Метод лабораторного определения параметров устройства гидроимпульсного воздействия
Дана стаття описує лабораторний метод, що визначає: мету, умови, обсяг і порядок проведення досліджень параметрів пристрою гідроімпульсної дії.
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Геотехническая механика |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54179 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Метод лабораторного определения параметров устройства гидроимпульсного воздействия / К.В. Цепков // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 235-240. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-54179 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-541792014-01-31T03:15:00Z Метод лабораторного определения параметров устройства гидроимпульсного воздействия Цепков, К.В. Дана стаття описує лабораторний метод, що визначає: мету, умови, обсяг і порядок проведення досліджень параметрів пристрою гідроімпульсної дії. This article describes the laboratory method that defines: the purpose, conditions, effort and procedure of the researching the device settings of hydroimpulsive impact. 2012 Article Метод лабораторного определения параметров устройства гидроимпульсного воздействия / К.В. Цепков // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 235-240. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54179 622.232.522.24:532.5.013 ru Геотехническая механика Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Дана стаття описує лабораторний метод, що визначає: мету, умови, обсяг і порядок
проведення досліджень параметрів пристрою гідроімпульсної дії. |
| format |
Article |
| author |
Цепков, К.В. |
| spellingShingle |
Цепков, К.В. Метод лабораторного определения параметров устройства гидроимпульсного воздействия Геотехническая механика |
| author_facet |
Цепков, К.В. |
| author_sort |
Цепков, К.В. |
| title |
Метод лабораторного определения параметров устройства гидроимпульсного воздействия |
| title_short |
Метод лабораторного определения параметров устройства гидроимпульсного воздействия |
| title_full |
Метод лабораторного определения параметров устройства гидроимпульсного воздействия |
| title_fullStr |
Метод лабораторного определения параметров устройства гидроимпульсного воздействия |
| title_full_unstemmed |
Метод лабораторного определения параметров устройства гидроимпульсного воздействия |
| title_sort |
метод лабораторного определения параметров устройства гидроимпульсного воздействия |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2012 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/54179 |
| citation_txt |
Метод лабораторного определения параметров устройства гидроимпульсного воздействия / К.В. Цепков // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2012. — Вип. 103. — С. 235-240. — Бібліогр.: 1 назв. — рос. |
| series |
Геотехническая механика |
| work_keys_str_mv |
AT cepkovkv metodlaboratornogoopredeleniâparametrovustrojstvagidroimpulʹsnogovozdejstviâ |
| first_indexed |
2025-07-05T05:34:28Z |
| last_indexed |
2025-07-05T05:34:28Z |
| _version_ |
1836783941069045760 |
| fulltext |
"Геотехническая механика" 235
УДК 622.232.522.24:532.5.013
К.В. Цепков, мл.науч.сотр.
(ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины)
МЕТОД ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
УСТРОЙСТВА ГИДРОИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
Дана стаття описує лабораторний метод, що визначає: мету, умови, обсяг і порядок
проведення досліджень параметрів пристрою гідроімпульсної дії.
THE LABORATORY METHOD FOR MEASURING OF THE
HYDROIMPULSIVE EQUIPMENT
This article describes the laboratory method that defines: the purpose, conditions, effort and
procedure of the researching the device settings of hydroimpulsive impact.
Применение высоконапорных режимов нагнетания жидкости в угольные
пласты с целью создания безопасных условий ведения горных работ по пыле-
вому и газовому факторам многократно проверено и подтверждено практикой
ведения горных работ. Вместе с тем ухудшение горно-геологических условий
на больших глубинах привели к значительному снижению эффективности
высоконапорного нагнетания жидкости с целью предотвращения газодинами-
ческих явлений и пылеобразования. В первую очередь это связано с измене-
нием свойств угольного пласта и отсутствием технических средств, которые
позволяют в этих условиях реализовать эффективное гидрорыхление и ув-
лажнение угля по всей мощности пласта при статическом нагнетании жидко-
сти. Кроме этого, в условиях больших глубин при гидрорыхлении выбросо-
опасных пластов возрастает вероятность проявления гидроразрыва и гидро-
отжима краевой части с последующим провоцированием внезапных выбро-
сов.
Уменьшить негативное влияние вышеотмеченных факторов и повысить
эффективность нагнетания жидкости через шпуры или скважины, пробурен-
ные из горных выработок, представляется возможным при переходе от стати-
ческого нагнетания к импульсному в режиме кавитации, так называемому
гидроимпульсному воздействию.
