碎软煤层氮气定向钻进两相流模拟

宋丽强; 张昌娟; 樊耀广; 蒋建锋

doi:10.13301/j.cnki.ct.2026.11.010

煤炭技术 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (11) : 54 -60. DOI: 10.13301/j.cnki.ct.2026.11.010

碎软煤层氮气定向钻进两相流模拟

宋丽强, 张昌娟, 樊耀广, 蒋建锋

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摘要

碎软煤层瓦斯抽采是煤矿安全高效开采的关键环节。当前多用空气作为气动钻孔介质，但存在燃爆风险。氮气替代空气钻进可有效避免瓦斯爆炸，但因孔内排渣规律不明、缺乏理论与参数指导而处于探索阶段。本研究采用FLUENT-DPM模块模拟氮气定向钻进排渣机制，建立连续相氮气流动控制方程，设定实际工况参数，系统分析进气压力、流速、固气比、煤粒粒径等变量对气固两相运动及孔深变化的影响。结果表明：随氮气压力与速度增加，钻孔深度先增后降；煤渣残余体积分数随孔深增加先缓后急下降；固气比和粒径增大会加剧渣屑滞留。多目标优化后，钻进速度提升约35%，能耗降低11.9%。研究揭示了氮气运渣机制，为工程应用提供了理论依据与设计参考。