[發明專利]基于固液兩相理論的水射流切縫壓力確定方法

有效

• 申請號: 202010404098.2
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111563352B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 張永將;季飛;陸占金;黃振飛;劉永三;趙旭生;徐軍見;國林東;徐遵玉;袁本慶;李成成
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;E21B43/26;E21B41/00;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 胡博文

本發明提供的一種基于固液兩相理論的水射流切縫壓力確定方法，包括：S1.采集煤層切縫歷史數據，確定出不同煤層硬度以及相對應的切縫壓力下的切縫落煤速度T₁；S2.構建基于固液兩相理論的臨界排渣速度T₂與切縫壓力關系模型，并計算不同切縫壓力所對應的臨界排渣速度T₂；S3.將切縫落煤速度T₁與臨界排渣速度T₂進行對比，當T₁≤T₂時所對應的最大切縫壓力為最佳切縫壓力；能夠準確確定出水射流的切縫壓力，既能夠保證對于煤層的切縫深度，又能夠防止切縫壓力過大造成的噴孔、堵孔等危害發生，確保工作人員安全，而且還能夠確保切縫時順利排渣。

技術領域

本發明涉及煤礦領域，尤其涉及一種基于固液兩相理論的水射流切縫壓力確定方法。

背景技術

隨著我國煤礦開采逐漸進入深部區域，高地應力、高瓦斯、低滲透性煤層瓦斯抽采難題逐漸凸顯。順層長鉆孔水射流切縫技術作為解決回采及掘進工作面瓦斯抽采問題的新興技術手段，越來越多的被應用于低滲透性煤層回采工作面及掘進工作面，并取得了較好的效果。但目前對水射流切縫技術工藝參數的選擇還沒有明確的認識，特別是對于切縫過程中針對不同堅固性系數煤層的切縫壓力選擇以及切縫壓力與鉆桿排渣之間的協調作用關系還沒有清晰的認識，切縫壓力作為超高壓水力切縫技術中最重要的參數之一，壓力選擇過低不能破煤或不能達到預期的切縫深度，而壓力過高則會導致噴孔、堵孔、埋鉆影響正常施工，造成瓦斯超限甚至威脅工人安全。

為了解決上述技術問題，亟需提出一種新的技術手段。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種基于固液兩相理論的水射流切縫壓力確定方法，能夠準確確定出水射流的切縫壓力，既能夠保證對于煤層的切縫深度，又能夠防止切縫壓力過大造成的噴孔、堵孔等危害發生，確保工作人員安全，而且還能夠確保切縫時順利排渣。

本發明提供的一種基于固液兩相理論的水射流切縫壓力確定方法，包括：

S1.采集煤層切縫歷史數據，確定出不同煤層硬度以及相對應的切縫壓力下的切縫落煤速度T₁；

S2.構建基于固液兩相理論的臨界排渣速度T₂與切縫壓力關系模型，并計算不同切縫壓力所對應的臨界排渣速度T₂；

S3.將切縫落煤速度T₁與臨界排渣速度T₂進行對比，當T₁≤T₂時所對應的最大切縫壓力為最佳切縫壓力。

進一步，步驟S2中，臨界排渣速度T₂與切縫壓力P計算模型構建如下：構建水射流流量與固液混合流體的移動層流態臨界速度關系模型：

其中：

其中：

d_s為煤體顆粒平均直徑，ρ_s為煤體顆粒密度，ρ_w為水密度，g為重力加速度，v_s為煤體顆粒的體積，v_w為水射流切縫時液體的體積，P為水射流切縫壓力，k₀為水流噴嘴的噴嘴系數，a為煤體顆粒形狀系數，D為環空管當量直徑；

構建煤體顆粒體積v_s與臨界排渣速度T₂的關系模型：

構建水射流流量Q與水射流切縫時液體的體積vw的關系模型：