淹没状态下高压水射流破岩效率分析

为研究淹没状态下射流参数对射流破岩效率和安全性的影响,基于流体力学、弹塑性力学及岩石力学,通过流固耦合罚函数算法建立淹没状态下水射流冲击岩石数值计算模型。通过理论分析和实际试验对比验证所建模型。对不同工况下淹没射流冲击岩石进行数值模拟,探讨不同射流参数对破岩效率的影响。结果表明:随着射流速度的增大,破岩效率先后经历线性增长阶段和平稳增长阶段,岩石冲蚀深度变化具有一定相似性;岩石的冲蚀深度随靶距的增大而迅速减小,冲蚀孔径随靶距的增加而增大,冲蚀体积呈先增大后减小的变化趋势;射流直径对破岩效率的影响主要表现在冲蚀孔径上,对冲蚀深度几乎没有影响。基于正交设计试验,得到不同射流参数敏感性大小依次为:射流速度,靶距,射流直径。     

水射流理论与技术

本书对水射流的基础理论与技术作了较全面的论述。全书共１２章,主要内容包括：水射流流体力学基础知识、射流基本理论、水射流切割理论与方程式、射流数值模拟基础、脉冲射流、空化射流、自激振荡射流、磨料射流、旋转射流、水射流与机械刀具联合破岩技术和水射流技术在石油工业及其他领域中的应用。本书可作为从事水射流技术研究人员、开发人员以及培养射流领域的硕士生和博士生用书,亦可作为高等院校本科生开设选修课的教学参考书,也可供有关工程技术人员参考。全书共７２万字。该书获１９９８年山东省“十佳图书奖”,是山东省新出版…     

磨料特性对磨料气体射流破煤影响的实验研究

针对磨料气体射流,基于气固两相流理论分析影响磨料速度的因素,在一定喷嘴结构基础上,通过实验研究磨料特性对破煤效果的影响。通过理论分析发现,影响磨料速度的主要因素有磨料密度和磨料粒径。实验结果表明:在射流压力一定条件下,石英砂、石榴石和棕刚玉3种磨料中棕刚玉破煤深度最大,在80,120,200和280目4种不同目数磨料中,120目磨料破煤效果最优。通过分析磨料特性的影响,得出磨料硬度对破煤的影响最大,其次是磨料密度。开展磨料气体射流破煤实验,确定了磨料气体射流中最优射流靶距为70 mm,最佳破煤磨料为120目的棕刚玉磨料。     

淹没条件对连续射流破碎含瓦斯煤效率影响研究

为研究淹没条件对射流破煤效率的削弱程度,基于ALE算法,借助Ansys/Ls dyna模拟软件,建立围压状态下非淹没及淹没射流破碎含瓦斯煤体流固耦合模型,通过动态追踪破碎坑体单元失效演化过程及内部应力分布等瞬时信息,探讨2种射流状态下破煤成坑过程及破煤效率的差异。研究结果表明:淹没射流与非淹没射流两者破煤坑体形态差异显著,非淹没射流条件下射流破煤坑体断面较窄,深度较深,破煤效率前后阶段差别不大;淹没射流条件下射流破煤坑体断面较宽,深度较浅,在初始阶段形成漏斗状的破碎坑体,而后逐渐向下延伸,在0～100 μs内破煤效率最高;相同工况、同一时间内,淹没射流平均破煤深度是非淹没射流平均破煤深度的41.46%。研究结果可为水射流技术的现场应用提供参考依据。     

水射流技术在牙轮钻头中的应用与研究进展

介绍了喷射钻井井底流场特性、喷嘴射流破岩机理、脉冲射流喷嘴、新型水力流道钻头的研究与应用情况，以及水射流技术在石油钻井用钻头上的应用前景。     

影响双喷嘴旋转速度的参数研究

研究和分析了双喷嘴旋转速度方程,探讨了旋转速度与诸参数间的依存关系,并给出了参数的取值范围。为控制旋转射流的速度,提高清洗效率,提供了科学依据。     

石油工程水射流技术

该书主要论述石油大学高压水射流研究中心近２０年来将射流理论与水射流技术应用于我国石油工程所取得的主要成果。内容共７章：水射流技术发展简况、石油钻井动力学及水力参数设计新方法、石油钻井射流流场数值模拟、自激振动空化射流、机械及射流联合破岩钻井、旋转水射流钻径向水平井（超短半径水平井）及水射流技术在定井和油藏工程中的应用。该书是中国石油学会建议撰写的,作为当年在北京召开的“第１５届世界石油大会”我国向国际石油界交流的文献之一。全书约３２万字。石油工程水射流技术@沈忠厚!山东省东营市     

