基于CFD的大通孔开闭式钻头流场研究

采用计算流体力学方法对大通孔开闭式钻头[1]的流场进行数值模拟。对不同工况下的速度场进行分析,获得了最佳钻进风量,并发现流场中存在"阻塞漩涡"。对最佳流量工况下的压力场进行分析,发现流场中还存在"抽吸压差"。获得了"阻塞漩涡"和"抽吸压差"对排渣和散热的影响机理,为钻头的优化设计提供了一些参考依据,为松软突出煤层全孔筛管护孔瓦斯抽采技术在煤矿中推广应用奠定了基础。

大通孔开闭式钻头的结构特点及工作原理

目前,钻孔预抽煤层瓦斯是突出煤层回采工作面一种重要的区域防突措施。针对低透气性松软突出煤层,与退钻裸眼瓦斯抽采方式相比,采用筛管下放工艺进行瓦斯抽采具有一定的优势,但因松软煤层松软、破碎,易出现塌孔,导致筛管无法下入孔底,造成钻孔实际抽采段减少,影响瓦斯抽采效果,为煤矿的安全生产埋下隐患。为解决这一系列问题,研发了大通孔开闭式钻头,并对其结构特点及工作原理进行分析,以现场试验验证其使用效果。

松软突出煤层全孔段下放筛管瓦斯抽采技术研究

针对松软突出煤层松软、透气性低、施工瓦斯抽采钻孔成孔率低等问题,开发出全孔段下放筛管瓦斯抽采技术,并在平煤十矿、新集一矿对该技术进行了现场试验。结果表明:松软突出煤层全孔段下放筛管技术的筛管下入率可达97%以上,与传统退钻裸眼瓦斯抽采技术相比,平煤十矿的单孔平均瓦斯抽采浓度可提高2倍以上,单孔平均瓦斯抽采量可提高3.5倍以上;与普通下放筛管瓦斯抽采技术相比,新集一矿的瓦斯抽采浓度提高近1倍,达到了预期效果。

新型筛管护壁工艺在新集一矿的应用

针对松软煤层钻孔坍塌、瓦斯抽放效率低的问题,开发了一种新型筛管护壁工艺。该工艺旨在退钻之前利用钻杆内径将筛管下入孔底,确保瓦斯抽放通道的畅通,提高瓦斯抽放效率。为了满足该工艺的要求,研制开发了大通孔开闭式钻头、通径钻杆和筛管固定装置。通过在新集一矿的试验,该工艺的筛管下放率达到了99%以上,真正实现了"钻到位,管到底"的目标,瓦斯抽采浓度得到了有效提高。