煤矿巷道底板锚固孔排渣机理及应用

针对煤矿巷道底板锚固孔钻进过程中排渣困难的问题,分析了底板锚固孔钻进过程中的排渣过程,提出了底板锚固孔钻进排渣困难是由于"钻渣三区"的存在,得出"钻渣三区"是动态的依次逐步形成的,并最终同时存在;利用流体力学的基本原理,推导了冲洗液循环过程的沿程水力损失及在固液耦合作用下钻渣在冲洗液中上返的力学公式。根据现场基本情况,得出冲洗液在冲洗钻孔及排渣过程中的沿程水力损失对钻渣上返的速度vt影响极小,并确定了"钻渣三区"形成的条件。结果表明:在底板锚固孔钻进过程中,钻孔机具的选择、冲洗液流量的要求以及钻机转速、钻压的控制必须协调一致,控制钻渣聚集区的形成,在很大程度上避免钻渣聚集区的形成是加快钻进速度的关键。

巷道底板锚固注浆技术在蒋家河煤矿的应用

蒋家河煤矿二采区回风大巷底鼓严重,根据其巷道底板地质条件,采用底板锚固注浆技术进行治理。结果表明:底板锚固与注浆相结合的施工方法,很好地改善了围岩的松散结构,提高了岩体的整体强度,有效地解决了该矿巷道底鼓问题。

ZDY750L底锚钻机在新元矿底板锚固施工中的应用

针对煤矿巷道底板锚固施工布孔密集、钻机搬移频繁等问题,为提高巷道底板锚固孔的施工效率,研制的ZDY750L底锚钻机采用分体履带式结构,宽度窄,施工机动性强;采用摇臂式偏转机构,使钻机实现一次停车完成两个底板锚固孔的施工作业。以新元矿3号煤南区集中胶带大巷工业性试验为例,ZDY750L底锚钻机操作简单,移动灵活,定位精确,对底鼓巷道适应性强,降低了工人劳动强度,改善了工作面作业环境,实现了高效施工底板锚固孔作业的功能,为同类煤矿巷道底板治理提供借鉴及指导。

煤矿巷道含软弱夹层底板锚固孔钻进扩径现象研究

煤矿巷道底板锚固孔钻进是实现其锚固的关键环节,底鼓巷道底板岩层多数含有软弱夹层,钻头穿过软弱夹层时孔壁岩石物理力学特征是其稳定性的重要因素。现场调研发现,在钻进含软弱夹层底板锚固孔时,孔壁局部地段有掉块、剥落现象,这些体积较大渣体落到孔底后造成排渣困难,影响锚固孔成孔质量。通过采用理论分析与数值模拟相结合的方法,考虑应力状态、钻进动力等因素,对巷道含软弱夹层底板锚固孔钻进时孔壁稳定情况进行研究。分析发现:在破碎软弱夹层位置的孔壁钻进时产生扩径现象;应力状态对钻孔扩径影响较明显;钻进动力对扩径的程度影响并不明显。

煤矿巷道底板锚固钻孔钻具的研制与应用

针对煤矿巷道底鼓治理中底板锚固钻孔施工困难、成孔率低导致底鼓治理效果不佳等技术难题,以贵州湾田煤矿巷道严重底鼓为研究对象,运用高压强力正循环排渣钻进原理研制出一套小孔径高压强力正循环钻具,详细介绍了该钻具的工作原理、钻具设计和钻进工艺。现场实际应用结果表明,该套钻具能够大大提高钻孔的成孔速度和成孔质量,有效地保障了锚固后底板的稳定性。

分体履带底板锚固钻机的研制及应用

为提高煤矿巷道底板锚固孔的施工效率,针对现有钻探装备存在的问题并结合底板锚固孔施工工艺特点,设计研发了一款机身窄、移动灵活、稳固调角速度快、定位精准的分体履带钻机,并对钻机的集成式回转器、二次给进机构、多自由度姿态调整机构及带有双层钻杆扶正装置的手动夹持器4个关键部件的设计进行了研究,简要介绍了各部分结构的设计情况。型式试验及新元煤矿的现场工业性试验表明:钻机结构设计合理,液压系统可靠,各项性能参数指标均满足设计及行业标准要求,巷道适应性强,钻孔效率显著提高,为煤矿巷道底板锚固施工提供了可靠的装备保障。

ZDY750L型煤矿巷道底板锚固钻机的研制

研发一款专门针对煤矿巷道底板锚固施工的煤矿巷道底板锚固钻机,解决目前煤矿巷道专业底板钻机急缺的难题。研制的新型钻机能够满足井下底板锚固施工的作业要求,并且钻进定位精确、移动便捷、施工快速,可大幅降低工人劳动强度,改善作业环境,提高作业效率。

注浆管对底板锚固作用的数值模拟研究

文章采用flac3d软件针对注浆管对煤层底板的锚固效应进行了数值模拟计算,分别对有无注浆管底板的应力应变状态进行检测对比,结果表明,注浆管对底板有一定的刚度贡献,改善底板应力分布,协调底板变形,增加抗弯、抗剪能力,降低采动破坏深度及减少裂隙率,对底板的隔水能力有所提高。