Отличительной особенностью технологии гидроимпульсного воздействия
является использование малорасходных высокочастотных генераторов упру-
гих колебаний в потоке нагнетаемой жидкости (далее генератор упругих ко-
лебаний – ГК-2,5). При этом ГК-2,5 обеспечивает стабильность режима кави-
тации в необходимом диапазоне давления подачи жидкости в угольный мас-
сив. Взаимосвязь характеристик насосных установок и ГК-2,5 позволяет эф-
фективно реализовывать процессы интенсификации трещинообразования, за-
полнение трещин жидкостью и изменения физико-механических свойств
угольного пласта.
Генераторы кавитаций ГК-2,5 используются в составе устройств гидроим-
пульсного воздействия.
Устройства гидроимпульсного воздействия (УГИВ) применяются с целью
повысить эффективность технологии гидрорыхления выбросоопасных уголь-
Выпуск № 103 236
ных пластов.
Целью данной работы является разработка лабораторного метода опреде-
ления гидродинамических параметров при автономных испытаниях ГК-2,5 и
при испытаниях УГИВ на модели имитатора скважины.
В методе предусматривается решение следующих основных задач:
- расчет геометрических размеров и изготовление генератора колебаний
(ГК-2,5) в соответствии с характеристиками насосной установки УНР или
УНИ-01, применяемых на шахтах при нагнетании жидкости в угольный
пласт;
- определение оптимальных конструктивных и режимных параметров ге-
нератора колебаний, при которых обеспечиваются максимальные значения
двойной амплитуды и частоты автоколебаний импульсов давления на выходе
генератора ГК-2,5;
- испытание УГИВ в условиях модели скважины и определение рацио-
нальных гидродинамических параметров устройства при переменных значе-
ниях давления на входе генератора, давления подпора и расхода жидкости по
длине фильтрационной части имитатора скважины.
Задачей данного исследования автономных испытаний ГК-2,5 является
определение гидродинамических характеристик: двойной амплитуды автоко-
лебаний давления, частоты автоколебаний и амплитудно-частотных характе-
ристик (АЧХ) генератора. Целью исследований УГИВ является определение
параметров гидроимпульсного воздействия в условиях модели скважины:
расход жидкости, давление на входе генератора и давление подпора, величи-
ны импульсов и частоты следования автоколебаний по длине фильтрацион-
ной части имитатора скважины в зависимости от давления подпора.
Лабораторные исследования гидродинамических характеристик ГК-2,5 и
параметров УГИВ проводятся в два этапа. Первый – автономное исследова-
ние характеристик ГК-2,5, второй – исследование УГИВ на модели скважины.
Исследования гидродинамических характеристик проводятся на гидравличе-
ском стенде высокого давления. Структурная схема гидравлического стенда
приведена на рис. 1. Стенд, как замкнутая система, состоит из следующих ос-
новных узлов: 1 – емкость объемом 8 м
3
, расположенная на специальном кар-
касе на высоте 1,5м от пола; 2 – вентиль регулируемый; 3 – фильтр; 4 – под-
качивающий насос с расходом до 160 л/мин и напором 7,0 МПа; 5 – ротаметр
для воды; 6 – входной трубопровод; 7 – насос УНР (или УНИ-01); 8 – напор-
ный трубопровод; 9 – объект испытания; 10 и 11 – регулируемые дроссели; 12
– сливной трубопровод; 13 – заправочный трубопровод; 14 – электрический
распределительный щит управления.
"Геотехническая механика" 237
Рис. 1 – Структурная схема гидравлического стенда
Гидравлический стенд высокого давления должен обеспечить определение
гидродинамических характеристик генератора и моделирование условий ра-
боты УГИВ в скважине угольного пласта по следующим параметрам:
- давлению нагнетания жидкости, создаваемого насосными установками
от 5,0 МПа до 30 МПа;
- расходу жидкости до 120 л/мин;
- давлению подпора (давлению газа в пласте и сопротивлению угля на
сдвиг) от 1,0 МПа до 12,0 МПа;
Системы стенда должны поддерживать установившееся давление на входе
в устройство Р0 = 5…30 МПа при расходе жидкости до Q = 120 л/мин. При
установившемся давлении Р0, давление на выходе из него Р1 должно плавно
изменяться в диапазоне (0,05…0,9)Р0. Приборы и аппаратура стенда должны
быть поверены и соответствовать диапазону измерения параметров. Исследо-
вание гидродинамических характеристик ГК-2,5 (зависимостей двойной ам-
плитуды колебаний давления P и частоты их следования f от давления под-
пора P1) и определение его АЧХ проводятся следующим образом. Генератор
ГК-2,5 присоединяется к последиффузорному каналу, который монтируется к
гидравлическому стенду. При открытых вентиле 2 и регулируемых дросселях
10 и 11 (рис. 1) система заполняется водой. После чего производится запуск
подкачивающего насоса 4 и основного насоса УНР. Входным дросселем 10,
расположенным перед объектом испытаний, задается давление на входе гене-
Выпуск № 103 238
ратора Р0 5; 10; 20; 30 МПа. При каждом установившемся давлении на вхо-
де Р0 выходным дросселем 11 дискретно изменяется давление на выходе Р1 с
шагом 0,1–2 МПа в зависимости от давлений нагнетания и подпора.
