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高压旋转水射流煤层钻孔喷头研究

张芳  
【摘要】: 冲击地压一直是影响煤矿开采安全的一个难题,近年来,利用高压旋 转水射流在煤层中钻孔,以其高效、节能、钻孔大、孔形规则、破岩效率 高等优点,深受广大工程技术人员的青睐。而研究决定射流性能的喷头成 为技术人员关注的热点。本文在分析了射流的流动规律、破岩机理和喷头 参数三者之间相互制约、相互依存的关系后,设计并加工制造了内导叶轮 喷头和自旋转喷头。 通过室内实验和拟现场实验,设计内导叶轮喷头,分析内导叶轮喷头 各参数及射流压力、靶距、打击时间等参数对钻孔作业的影响。 采用理论与实验相结合的方法,依次解决旋转密封、起始旋转扭矩、 喷嘴布置和限速问题,设计了自旋转喷头。 应用直流发电机原理,建立电磁限速的自旋转喷头稳态运行时的电路、 力学、能量方程。以此设计出限速部分的参数,且初步讨论射流功率与转 速之间的关系。 研究表明,内导叶轮喷头形成钻孔孔径与喷头大小相当,有效喷距小, 不易排屑和实现其切向剥层优势;同等条件下,自旋转喷头,成孔孔径大 小可依实际需要设计,有效喷距较长,易于发挥其脉冲破岩作用。


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