工业广场保护煤柱开采井筒破损致因及防治技术

针对工业广场保护煤柱开采导致井筒破损的问题,以大社煤矿为工程背景,分析工广煤柱开采井筒围岩移动变形特征,揭示井筒破损致因;提出工广内后续工作面开采防治井筒破坏方案,形成相应的施工技术,并成功应用工程实践。研究表明:该矿工广内92606工作面邻近副井,开采引发的井筒竖向附加力是井筒破坏的致因;如不提前采取防治措施,后续92606外工作面开采,将导致副井井筒发生二次破坏;研究提出的不停产单卸压槽防治方案,具有不影响矿井生产、卸压率高、施工简单、成本低等优点。采用壁后注浆、开切卸压槽、架设密集井圈等技术,顺利完成了该矿不停产防治副井井筒破损工程。监测表明,该井筒竖向和环向应力,均小于井壁极限.承载力,处于安全状态,运行良好,达到了预期效果。

泵用微连通对称双卸荷槽及其困油与流量特性

为了充分提高外啮合齿轮泵的困油性能和完善双卸荷槽的现有设置理论,提出了一种双卸荷槽微连通对称设置的创新结构,并以常规无连通对称设置的双矩形卸荷槽为例,依次给出了创新结构的实现方法,构建了困油压力和理论流量的计算模型,比较分析了常规结构和创新结构下的困油压力、排量损失以及流量脉动质量等。结果表明:啮合点位置越接近最小困油容积位置,创新结构下的卸荷面积越大,突出解决了常规结构下该处的零卸荷面积问题;通过充分缓和常规结构下的困油压力,创新结构有效地避免了困油的高压冲击与低压气穴所造成的危害;相对于常规结构,创新结构的理论排量稍有下降,流量脉动有所加剧等。研究结果可为齿轮泵的优化设计提供参考。

基于运动法的航空发动机高速燃油齿轮泵卸荷槽设计与验证

高压、高速、高温化使得齿轮泵固有困油问题愈发严重,传统卸荷槽结构已难以满足高性能燃油泵设计要求。为此本文提出一种基于运动法的新型卸荷槽结构设计方法,通过构建困油模型并从整泵全局角度分析齿轮参数对困油各项性能的影响规律,以确定齿轮参数并为卸荷槽设计提供约束条件;其次基于齿轮运动规律和卸荷槽设计原则进行了某型燃油齿轮泵卸荷槽的设计,并进行了多个工况下新型卸荷槽和传统卸荷槽困油特性仿真对比;最后试制了样机并通过试验验证了卸荷槽设计的有效性。研究结果表明:所设计的卸荷槽与传统矩形卸荷槽相比,同工况下最大困油压力降低63.4 MPa,流量脉动率减小33.5%,空化区域更小,工作性能更优,能够显著缓解困油带来的不利影响。采用该结构卸荷槽的齿轮泵具有高的容积效率和长时抗汽蚀能力。

外啮合液压齿轮马达输出特性的统一简约式

为正确认识任意侧隙大小/偏置卸荷槽不同类型下齿轮马达的输出特性,基于啮合齿廓/输出特性不同的啮合线区间,以衡量侧隙大小的类型值和双卸荷槽对称线与齿轮副中心线的偏置值为变量,构建出转速/转矩等输出特性的统一简约式。结果表明,输出转速/转矩曲线可以由啮合齿廓的啮合转速/转矩曲线,通过输出特性啮合线区间的截取而直接得到;对称卸荷槽类型下的均值转速最小,均值转矩最大,转速/转矩的脉动系数最小;小侧隙较大的卸荷槽偏置范围和调速/调矩范围更大;小侧隙和对称卸荷槽类型的均值转速更小,均值转矩更大,转速/转矩的脉动系数更小;马达转矩脉动式与齿轮泵流量脉动式完全一致;转矩脉动系数略小于转速脉动系数,大齿数情况下可近似为相等;追求高转速时,应选用大侧隙和卸荷槽极限偏置的类型组合;追求大转矩或高输出脉动质量时,应选用小侧隙和对称卸荷槽的类型组合等。得出的输出特性的获取方法更简单、原理更清晰、形式更简洁、结果更可靠。