全液压履带钻机在煤矿巷道底板锚固施工中的应用

底板锚固技术作为目前国内防治巷道底鼓的一种主要支护加固方法,能够有效解决软岩巷道底鼓问题。针对目前煤矿巷道专业底板锚固钻机急缺的难题,为提高巷道底板锚固孔施工效率,采用研发的全液压履带钻机进行底板锚固孔施工,并在现场进行应用。结果表明:全液压履带钻机的各项性能均满足底板锚固孔施工要求,整体结构安全可靠,实现了高效施工底板锚固孔作业的功能,为类似矿井巷道底鼓提供了参考。

底板锚固钻机圆柱式给进机构设计与动态仿真分析

基于底板锚固钻机工作特点及施工环境,设计了一种结构合理、运行平稳的圆柱式给进机构。为了研究给进机构的动态性能,利用有限元分析软件ABAQUS对给进机构进行模态分析和谐响应分析。结果表明,机构动态性能可靠,可有效避免共振、延长使用寿命,为其他类型钻机给进机构的设计、优化提供了参考。

全液压履带钻机改进及在巷道底板锚固中的应用

针对煤矿巷道底板注浆锚固作业速度慢的问题，通过对ZDY1200L型煤矿用全液压履带钻机进行改造，使主轴倾角变化范围改变为-90°-0°，从而满足了底板注浆锚固作业的要求，并在蒋家河煤矿回风大巷进行应用。结果表明：改造后的ZDY1200L型全液压履带钻机给进平稳、速度均衡，整体结构安全可靠，每天钻孔数量为60个，较使用地质钻机每天钻孔30个有了较大提高，底板锚固孔的施工效率显著提高，从而有效提高了底板注浆锚固作业速度。

巷道底板锚固孔排渣影响因素分析及参数优化

利用欧拉模型的固、液两相流理论中标准K-ε三维湍流模型,对不同条件下小孔径底板锚固孔内钻渣运移过程进行三维动态分析,得出不同影响因素组合条件下排渣效果.利用相关理论计算钻渣运移过程中的压力损失,与数值分析结果对比误差较小.利用正交分析中的极差分析方法,得出决定排渣效果的影响因素由高到低依次为:排渣通道压力、进水通道孔径、机具长度、进水通道压力、排渣通道孔径.确定了底板锚固孔直径为28mm,钻孔深4m时,排渣通道压力为-3.0MPa、进水通道孔径为4mm、进水通道压力为5.0MPa、排渣通道孔径为8mm是最合理参数组合.

煤矿巷道底板锚固孔钻渣尺寸特征实验研究

长期以来,煤矿巷道底板小孔径锚固孔钻进排渣困难是高质量成孔的瓶颈问题。因此,明晰钻渣尺寸分布规律对排渣的顺利进行至关重要。利用理论分析及实验室实验方法研究两翼式钻头在底板锚固孔钻进过程中钻渣的尺寸特征。结果表明:底板岩石强度及钻头刀翼间距是影响钻渣平均尺寸的主要因素,岩石的单轴抗压强度越高,钻进过程中产生的大粒径钻渣比例越大,从而造成了钻渣整体的平均尺寸随岩石单轴抗压强度的增加而增加;钻机动力参数(转速及钻速)对钻渣平均尺寸不会产生规律性影响。此外,钻渣平均尺寸随着钻头刀翼间距的增加而增加。因此,通过减小两翼式钻头刀翼间距可以降低钻渣平均尺寸,在钻进至较坚硬地层时,由于大尺寸钻渣产出量增加,应及时调整排渣动力参数,保证钻渣顺利排出。研究成果可为底板锚固孔钻进过程中钻具结构优化以及排渣参数设定提供一定理论依据。

巷道底板锚固孔钻进泵吸反循环排渣数值试验

根据循环介质(水)泵吸反循环排渣原理,建立底板锚固孔钻进排渣双壁钻杆模型,利用流体分析软件FLUENT对具有不同横截面尺寸双壁钻杆进行流体排渣过程数值试验研究,并以排渣效率为指标优选出双壁钻杆最优横截面尺寸。运用正交设计试验中方差分析法对影响双壁钻杆排渣效率的各因素进行详尽分析研究得知:随着循环介质进口水流量的增大,排渣效率不断提升;在一定范围内水渣混合物出口压力及钻孔深度对排渣效率的影响不明显;双壁钻杆泵吸反循环排渣系统的最优工况条件为:循环介质进口水流量为2 l/s、水渣混合物出口压力为-90 k Pa。井下底板锚固孔钻进排渣工业性试验取得了一定成效,说明流体排渣数值模拟方法能够实现双壁钻杆结构尺寸优化,并对现场钻进工作具有一定的指导意义。

