基于数字钻孔的钻头磨损与随钻参数关系研究

通过随钻参数反演岩石力学参数是数字钻孔技术的核心问题，PDC钻头是数字钻孔技术中破岩的主要结构。为了分析PDC钻头磨损程度对随钻参数的影响，基于煤矿液压锚杆钻机建立了数字钻进系统。利用该系统进行了钻头不同磨损程度下的数字钻进试验，同时结合有限元软件对钻进过程进行模拟，研究了PDC钻头磨损条件下随钻参数的变化规律。研究结果表明：钻进过程中各随钻参数之间的相关性与岩石强度变化规律显著；随钻参数对钻头磨损程度响应明显，在相同动力以及岩石强度条件下，钻进速度随着钻头磨损程度的增大而减小，钻杆扭矩随磨损程度增加而增大。试验结果与数值计算结果变化规律一致，证明了钻头不同磨损程度对于数字钻孔技术确定岩石性质具有重要影响。该研究为PDC钻头在数字钻孔中合理调整钻进参数以及反演岩石力学参数提供了参考。     

小口径钻孔灌注桩在煤塔地基加固中的应用

景市焦化煤气厂煤塔地基加固钻孔灌注桩施工中，采用百米钻机解决了施工场地小问题；采用金钢石和牙轮钻头施工工艺解决了钢筋砼钻进及入岩深难题。     

快速大孔径钻孔技术

针对煤矿坑道大孔径岩石钻进速度慢的状况 ,在钻头部位增加冲击能量 ,改革坑道钻机的钻杆结构 ,采用快速大孔径钻孔技术 ,使钻进速度明显提高     

阿特拉斯新型钻机

《Engineering and Mining Journal》近期报道,阿特拉斯新型钻机CM785是在其700系列钻机基础上开发的,并结合ROC履带系列的特点和部件,使钻进能力、成孔质量、钻进速度都大有改进。该钻机使用5m长的钻杆,钻孔深度39．4m,钻孔直径165mm,可在各种岩石条件下钻进,旋转钻头扭矩可达6100N·m,冲洗水量为405L／s,相当充足。     

牙轮钻机钻孔能耗分析

通过对矿山使用的牙轮钻机实际情况调研结果的统计分析,研究了钻孔深度、岩石坚固性系数、钻孔速率、钻孔孔径对露天矿山钻孔能耗的影响。牙轮钻机在钻进过程中,延米耗电量与钻孔深度呈线性关系,而随着钻孔深度的增加,累计耗电量与钻孔深度呈指数关系增长;随着岩石坚固性系数的增大,大孔径牙轮钻机能耗增速低于小孔径牙轮钻机能耗增速,在坚固岩石中宜选用大孔径牙轮钻机;不同型号的钻机具有自己最适宜的钻孔速率,应根据实际情况进行调整;不同孔径的牙轮钻机钻孔延米耗电量不同,小直径炮孔延米耗电量明显偏低,然而由于大直径孔径延米爆破量大,其爆破单位岩量的钻孔能耗远小于小直径钻孔。研究结果对露天矿山的钻机选型及钻孔作业具有一定的指导意义。     

深天井钻机钻进导孔的工作参数研究

为了确保天井钻机在钻进导向孔时牙轮钻头处在岩石的有效体积破碎状态中工作,基于MATLAB软件,对大量深天井钻机钻进不同直径导向孔时的现场工作数据进行了分析和数据拟合,得出了天井钻机在最佳工作状态时的工作轴压、工作扭矩、钻进速度与牙轮钻头所在的掘进深度及普氏岩石硬度系数的数学模型,为设计先进的智能型大型深天井钻机全自动化导向孔钻进系统提供了理论依据。     

轻型钻机在西部山区深厚覆盖层水电勘探中的应用

在西部山区水利水电勘探中,采用轻型钻机钻进深厚覆盖层,并成功采集岩心是一项技术难题。钻进深度越大,越易产生坍塌、埋钻等事故,因而成孔极其困难。根据目前西部水利水电勘探的常用设备,采用轻型钻机,合理设计钻孔,并对泥浆护壁方法进行改进,使钻孔成功达到预定深度。应用结果表明:轻型钻机钻进深厚覆盖层时,孔身设计分为4级变径;深度70 m以浅采用硬质合金钻头,深度70 m以深采用孕镶金刚石钻头,钻进稳定;SM-KHm超低固相泥浆护壁,不仅环保而且节水,可有效保护孔壁稳定,防止塌孔;岩心采取率达到95%以上,钻孔最大钻进深度达到223.54 m,有效突破了轻型钻机的最大钻进深度,为轻型钻机钻进西部山区深厚覆盖层及取心提供重要的技术参考依据。     

科技信息

科研成果　　岩石长钻孔成孔设备及工艺的研究　该项研究是国家“九五”攻关项目“改善煤矿安全状况综合配套和关键技术的研究”的子专题 ,由煤炭科学研究总院西安分院与阳泉煤业 (集团 )公司共同完成。攻关目标是 :开发研制能钻进 60 0ｍ长大直径近水平岩石孔的钻机、钻具及成孔工艺 ,为以岩石长钻孔逐步代替走向高抽巷创造条件。　　此次研制成功了目前国内井下钻进水平孔能力最大的钻机———ＭＫ - 6型全液压坑道钻机及配套的高强度外平钻杆和复合片扩孔钻头 ,设计了使用稳定组合钻具回转钻进 ,二次成孔的成孔工艺 ,并在阳泉煤业 (集团 …     

