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Safety in Coal Maines
中国矿业大学（北京）：魏迎春教授研究团队|超声波解堵煤粉堵塞筛管的数值模拟研究
作者
任金伟1 , 魏迎春1, 2, 李慧茹3
王 平4, 刘子亮1, 王安民1
曹代勇1, 2
单位
1.中国矿业大学（北京） 地球科学与测绘工程学院，北京 100083
2.中国矿业大学（北京） 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083
3.中国矿业大学（北京） 科学技术研究院，北京 100083
4.中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司，北京 100095
摘要
针对煤层气井筛管出现的煤粉堵塞问题，借助COMSOL有限元仿真模拟软件搭建了煤层气井筛管的二维和三维仿真模型，采用数值分析的方法研究了超声波作用位置和频率对筛管区域声压和声场均匀性的影响，探讨了利用超声波解堵筛管的可能性。研究结果表明：超声波作用产生的声压可以达到发生空化效应的最小压力值，对煤粉堵塞筛管具有解堵效果；超声波作用于筛管下外侧壁中心和筛管下内侧壁中心时，声压幅值的变化趋势基本一致，声压幅值较大，但声场分布均匀性较差，而超声波作用于筛管内中心时，声压幅值较小，声场分布均匀性较好；绝对声压和声场均匀性随着超声波频率的增加整体呈上升趋势，在60 kHz频率下，绝对声压较大且声场均匀性较好，在20~40 kHz频率范围内，绝对声压和声场均匀性在较低的范围内变化，在40~60 kHz频率范围内，绝对声压和声场均匀性随频率的改变波动较大；利用超声波技术对筛管进行解堵时，若超声波作用于筛管下外侧壁中心和筛管下内侧壁中心，超声波频率选择50 kHz或60 kHz，若超声波作用于筛管内中心，超声波频率选择30 kHz或60 kHz，这2种情况筛管区域绝对声压较大且声场均匀性较好，空化程度较高，解堵效果较好。
作者简介
作者简介：任金伟（1992—），男，山东郯城人，硕士研究生，研究方向为煤层气开发地质。
通讯作者：魏迎春（1977—），女，山东巨野人，教授，博士，从事煤与煤层气地质、勘探与开发方面的教学和研究工作。
本文引用格式
任金伟，魏迎春，李慧茹，等. 超声波解堵煤粉堵塞筛管的数值模拟研究[J]. 煤矿安全，2025，56（2）：93−101.
REN Jinwei, WEI Yingchun, LI Huiru, et al. Numerical simulation study on ultrasonic unplugging of coal fines plugging screen tube[J]. Safety in Coal Mines, 2025, 56（2）: 93−101.
往期回顾