Запись гидродинамических параметров, таких как двойная амплитуда и
частота, осуществляется при помощи контрольно-измерительной аппаратуры.
Контрольно-измерительная аппаратура состоит из следующих основных уз-
лов: поверенный манометр, датчик индуктивный ДДИ-20, вторичный преоб-
разователь ИВП-2, ПЭВМ, соединительные кабели. Схема монтажа кон-
трольно-измерительной аппаратуры приведена на рис. 2.
1 – объект исследования; 2 – ГК-2,5; 3 - манометр; 4 - индуктивный датчик ДДИ-20; 5 –
двухканальный преобразователь ИВП-2; 6 - ПЭВМ; 7 - соединительные кабели типа КМВ
Рис. 2 – Схема монтажа контрольно-измерительной аппаратуры
Двухканальный преобразователь типа ИВП-2 является вторичным преоб-
разователем в системе измерения быстропеременных давлений. Он предна-
значен для преобразования изменений комплексного сопротивления датчика
в электрическое напряжение. В комплекте с прибором ИВП-2 используются
регистраторы с входным сопротивлением не менее 10 кОм и первичные пре-
образователи – датчики давления ДД-10, ДДИ-20 или ДДИ-21.
В качестве регистратора можно использовать шлейфовый осциллограф
или любую измерительную плату, поддерживающую, соединение с ИВП-2
при помощи кабеля марки КМВ.
Для измерения быстропеременных давлений на объекте исследований ис-
пользуются датчики избыточного давления типа: ДД-10, ДДИ-20 и ДДИ-21.
Основной характеристикой индуктивного датчика, определяющей рабочий
диапазон измеряемых давлений и его градуировочную кривую, является кон-
трольное давление РК, которое указывается на его корпусе.
Исследование параметров УГИВ при моделировании его работы в трубо-
проводе имитатора скважины проводится в аналогичной последовательности.
Перед исследованием УГИВ последиффузорный канал демонтируется, а ге-
"Геотехническая механика" 239
нератор ГК-2,5 устанавливается непосредственно перед объектом исследова-
ний.
Измерения гидродинамических характеристик и параметров проводятся в
следующей последовательности, более подробно описанной в [1].
1. По схеме (рис. 1) монтируется высоконапорная система, после чего
проверяется работоспособность узлов и механизмов. Согласно последова-
тельности проведения исследований на стенде устанавливается объект иссле-
дований.
2. На манометрическом прессе МП600 (рис. 3) производится тарирование
датчиков ДДИ-20. Для этого пресс, подготовленный к исследованиям, уста-
навливается на прочном столе, исключающим удары и вибрацию. Открывает-
ся запорный вентиль, поршень отводится в крайнее положение, вращая махо-
вик пресса по часовой стрелке; с помощью плунжерного насоса гидросистема
заполняется. После чего запорный вентиль закрывается. Вращая маховик
пресса против часовой стрелки на несколько оборотов, создать в гидросисте-
ме некоторое давление, затем открыть запорный вентиль и если в сливаемом
в бачок масле обнаружится пена или отдельные воздушные пузырьки, по-
вторно заполнить гидросистему и пресс маслом и повторить операцию.
1 – станина; 2 – поверенный манометр; 3 – датчики ДДИ-20;
4 – насос ручной плунжерный
Рис. 3 – Пресс манометрический МП600
Выпуск № 103 240
С помощью переходных штуцеров подключить к центральной стойке об-
разцовый манометр, а к левой и правой стойкам тарируемые датчики ДДИ-20.
С помощью соединительных кабелей подключить датчики ДДИ-20 к сиг-
нальному входу ИВП-2. Сигнальный выход ИВП-2 подключить к измери-
тельной плате, например E14-140, которая подключается к ПЭВМ.
При вращении маховика по часовой стрелке, давление в гидросистеме
плавно повышается, а при вращении против часовой стрелки – понижается.