不同侧隙卸荷槽时齿轮泵理论流量的创新计算

为克服齿轮泵理论流量、排量及脉动系数计算方法的局限性与复杂性,从一个完整啮合齿面所产生的理论齿面流量入手,提出双卸荷槽间距内的理论齿面流量即为泵理论输出流量的新方法。以1.0和0.5代表侧隙的有和无,双卸荷槽对称线相对于齿轮副中心线的无量纲不对称宽度为变量,构建出理论输出流量特性的相关简洁式。结果表明:同等侧隙类型下无卸荷槽与单侧卸荷槽下的理论排量相同,有侧隙、单侧卸荷槽下的类型系数经典式确实有误;无侧隙、对称卸荷槽类型下的理论排量更大,流量脉动更小,但困油现象更严重;尤其单侧卸荷槽下的流量脉动很大和困油现象很严重,不建议采用等。本文提出的新方法原理更清晰,公式更简洁,结果更可靠,通用性更强。

基于ANSYS的旋转格莱圈结构改型设计与分析

针对旋转格莱圈在运转过程中存在的密封环随轴转动的问题,提出从增大O形圈预压缩率及在密封环上增加泄压槽两方面对旋转格莱圈进行结构改型设计;采用有限元分析软件ANSYS对原结构和改型结构进行仿真分析,并对比分析各结构不同部位的接触应力分布、径向力分布以及摩擦力大小。研究结果表明:增大预压缩率可以在保证旋转格莱圈密封力的前提下,使密封环与轴之间的摩擦力远小于密封环与O形圈之间的摩擦力,有效改善旋转格莱圈密封环随轴转动的问题;增加密封环泄压槽,理论上可改善旋转格莱圈密封环随轴转动的问题,但是增加泄压槽会使各个接触界面的密封力下降,增加了密封泄漏的风险,且增加泄压槽使得旋转格莱圈最大应力应变急剧增大,增加了旋转格莱圈应力失效的风险。

控制爆破法在竖井井壁开切卸压槽中的应用

基于井壁破裂理论分析、岩体爆破理论分析、控制爆破理论分析,并结合某风井破裂部位控制爆破开切卸压槽工程实践,对控制爆破技术在井筒破裂部位快速开切卸压槽展开研究。通过理论结合实践,将“分区爆破、竖向掏槽、两侧扩刷”的控制爆破技术成功应用在竖井破裂井壁控制爆破开切卸压槽工程中,取得了良好的施工效果,给相关矿井破裂井壁控制爆破开切卸压槽的控制提供了指导意义。

高应力卸压槽深度对隧道围岩卸压效果的离散元ABAQUS数值模拟

为探究高应力环境下隧道开挖卸压槽的卸压效果及其参数优化问题,本研究借助离散元数值模拟软件ABAQUS,对隧道围岩开挖不同卸压槽深度条件下的卸压效果进行全面分析。结果表明,当开挖卸压槽深度较浅(即不超过隧道宽度的5%)时,对隧道围岩应力分布影响有限,开槽点附近位移程度较小,开槽侧隧道底角岩体呈现弹性特征,塑性变化不明显,底板和开槽点位移变化小,但拱腰、仰拱和拱顶位移随开槽深度增加而增大,导致局部应力增大,在开槽点附近区域尤其明显,该区域应力水平提升了约13.29%,对隧道围岩的稳定性不利。随着卸压槽深度增加,应力集中区域向槽端迁移并缩小,弹性状态逐渐过渡到塑性状态,导致永久变形。当开挖卸压槽至隧道宽度的15%时,应力集中区域接近极限,应力卸压幅度接近最大值(卸压应力降幅为97%),并且位移量的增幅还在上升,卸压槽底部部位弹性能量积聚,影响隧道稳定性。侧压系数增加导致应力分布不均,引发应力集中,严重影响结构的稳定性。当侧压系数为2.0时,位移变化和弹性能变化幅度均显著大于侧压系数为1.0时的情况。

