基于CFD的大通孔开闭式钻头流场研究.pdf

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1、52探矿工程(岩土钻掘工程)2013年第40卷第9期基于CFD的大通孔开闭式钻头流场研究陈鱼，王义红，乔慧丽，李彦明(1．中谋科工集团重庆研究院，重庆400039；2．重庆理S-大学，重庆400032)摘要：采用计算流体力学方法对大通孔开闭式钻头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【f】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，为松软突出煤层全孑L筛管护孔瓦斯抽采技术在煤矿中推广应用奠定了基础。关键

2、词：CFD；大通孔开闭式钻头；阻塞漩涡；抽吸压差；松软突出煤层中图分类号：P634．41文献标识码：A文章编号：1672—7428(2013)09—0052—03StudyonFlowfieldoftheLargeViaOpen·closedBitBasedonCFD／CHENYu，WANGYi—hong‘，Q1AOHut—li，LIYah—ruing(1．ChongqingResearchInstituteofChinaCoalTechnology＆EngineeringGroupCorporation．Chongqing400039，China；2．Chongqing

3、UniversityofTechnology，Chongqing40032，China)Abstract：Thecomputationalfluiddynamics(CFD)methodisemployedfornumericalsimulatingtheflowfieldinthebitwhichcanbeopenedandclosedwithlargevia．Analysiswasmadeonthespeedfieldunderdifl'erentflowconditions，the。p—timumdrillingairvolumeisacquiredandthe“o

4、bstructionvortex”isfoundintheflowfield．Andthroughtheanalysisonthepressurefieldundertheoptimalflowconditions，theexistenceof“suctionpressuredifference”isfoundintheflowfield．Theinfluencemechanismof“obstructionvortex”and‘‘suctionpressuredifference”totheheatdissipationandslagdischargeisrealize

5、d，whichcanbethereferencestotheoptimizeddesignofthebitandwilllayafoundationforthepopularizationandapplicationofthetechnologyofgasdrainagewithscreenpipeprotectionforthewholeboreholeinsoftoutbursteoalseam．Keywords：CFD；largeviaopen—closedbit；obstructionvortex；suctionpressuredifference；softout

6、burstcoalseam0引言奠定了基础。对于提高松软突出煤层瓦斯抽采效率松软突出煤层顺层钻孔的高效成孔技术一直是具有一定意义。制约我国煤矿井下瓦斯抽采的难题。在松软突出煤层瓦斯抽放钻孔过程中经常发生垮孔或塌孔等1数值模拟的实现异常情况，这些导致成孔深度浅、成孔率低。即1．1大通孑L开闭式钻头介绍使好不容易成孔了，由于松软煤层裸眼孔壁的稳定图1是大通孑L开闭式钻头的结构图，它与普通性差，在成孔提钻后，短时间内孔壁就会坍塌堵塞钻钻头的最大区别在于，在钻头的顶部有一根可以打孔，使得大部分钻孔失效。针对这一情况，中煤开和闭合的横梁。采用该钻头钻进至设计深度后，科工集团重庆研究

7、院开发了“松软煤层全层筛管下可以将筛管从钻杆内部下放至孔底，打开横梁后，再放工艺”，采用这套工艺，钻孑L完毕后，在退钻之前退出钻头和钻杆。它包含4部分结构：钻头体、横梁将筛管从钻杆内部下放至孔底，真正实现了“钻到火体横粱体萌；转轴位、管到底”的目的，增大了瓦斯抽放孔利用率，大大提高了瓦斯抽采效率。“大通孔开闭式钻头”(见图1)是这套工艺的关键所在。本文采用计算流体力学的方法对这种钻头的内部流场进行了研究，获得了“阻塞漩涡”和“抽吸压差”对排渣和散热的影响规律，为钻头的优化设计提供了一些参考依据，为大通孑L开闭式钻头结构示意图“