水射流自驱钻头修孔中环空比对煤屑运移影响
魏建平
李林豫
张慧栋
张宏图
李阳
刘勇
河南理工大学 瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地,河南 焦作 454000;煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南 焦作 454000
摘要：水射流自驱钻头修孔技术是针对井下失效钻孔的高效修复技术,提高自驱钻头修孔效率是提高煤矿安全生产效率的关键.自驱钻头修孔效率同时受到钻进效率和钻孔内煤屑运移效率影响,而钻进效率与煤屑运移效率相互制约.为达到最佳修孔效率,实现最大钻进效率的同时保证基本煤屑运移能力,采用CFD-DEM耦合研究了不同参数下的修孔过程,分析了不同环空比、射流压力、煤屑粒径及钻孔倾角下的煤屑运移规律,建立了不同环空比下煤屑运移临界质量流量理论模型,明确了不同射流压力、煤屑粒径及钻孔倾角下环空比的选取范围,并开展了环空煤屑运移规律试验,试验结果与数值模拟结果一致.得到以下主要结论:环空比、射流压力、煤屑粒径及钻孔倾角均影响环空煤屑运移,其中环空比是主要影响因素,环空流场流速和液固两相流压降是决定环空煤屑运移能力的关键参数.随环空比增大,流场流速先增大后减小,同时降低了液固两相流压降,导致煤屑运移能力先提升后下降.煤屑运移能力与射流压力呈正比,与煤屑粒径和俯孔钻孔倾角呈反比.确定了不同条件下最优修孔效率参数:当射流压力为 0～10 MPa时,选取环空比 0.53,当射流压力为10～15 MPa时,选取环空比 0.44,当射流压力大于 15 MPa时,选取环空比 0.39～0.44;煤屑粒径为 0.5～3.0 mm时,选取环空比 0.53～0.60;钻孔角度为-60°～0°时,选取环空比 0.44.最优修孔效率参数为井下修孔时不同条件下的钻头及管径的参数选择提供依据.
关键词：瓦斯抽采钻孔修复煤屑运移环空比自驱钻头
分类号：TD712(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(U24A2091)国家自然科学基金(52174170)河南省杰出青年科学基金资助项目(242300421013)
论文发表日期：2025-12-31
在线出版日期：2026-01-16（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：14( 135-148 )
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