回采巷道底鼓机理及防治技术研究

以曹家滩煤矿122110工作面回采巷道为工程背景,采用理论分析、现场实测的方法对巷道底鼓机理及稳定控制进行研究。研究表明:“切槽卸压+补偿锚索”的加强支护方案使得平均两帮移近量增加了3.61 mm,最大两帮移近量增加了5 mm,最大底鼓量减小了743 mm,平均底鼓量减小了578.94 mm,实现了巷道整体稳定。优化的支护方案在曹家滩煤矿的应用取得了良好的效果,从而为高应力区松软底板巷道支护提供了借鉴。

某深部巷道底板卸压槽尺寸数值模拟研究

随着煤矿开采深度的不断增加,国内许多矿井已经进入深部开采,深部巷道围岩稳定性差,底鼓现象突出,矿压显著。以平顶山矿区某煤矿为工程背景,分析了巷道围岩变形破坏特征,提出了“四层次喷混凝土+三层次钢丝绳网+三层次锚杆+底板卸压槽+壁后注浆”的联合支护方案,采用UDEC模拟了巷道围岩应力场分布特征。结果表明,增加卸压槽宽度可以有效保证巷道底板应力向深部转移,当卸压槽宽度为1600mm时,巷道底板围岩塑性区范围为14.84m,底板水平应力峰值向深部转移了14.5m,为深部巷道围岩变形控制提供了一定的理论支撑。

郭屯煤矿副井破裂井壁卸压槽法治理技术研究

针对山东巨野矿区厚表土薄基岩条件下深立井井筒破损情况,以郭屯煤矿副井井筒为例,在分析井筒压缩破损原因的基础上,根据“卸压槽”法的治理原则,提出壁间/壁后注浆止水、槽钢井圈加固、高强混凝土补强、双层木砖卸压为一体的破裂井壁不停产综合治理技术,并结合现场具体实施情况,给出其中关键设计参数和施工工艺。根据新建卸压槽受力变形在线监测系统的长期监测结果显示,双层木砖卸压槽竖向压缩量和上覆压力在治理后均随时间逐步增大,表明井筒的压缩变形和内力得到有效控制和释放,避免了进一步的破坏。该研究可为同类深立井井筒破损修复治理的设计与施工提供参考。

郭屯煤矿主井高强混凝土井壁破裂修复治理技术及效果

井壁破裂是煤矿立井中的常见问题,严重威胁着井筒自身及提升装备运行的安全。针对郭屯煤矿主井C70高强混凝土井壁破裂现象,在分析破坏机理的基础上,采用“卸压槽”法进行修复加固,并对其中的破壁注浆、卸压槽设计和施工以及破裂井壁加固等关键技术进行了阐述,通过建立的在线监测系统对修复治理效果进行了验证。结果表明,“卸压槽”法可实现在不停产情况下对由表土层固结沉降引起的井壁破裂进行修复治理,且修复效果显著。研究成果可为同类破裂井壁修复治理的设计和施工提供参考。

降低齿轮泵困油压力新方法的研究

困油现象是由齿轮泵自身工作原理造成的 ,它直接影响着齿轮泵的工作性能及寿命。通过对齿轮泵工作原理的分析 ,提出一种降低齿轮泵困油压力的新方法———卸荷降压槽法 ,并对其工作原理及作用进行了分析。卸荷降压槽适合于在小侧隙、无侧隙齿轮泵中与卸荷槽配合使用。

公螺纹应力减轻槽效果分析

在钻井过程中 ,钻具疲劳失效事故频繁发生 ,其失效部位主要集中在螺纹接头处 ,如何减轻集中在接头处的应力 ,国内外有关学者提出了在螺纹部位加工应力减轻槽以降低公扣最末完全扣和母扣根部的应力集中 ,该方法经现场应用后 ,效果显著。以 177.8mm钻铤公螺纹接头作为研究对象 ,用有限元方法对加工有不同应力减轻槽的钻铤公螺纹接头进行了分析计算 ,得出了 4种不同公螺纹结构在相同的边界条件和载荷作用下最末完全扣处的应力集中情况。计算结果表明 ,带有应力减轻槽的公螺纹具有较小的应力集中 ,特别是API标准应力减轻槽的应力集中最小 ,因此抗疲劳性能最佳 ,建议采用这种应力减轻槽结构。