煤矿巷道底板锚固孔钻渣生成机理及尺寸特征分析

利用理论分析、实验室实验及数值模拟方法研究了底板锚固孔钻进过程中两翼式钻头破岩时钻渣生成机理及尺寸特征.结果表明:两翼式钻头破岩过程实际为底板锚固孔钻渣分区域生成的过程,即锚固孔周边岩石切削破碎生成小粒径钻渣以及中部区域岩柱扭转(受压)破坏生成大粒径钻渣;底板锚固孔钻进过程中岩石的单轴抗压强度越高,钻进过程中产生的大粒径钻渣比例越大,造成钻渣整体平均尺寸随岩石单轴抗压强度的增加而增加.在钻进至较坚硬地层时,由于大尺寸钻渣产出量增加,应及时调整排渣动力参数,防治堵钻或卡钻.

煤矿巷道底板锚固孔钻渣导升运移规律及影响因素研究

煤矿巷道底板锚固孔钻进是利用锚杆(索)控制底鼓的关键环节,成孔质量与锚固效果成正比。长期以来,底板小孔径下向孔钻进排渣困难是高质量快速成孔的瓶颈问题;因此,明晰钻渣在狭小空间内的运移规律对提高排渣效率至关重要。利用理论分析及多相流数值仿真方法研究底板小孔径锚固孔钻渣运移特征和影响因素。结果表明:配合泵送条件下的正循环排渣较泵吸反循环具有更高的排渣效率;正循环排渣过程中,钻头中心孔附近钻渣会进行上下螺旋往复运动,中心孔外围钻渣在绕流阻力、浮力和自重作用下先进行减速运动,进入钻杆与孔壁的环形通路后又呈现出类匀速向上的运动状态;现有两翼式钻头结构均存在一定钻渣集中区域,这些区域的存在会对钻渣造成能量损失;钻杆截面形状对排渣效果具有显著影响,四棱钻杆在排渣过程中表现出较好的工作性能,钻孔深度及钻渣粒径与排渣效率呈负相关;在钻孔存在倾角时,钻渣会在下半侧孔壁处集聚,提高钻杆转速能够提高钻渣聚集区域偏转速度,避免钻渣沿下部孔壁形成带状聚集。研究成果可为巷道底板小孔径锚固孔排渣方式选择、排渣动力参数设定、钻具结构优化提供理论依据,对于实现底板小孔径锚固孔快速高质量形成具有一定理论价值。

底板锚索锚固方法探讨

经来旺教授研发的ZQJJ-200/1.8型底板锚索钻机很好地解决了煤矿巷道底板快速成孔问题,因而底板锚索对巷道的加固效果就取决于锚索的锚固效果,本文试图找到一种切实可行的底板锚索锚固方法。本文根据淮南矿业集团某矿中央风井井底车场巷道的工程实际,对比分析了四种底板锚索锚固方法,并通过现场测试检验了其中的水泥注浆锚固方法。测试结果表明,普通水泥浆注浆锚固底板锚索是目前一种技术简单经济合理的底板锚索锚固方法。

全液压底板锚杆钻机的研制和试验

煤矿采深的不断加大,导致底鼓现象越来越多。为满足底鼓治理中底板锚固施工的现实要求,研制了全液压底板锚杆钻机。钻机采用液压驱动,具备履带行走机构,钻进扭矩大。该钻机于淮北矿业集团下属某矿进行了工业性试验,通过试验发现,钻机具有机械化程度高、劳动强度低、安全性高、劳动效率高等优点,实现了预定的设计目标。

软岩巷道底鼓变形机理与治理技术研究

运用FLAC3D对永煤公司某矿-550 m北翼轨道大巷底鼓机理进行分析,得出该巷道底鼓的类型为挤压流动型。由于原支护方案并未对底板进行支护,故在原支护方式的前提下提出巷道底板开卸压槽和底板锚注2种治理方法。通过FLAC3D数值模拟程序,对上述2种方法进行分析对比,并应用于工程实践,现场观测结果表明底板锚注有效地控制了底鼓和围岩变形,支护效果明显。

巷道底板小孔径锚固孔深孔钻进强力排渣机理研究

为了解决煤矿巷道底板锚固孔钻进困难的问题,本文提出采用高压水流正循环钻进可以有效避免"钻渣三区"的形成,并研发了一套巷道底板锚固孔深孔强力排渣系统。利用固液两相耦合流体力学理论,推导出冲洗液压力与钻渣颗粒半径、钻渣浓度和钻孔深度之间的关系式以及钻孔深度、钻渣上返速度与冲洗液压力之间的计算公式。结果表明:随着钻渣浓度的提高及钻渣半径的增大,能量消耗的频度和强度就会增加,所需要的冲洗液压力也会增大;冲洗液压力随着钻孔深度的增加而逐渐增大,当钻孔深度为8m时,要求冲洗液压力大于1.9MPa,另外降低钻机推进速度及增大钻头钻速,是保证锚固孔钻进强力排渣的关键。