄A: 修孔機(jī)76-79
• 附錄B: 注入器總裝79-81
• 作者在攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論著及取得的科研成果81

【參考文獻(xiàn)】

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