油气井工程高压水射流技术研究

本书为《沈忠厚教授７０寿辰暨执教４７周年纪念文集》。沈忠厚教授在石油高等教育战线辛勤执教４７年。早在５０年代初,他就参与了创建石油钻井专业,是我国石油钻井学科第一代学术带头人之一。特别是近２０年来,他对射流力学理论、射流破岩机理以及射流与机械联合破岩机理进行了深入的系统的研究,丰富和发展了射流理论和钻井工程理论,走在该领域国际发展水平的前列。他长期致力于教学、科研工作,贡献突出,得到了社会的承认,为世界同行所瞩目。现将沈教授在国内外重要刊物和国际学术会议上发表的７０余篇论文,以及同他的弟子共同发…     

破岩气体发生器安全性及能量分布特征

为减少传统爆破易产生强振等次生灾害问题,研发破岩气体发生器;通过评估破岩气体发生器的燃烧安全性,开展现场破岩试验并监测其振动,采用品质可调小波变换(TQWT)和希尔伯特-黄变换(HHT)分析方法,提取得到气体爆破信号的主分量,并分析信号不同分量时频特征。研究结果表明：新型破岩气体发生器运输安全性高、燃烧稳定性好,振动强度低,在土石方爆破方面具有显著优势。破岩气体爆破信号各分量幅值、能量占比和相关性系数满足非线性正相关关系。优势分量瞬时能量峰值数量与炮孔分段装药段数密切相关,破岩气体爆破时应采用差异化装填方式,炮孔分段装药应适当增加孔口和孔底部药量,以达到最优化的爆破效果。新型破岩气体发生器爆破技术具有显著减振降损作用,适合在土石方爆破工程中推广应用。     

自进式旋转钻头钻孔修复理论及关键参数研究

瓦斯预抽钻孔在抽放过程中经常出现塌孔、堵孔等现象。针对这一问题,提出采用自进式旋转钻头修复失效钻孔的新方法。其利用自进式旋转钻头后置喷嘴的喷射反冲力作为动力,自行至钻孔堵塞段处,前置喷嘴形成的高压水射流对堵孔煤渣进行破碎,将其与水混合返出孔外,实现清孔排渣、钻孔修复的目的。对自进式旋转钻头钻孔破煤清渣的临界射流压力及流量进行分析,基于摩擦动力学计算钻头自驱的临界射流压力,在此基础上设计钻头结构及优化喷嘴布置,数值分析不同喷嘴组合情况下射流速度分布,得出最优喷嘴布置方式。并应用于鹤煤八矿-655轨道石门揭煤瓦斯预抽,实验结果表明:该方法能够实现失效钻孔的修复,并有效的提高了瓦斯抽采效果,缩短了瓦斯抽放时间。     

深部近距离煤层上行开采覆岩运动及应力分布试验研究

为深入研究深部近距离煤层上行开采过程中岩层应力分布、断裂破坏及下沉变形特征,根据深部煤层开采的具体工程地质条件,建立了深部近距离煤层上行开采相似材料试验模型,对上行开采中围岩应力变化、覆岩运动及裂隙演化过程进行了模拟分析。获得了下煤层和上煤层开采过程中,围岩应力分布变化特点及分区特征、岩层裂隙富集区主要分布区域及其演化规律,煤层开采过程中切眼和煤壁附近岩层断裂角的变化特征,并得到了两煤层工作面相对位置不同情况下,岩层裂隙富集区演化特点、断裂角变化及下沉变形规律。研究成果为类似条件下煤层上行开采、瓦斯抽采提供参考。     

Research and application of drainage parameters for gas accumulation zone in overlying strata of goaf area

While coal seam is being mined, an annular fissure circle with gas accumulation will be formed in the fissure zone as a result of desorption, dissipation and permeation of gas in the goaf area and overlying strata due to fissures from rock caving and mitigation in the roof. The methods for computation of spatial locations of the fissure circle are researched in this paper. Based on these methods, gas drainage technique for the fissure zone is optimized. By applying drill hole returning water method of variables, the height of caving zone that most affects the drainage effects of inclined high dip drill hole was measured on the site. Due to the consistency of the expected height with the computed height of caving lines at different positions, the correctness of the theoretical computation method is further validated. Meanwhile, the parameters of the inclined high dip drill hole at #3311 working face of Hexi Coal Mine are determined by a case study.     

