Зберовский В.В., Жулай Ю.А., Мирный С.С. Оценка эффективности работы кавитационного генератора при гидроимпульсном рыхлении угольного пласта

Деталі
Батьківська категорія: Геотехнічна механіка, 2019
Категорія: Геотехнічна механіка, 2019, № 148

Geoteh. meh. 2019, 148, 49-58

DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910900123

Оценка эффективности работы кавитационного генератора при гидроимпульсном рыхлении угольного пласта

1Зберовский В.В., 2Жулай Ю.А., 2МирныйС.С.

1Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины, 2Институт транспортных систем и технологий НАН Украины

УДК 621.313.12-752.001.5:532.528                

Язык: Английский

Аннотация.

В работе приведены результаты горно-экспериментальных работ, стендовых испытаний и теоретических исследований энергетических характеристик статического и импульсного режимов потока жидкости, которые позволяют оценить эффективность работы кавитационного генератора при гидроимпульсном рыхлении выбросоопасного угольного пласта.

Генератор представляет собой трубку Вентури специальной геометрии, в проточной части которого возникают высокочастотные автоколебания давления жидкости. Преимуществом данного устройства является отсутствие дополнительных источников энергии и подвижных механических частей. Генератор располагается в фильтрационной части скважины, поэтому вся энергия кавитационных автоколебаний расходуется на гидрорыхление пласта. По амплитудно-частотному (АЧ) спектру звукового сопровождения гидроимпульсного воздействия и давлению подпора жидкости в скважине установлена активная стадия гидроимпульсного рыхление и эффективный диапазон АЧ спектра акустического сигнала работы генератора. Активная стадия рыхления пласта происходит в течении 6-7 минут при давлении подпора жидкости в скважине от 1,2 МПа до 7,5 МПа. Частотная характеристика генератора в данном диапазоне составляет от 1,5 кГц до 6,3 кГц. Диапазон АЧ звукового спектра составляет от 1,4 кГц до 2,8 кГц. Максимальные значения уровня энергии –      f ≈ 2,0 кГц соответствует частоте 1,6-2,4 кГц. Расчетным путем для этого диапазона определены энергетические характеристики статической и динамической составляющих пульсирующего потока жидкости. Это позволило определить, что КПД кавитационного генератора, при прочих равных условиях гидрорыхления угольного пласта, в 4,8…1,2 раза превышает КПД статического воздействия. Это приводит к снижению удельных энергозатрат примерно на 50 %.

Предложенный способ оценки эффективности работы устройства для гидроимпульсного воздействия на угольный пласт имеет важное практическое значение. Он позволяет оценить эффективность работы кавитационных генераторов в технологическом процессе гидроимпульсного воздействия без дополнительных экспериментальных исследований.

Ключевые слова: угольный пласт, гидрорыхление,кавитационный генератор, звуковой спектр.

Список литературы

  1. Патент 87038 Україна, МПК Е21F5/02. Пристрій для гідроімпульсного впливу на вугільний пласт / Л.М. Васильєв, Ю.О. Жулай, В.В. Зберовський, П.Ю. Моісеєнко, М.Я. Трохимец. А 200710209; заявлено 13.09.2007; опубл. 10.06.2009. Бюл. №11. 4 с.
  2. Wonjae, Y. An Experimental Study on Flow Characteristics of Cavitation Venturi / Y. Wonjae, A․ Kyubok // Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers. – 2014. – vol. 19, no. 4. – P. 1-7.
  3. Abedini, A. Experimental Performance Evaluation of a Cavitating Venturi / A. Abedini, A. Ashrafizade H. Karimi M. Madandar // Arab J Sci Eng. – 2014. – No 39. – P. 1375–1380.
  4. Лодус, Е.В. Влияние скорости деформирования на прочность и хрупкость удароопасных углей и каменной соли / Е.В. Лодус, С.Л. Романовский // Горное давление и горные удары. – Л.: ВНИИ горной геомеханики и маркшейдерского дела, 1976. – Сб. 99. – С. 151-154.
  5. Павлыш, В.Н. Физико-технические основы процессов гидравлического воздействия на угольные пласты: моногр. / В.Н. Павлыш, С.С. Гребенкин – Донецк, ВИК, 2006. – 269с. .
  6. A. C. 174586 СССР. Способ предварительного рыхления и увлажнения крепких угольных пластов / Кузнецов Ю.В., Торский П.Н. (СССР). – Опубл. 1965, Бюл. № 18.
  7. Потураев, В.Н. Использование вибрационных и волновых ударников при отработке выбросоопасных пластов: моногр. / В.Н. Потураев, С.П. Минеев – К.: Наукова думка, 1992. – 200 с.
  8. СОУ 10.1.00174088.011-2005. Правила ведення гірничих робіт на пластах, схильних до газодинамічних явищ. Введений вперше 30.12. 2005 Мінвуглепром України. – К.: Вид-во Мінвуглепром України, 2005. – 225 с.
  9.  Пат. 73023 Україна, МПК Е21В 43/26. Спосіб гідроімпульсного розпушування вугільних пластів / Зберовський В. В., Жулай Ю. О., Васильєв Д. Л., Никифоров О. В., Колчин Г. И., Ангеловський О. А., Чугунков І. Ф., Ніскевич О. М. (Україна) ; заявник і патентоволодар ІГТМ НАН України. – № u 201201719 ; заявл. 16.02.12 ; опубл. 10.09.12, Бюл. № 17.
  10. Деглин, Б.М. Звукоулавливающая аппаратура нового поколения - «ЗУА-98-06» / Б.М Деглин, А.А Мелконян // Горный информационно - аналитический бюллетень МГГУ. – М.: Мир горной книги, 2008 – №10.– С. 260-262.
  11. Зберовский, В.В. Оценка эффективности гидроимпульсного воздействия на угольный пласт методами акустического контроля / Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць; ІГТМ НАНУ. Днепр: ІГТМ, 2017. № 132. С. 74-84.
  12. Раушенбах Б.В. Вибрационное горение: монография  Б.В. Раушенбах. – М.: Физматгиз, 1961. – 500с.
  13. Pilipenko, V.V. Man’ko, I.K., Zadontsev V.A. Cavitation self-oscillations intensify technological processes Proceedings of a Fluid Dynamics Panel Workshop. – Kiev, Ukraine. Report 827, 1998, – P.32-1–32-4.
  14. Жулай, Ю.А. Разработка расчетно–экспериментального метода определения частот кавитационных колебаний /Ю.А. Жулай, А.С.Ворошилов, С.В.Комаров // Зб. наук. пр.  НГУ України. – Дніпропетровськ, 2015. – № 48. – С. 140-146.
  15.  Уточнение линейной математической модели кавитационного генератора колебаний давления жидкости / Ю.А. Жулай // Авиационно-космическая техника и технология. – 2014. № 7/114. – С. 21-26

Об авторах

Зберовский Василий Владиславович,доктор технических наук, старший научный сотрудник отдела проблем технологий подземной разработки угольных месторождений, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепр, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Жулай Юрий Алексеевич,кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт транспортных систем и технологий Национальной академии наук Украины (ИТСТ НАН Украины), Днепр, Украина.

Мирный Сергей Сергеевич, научный сотрудник, Институт транспортных систем и технологий Национальной академии наук Украины (ИТСТ НАН Украины), Днепр, Украина.