Поверка и калибровка датчиков ДДИ-20 производится с помощью показа-
ний образцового манометра и обработки электрических сигналов на ПЭВМ с
помощью программы «Power Craph 3.3 Professional».
По окончанию работы запорный вентиль открывается, давление в гидро-
системе пресса сбрасывается, датчики отключаются от стоек пресса и уста-
навливаются на объект исследования.
3. Включаются подкачивающий и основной насосы и проводится контроль
масштаба ИВП-2. Измерения гидродинамических параметров P2–5 датчика-
ми ДДИ-20 осуществляется контрольно измерительной аппаратурой (рис. 2)
при установившемся режиме течения (Р0 и Р1 = const) со временем регистра-
ции не менее 0,5 секунды по команде «Замер». Установившиеся значения
давлений на входе Р0 и выходе Р1 по показаниям манометров заносятся в про-
токол испытаний.
4. На ПЭВМ по значениям измеренных величин производится расшиф-
ровка данных и расчет гидродинамических характеристик генератора ГК-2,5
на различных уровнях режима его работы. По установленным уровням режи-
ма определяется рациональный диапазон работоспособности генератора по
двойной амплитуде P с соответствующий ему частотой f автоколебаний,
максимальное давление подпора P1, которые отражаются на характеристике
генератора.
Таким образом, лабораторный метод, описанный в данной статье, позво-
ляет определить такие важные гидродинамические характеристики ГК-2,5 и
УГИВ как двойная амплитуда (размах) P, частота автоколебаний f с точно-
стью, достаточной для перехода от имитатора скважины к использованию
УГИВ в условиях проведения подготовительных выработок при разработке
угольных пластов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Методика лабораторных исследований параметров устройства гидроимпульсного воздействия на вы-
бросоопасные угольные пласты : утв. ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск: ИГМТ НАН Украины, 2012.
– 9 с.
"Геотехническая механика" 241
УДК 622.23:622.831:539.3
М.С. Четверик д. т. н., проф.,
М.А. Синенко асп.
(ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ
РАСТЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ВЫЕМКЕ УГЛЯ
Приведена швидкість переміщення деформацій в непорушеному масиві. Встановлено,
що швидкість в породах середнього ступеня метаморфізму складає 15 м/добу. Середня
швидкість переміщення деформацій в сланцях – 10 м/добу, в піщаниках – 15 м/добу. При
повторній підробці швидкість переміщення деформацій складає 17 м/добу.
THE DETERMINATION OF TENSILE DEFORMATION’S SPEED
TRAVEL IN MASSIF DURING THE COAL MINING
Deformation’s speed travel in the virgin rock massif is given in this article. It has been de-
termined that deformation’s speed in the rocks of medium-scale metamorphism was 15 meters
over the entire circadian period. The average speed of deformation’s travel in the shale rocks is
10 meters over the entire circadian period and in the sandstone is 15 meters over the entire circa-
dian period. During the recurring undermining the speed travel of deformations is 17 meters over
the entire circadian period.
При выемке угля в газонасыщенном углепородном массиве происходят
два независимых процесса: перемещается очистной забой и вверх от него раз-
вивается зона деформаций растяжений, которая на определенной высоте сме-
няется зоной сжатий. При этом над очистным пространством образуется раз-
рушенный массив, который проявляет себя как горное давление. В результате
разрушения подработанного массива горных пород увеличивается количество
метана. Он сосредотачивается в зонах деформаций растяжений. Зоны дефор-
маций растяжений в массиве зависят как от параметров процесса сдвижения,
скорости развития деформаций в массиве, так и от параметров очистного за-
боя. Управляя скоростью подвигания забоя и его параметрами можно дости-
гать разрушения именно тех пластов пород, в которых содержится метан.
Изучение параметров зон деформаций растяжений во взаимосвязи с парамет-
рами сдвижения массива горных пород и параметрами очистного забоя по-
зволит целенаправленно осуществить дегазацию массива путем извлечения из
него метана.
Процесс сдвижения происходит за определенный период времени, следо-
вательно, деформации в массиве также развиваются с какой то определенной
скоростью. Эта скорость была определена ранее для нарушенного и ненару-
шенного массивов. Результаты исследований, которые изложены в статье, ос-
новываются на инструментальных наблюдениях, полученных следующими
учеными: в ненарушенном массиве эту скорость определили [1] , проф. Кули-
баба С.Б. [2]. В нарушенном массиве – польский ученый А. Ковальски [3]. В
связи с тем, что скорость развития деформаций в массиве для различных ус-
ловий (для малых глубин, для больших глубин, подработанный и неподрабо-
танный массив) различна, то используем инструментальные наблюдения, по-
|