钻铤螺纹联接载荷分布规律与疲劳失效

钻铤螺纹联结失效是钻铤失效的主要因素,在整个钻具失效事故中占很大比例。疲劳是导致螺纹联接失效的主要原因。文中从螺纹载荷分布入手,运用有限元软件分析螺纹疲劳失效机理,最后提出预防螺纹先期疲劳失效的措施。

钻铤母扣接头改进设计的有限元分析

在钻井过程中,钻具疲劳失效事故频繁发生,其失效部位主要位于应力相对集中的螺纹接头处。以177.8mm钻铤母螺纹接头作为研究对象,用有限元方法对加工有不同应力减轻槽的钻铤母螺纹接头进行了分析计算,得出了3种不同母螺纹结构在相同边界条件和载荷作用下螺纹消失端的应力集中情况。计算结果表明,设计的应力减轻槽效果较好,抗疲劳性能最佳,建议采用这种应力减轻槽结构。

齿轮泵齿侧间隙与卸荷槽间距关系的定量分析

为探索在一定的容积效率和最大限度缓解困油现象的前提下,齿轮泵无侧隙时的最小卸荷槽间距是否适用于有侧隙情况,该文在主要考虑困油的齿侧间隙泄漏和卸荷槽槽口泄漏的基础上,通过前期所建立且被验证的困油模型,对齿侧间隙泄漏量、槽口泄漏量及两者的泄漏容积率进行仿真计算,给出了2种泄漏容积率针对不同的齿侧间隙值、转速和出口压力的变化曲线。结果表明,现有针对有、无侧隙的判别式过于苛刻;侧隙越大、出口压力越高时,容积效率越低,困油现象越轻;转速越高时,容积效率越高,困油现象越严重;无侧隙时的最小卸荷槽间距极大地改善了困油现象,容积效率得以提高,较大侧隙下仍可采用小侧隙下的卸荷槽间距。研究结果可为齿轮泵的卸荷槽布置提供一种新的参考。

齿轮泵卸荷槽设计及其内流场特性仿真

针对齿轮泵的困油问题,给出一种齿轮泵卸荷槽的综合设计方法,并基于计算流体技术完成其内流场特性的仿真分析研究。首先,在某型外啮合齿轮泵基本结构基础上,对卸荷槽进行综合设计,提出具体的设计方法并给出设计结果;进而通过计算机CAD技术建立齿轮泵三维模型和流道模型,并利用Pumplinx进行该型齿轮泵的内流场特性模拟仿真,对比仿真结果与试验数据,误差在5%以内,验证了采用的仿真技术能够有效实现该型泵的特性分析;最后,将综合设计的卸荷槽与3种典型卸荷槽进行特性预测及对比,可以表明:相比其他3种典型卸荷槽结构,综合设计的卸荷槽可以有效地缓解齿轮泵啮合区域的困油压力,并减小齿轮泵的流量脉动,有效地改善了齿轮泵的困油现象。所得出的结论对高性能齿轮泵的设计及仿真研究具有一定的工程实践意义。

钻铤螺纹的有限元分析及应力分散槽优化设计

针对钻井技术进步带来的井下钻铤的服役条件更加苛刻、失效更加严重的问题,对钻铤螺纹失效问题进行了深入分析,找出引起钻铤螺纹失效的主要原因和失效的关键部位,利用大型三维实体建模软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS分别对API标准钻铤螺纹进行实体建模和强度分析,得出了钻铤螺纹在不同工况、不同结构条件下的等效应力分布情况,并对ZTNC56-80型钻铤螺纹应力分散槽进行了最优化研究,找出了其最优值,并指出应力的变化与过渡圆角变化不是线性对应关系,在改进钻铤螺纹应力分散槽结构时,不能单纯以增大结构过渡圆角为手段,从而为改进钻铤螺纹应力分散槽结构提供了科学依据。

柱塞泵球面配流盘阻尼槽对流量脉动性的影响

对斜盘式轴向柱塞泵中球面配流盘上的三种典型阻尼槽过流面积进行数值解析,提出一种过流面积解析方法,并将计算结果与流场仿真所得的等效过流面积进行对比,再利用已获得的过流面积得出柱塞泵的流量脉动曲线。结果表明:该球面配流盘阻尼槽过流面积计算方法物理意义明确,计算精度高;不同的阻尼槽过流面积对柱塞泵出口的流量脉动率有很大影响。