不同地应力条件下直眼掏槽破岩的理论研究与数值模拟

为了研究不同地应力场对直眼掏槽破岩的影响,提出了基于Schwarz交替迭代法和弹性力学理论建立的掏槽区岩体的应力状态方程,同时对不同地应力条件下单孔直眼掏槽破岩过程进行了数值模拟。结果表明:在炸药爆炸前期和中期,初始地应力场对结果影响较小,主要是槽孔爆炸应力场起主导作用,在爆炸后期,初始地应力场对爆破后裂纹的扩展具有导向作用,裂纹扩展主方向趋向于最大初始地应力方向。进一步分析表明,岩体在初始地应力场与爆炸应力场共同作用后,在空孔和槽孔圆心连线上产生最大拉应力,并且在不同地应力条件下最大拉应力模拟值的发展趋势与理论计算较为一致。     

圆锥形喷嘴出口直径对水射流冲击动力特性的影响研究*

为探讨喷嘴结构对水射流冲击动力特性的影响,以圆锥形喷嘴为研究对象,基于COMSOL数值模拟软件,建立不同出口直径的圆锥形喷嘴模型,研究出口直径对水射流冲击动力特性的影响。研究结果表明:圆锥形喷嘴水射流冲击煤岩体过程中,不同喷嘴出口直径下水射流流场分布特征相似,整个流场可分为集中区、发散区、回流区和卷吸区4个区域,随喷嘴出口直径增大,卷吸区逐渐消失,其余3个区域分布也明显减弱;煤岩体应力分布可分为中心应力集中区和两侧应力集中区,随喷嘴出口直径不断增大,中心应力集中区与两侧应力集中区的范围逐渐减小,当喷嘴出口直径为6 mm时,两侧应力集中区基本消失;主体段入口速度恒定条件下,圆锥形喷嘴优选以2~3 mm出口直径为宜,此时水射流冲击煤岩体效果较佳,且不会对喷嘴产生结构破坏。     

磨料形状对磨料气体射流冲蚀性能的影响研究

为明确磨料形状对高压磨料气体射流冲蚀效果的影响规律,基于LS-DYNA数值分析了磨料冲蚀靶体应力分布,根据横向裂纹和纵向裂纹建立了考虑磨料球形度的磨料射流冲蚀体积计算模型;分析了磨料形状的球形度,通过高压磨料气体射流破岩实验得出了磨料形状对冲蚀体积影响规律;对比分析理论计算结果和实验数据,验证计算模型吻合度较高,模型数学形式简单,且具有较好的工程适用性;结合理论分析和实验结果得出,磨料形状对冲蚀效果具有显著影响,随磨料球形度的增大,冲蚀体积呈指数增加;在相同冲蚀粒子数以及冲击动能情况下,磨料粒子球形度越高,棱角越尖锐,冲蚀体积越大。为高压磨料气体射流的磨料优选提供理论依据,冲蚀性能预测提供简易算法。     

淹没旋转射流的理论分析及力学模型

综述了淹没条件下旋转射流的基本特点、有关理论以及根据边界层流动的力学分析方法得出的淹没自由旋转射流和井筒空间的旋转射流的力学近似分析模型及其解析解,从而为全面深入地研究旋转射流的流动机理,指导该机理在石油工程中的应用,提供了理论基础。     

机掘工作面旋转射流通风理论探讨

湖南省自然科学基金项目 (基金号 :0 1JJY30 19)。【摘　要】　根据旋转射流理论 ,结合机掘工作面作业特点 ,提出在机掘工作面应用旋转射流通风方法 ,以控制工作面粉尘的扩散 ,阻止掘进机作业时所产生的粉尘进入掘进机司机工作区 ;同时还能防止工作面瓦斯局部积聚 ;通过对旋转射流通风风流结构特点及通风作用机理进行了分析 ,为掘进工作面通风新方法、新技术的研究提供了新的理论及参考依据。