煤田地质与勘探

作者：金新,

关键词：松软煤层, 空气螺杆泡沫钻进, 泡沫发生器, 空气动能转化装置, 搅拌叶片, 数值仿真,

目的空气螺杆钻进技术用于松软煤层瓦斯抽采孔钻进，存在粉尘污染严重、钻头寿命低、钻孔净化困难等问题。采用空气螺杆泡沫钻进技术是解决问题的有效途径，拥有良好发泡性能的泡沫发生器是实现泡沫钻进技术的关键之一，但目前大多泡沫发生器无法满足要求。方法针对此问题，基于螺旋式泡沫发生器，增设空气动能转化装置，设计了一款小尺寸泡沫发生器。采用数值仿真分析方法，对空气动能转化装置结构设计的合理性和涡轮搅拌段搅拌叶片的安装角度进行了评价和优化。结果和结论结果表明：(1) 空气动能转化装置能有效驱动泡沫发生器的主轴转动，在0.8 MPa空气压力条件下，叶片平均转速可达621.61 r/min。(2) 完成动能转化后，气体可以继续进入泡沫发生器内部，与泡沫基液进行气液混合，达到设计目的。(3) 通过混合相的迹线分布、流体域湍流分布、气相分布以及气泡粒径分布等情况对比分析，安装角度为30°的搅拌叶片，其搅拌效率和气液混合效果好。研究成果为空气螺杆泡沫钻进工艺在松软煤层瓦斯抽采孔的成功应用奠定了基础。

来源：2024年第8期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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