煤矿俯孔排水排渣射流泵优化设计及实验研究

摘要

钻孔抽采瓦斯是防治煤与瓦斯突出事故的最常用方法之一。目前煤矿钻孔工艺主要有湿式和干式两种。由于湿式钻孔具有排渣快、污染小、安全性高等优点，得到越来越多的使用。但在湿式钻进俯孔时孔中一般会积存大量的水和煤渣，影响瓦斯抽采效果。因此，如何有效地排出俯孔中积存的水和煤渣成为了高效抽采瓦斯的一大难题。针对该问题，提出直接利用井下压风系统驱动排水排渣射流泵进行负压排水排渣的新思路。
　　 本文采用理论与实验相结合的方法，根据气体射流泵技术理论，设计了排水排渣射流泵，并通过数值模拟分析了结构参数和工作参数对喷射系数的影响规律，优化了结构参数，最后通过室内模拟实验测定了排水排渣射流泵的喷射系数。主要研究成果如下：
　　 ①根据气体射流泵技术理论，研究了排水排渣射流泵的结构组成和工作原理，理论计算了排水排渣射流泵的结构参数及取值范围。
　　 ②根据理论计算结果，结合煤矿实际情况，利用ANSYS CFX软件，确定了适用于垂深40m以内、孔径75mm以上的煤矿俯孔排水排渣射流泵最优结构参数为：喷嘴稳定段长度3mm，喉嘴距15mm，混合室等面积段长度60mm。分析了工作参数对喷射系数的影响规律：当压缩空气压力及孔内积水垂深一定时，排水排渣射流泵存在一个临界扬程和最大喷射系数。当钻孔垂深小于临界扬程时，喷射系数保持不变；当钻孔垂深大于临界扬程时，喷射系数急剧减小。喷射系数随着孔内积水垂深的降低而减小。
　　 ③通过实验室模拟实验对排水排渣射流泵在不同工作参数下的喷射系数进行测定，结果表明在实验室条件下排水排渣射流泵的最大喷射系数达到0.4以上，排水排渣质量流量达到2.0kg/min。同时也验证了排水排渣射流泵的可行性。