多工艺钻进技术在垂直充填钻孔中的应用

在本溪思山岭铁矿垂直充填钻孔施工过程中,由于地层岩石致密、岩石可钻性低、研磨性高、破碎困难,如使用常规牙轮普钻钻进工艺不仅机械转速低,钻头寿命短,而且还无法保障充填钻孔的井身轨迹和质量,从而影响充填管下放及安装。文章介绍了思山岭铁矿垂直充填钻孔的钻进技术,采用空气潜孔锤钻进、常规牙轮正循环回转钻进和牙轮复合钻进配合HLMWD无线随钻测斜仪进行作业,牙轮扩孔方式完钻。通过优化钻具组合、调整钻进参数,井身轨迹得到了良好的控制,最大井斜、井底水平位移、最大全角变化率、井底闭合方位均符合井身质量要求,在确保井身轨迹相对平滑的前提下精准入巷中靶。     

牙轮钻机钻头钻进速度对钻孔效率和钻进费用的影响

影响露天矿全部作业的生产率的重要因素之一是牙轮钻机钻炮孔的效率。钻孔效率取决于钻机实际运转时钻孔快慢。钻机速度在很大程度上受选定钻头的钻进速度的影响。钻进速度会影响到生产率，同时由于缩短了总钻机作业时间，还可减少总钻孔费用。为了说明提高钻进速度对钻孔效率和钻孔生产费用的影响，我们以一个露天铜矿为例加以说明。这一露天铜矿的平均产量为10万t川，每年作业350天，用一台钻头尺寸为3if．Zmm（12．25英寸）的牙轮钻机来钻孔。钻进速度从22．86m（75英尺）／h提高到30．48m（100英尺）／h时，钻头平均寿命为2438～3048m…     

松软煤层瓦斯抽采钻孔煤岩层位识别关键技术研究与应用

煤矿瓦斯抽采钻孔在施工过程中无法明确清楚轨迹和钻头层位，通过人工经验判断法，根据钻孔泥浆颜色、排渣特征、钻机参数变化情况等信息来进行岩层或煤层识别，这种方法受工人经验积累程度、信息滞后、干扰因素多的影响，判断结果往往具有一定偏差、延迟和误差，无效进尺过多、钻孔效率低的弊端。为了实现准确、快速地识别钻孔当前所在层位，解决底抽巷穿层钻孔施工时无法识别钻孔轨迹和钻头层位问题，开发了一套钻机数据采集装备，加以配套的专用软件可以对钻孔过程中的钻进参数进行记录，进一步计算做功能量，再通过能量的变化来识别地层变化，将确定的数据阈值输入数据分析系统中；施工过程中该系统自动计算并识别钻进时的能量变化过程，最终给出煤岩地层信息变化的提示信息。研究为瓦斯抽采钻孔的施工提供了科学依据，辅助底抽巷穿层钻孔进行穿层判定，避免因施工不到位导致的钻孔空白带，可为煤矿的安全生产提供技术支撑。     

基于急倾斜煤层钻孔的大直径扩孔钻头研究

针对急倾斜煤层大直径钻孔采用大型机械施工造价昂贵、效率低下,采用普通钻机施工需多次更换钻头进行反复扩孔的问题,自主研制了一种"刮刀扩孔钻头"和"截齿扩孔钻头",能够充分利用煤层松软易碎的特点快速钻进形成大直径钻孔,提高了钻进效率,降低了工人劳动强度。     

各向异性岩石钻进用钻头和孔底装置的分析研究与探讨

钻探工程中会遇到各种岩石。按物理力学性质来说,岩石可分为均质(各向同性)和非均质(各向异性)的。多数情况下,在深孔钻进时,受地质条件的影响,岩石多是各向异性的。各向异性岩石的特点之一是,不同受力方向上的强度不同,因此钻孔容易弯曲,直接影响钻探效率和质量。俄罗斯科研人员对各向异性岩石中钻进时使用的钻头(如设计出了扇形块可移动钻头、定位导向钻头、椭圆形导向钻头、球状胎体铰接式钻头、水口宽度不同的钻头等)和孔底装置(如KCM孔底装置)进行了大量研究,取得了较好的效果,减少了钻孔弯曲,提高了钻进效率,值得我们参考。     

快速大孔径钻孔装置有创新

最近，山东省煤炭科学研究所和究州矿业（集团）公司兴隆庄媒矿对煤矿坑道大孔径岩石钻机钻进速度慢的状况，改革了坑道钻机的钻杆结构，采用快速大孔径钻进技术，在钻头部位增加冲击能量，使钻进速度明显提高。     

钻孔不稳定性分析及其治理对策

钻孔不稳定是钻探的主要问题之一。钻孔不稳定的模式可表述为:(1)特别软的煤和页岩能紧临钻头吃入岩石粘附于钻头形成泥包;(2)很厚的页岩类地层在钻进间是稳定的,但在钻孔穿透之后一段时间就开始剥落;(3)考虑页岩可能被剥离,钻孔     

高位定向长钻孔钻进工艺研究

为了有效抽采邻近层和采空区瓦斯,提出了采用高位定向长钻孔替代顶板高抽巷进行瓦斯抽采,针对红阳三矿钻进施工时,推进阻力大等问题,进行了定向钻孔与回转扩孔相结合的钻进工艺试验,及不同弯度孔底马达与不同直径钻头组合的钻进工艺试验。试验结果表明:3-5号钻孔采用1.25°弯头孔底马达配备φ96 mm钻头钻进,钻进至350 m出现推进阻力大的问题,采用φ153 mm钻头扩孔至320 m,可以多钻进约120 m;3-2号钻孔采用1.25°弯头孔底马达配备φ104 mm钻头钻进,钻孔深度610 m;3-3号钻孔采用1°弯头孔底马达配备φ100 mm钻头钻进,钻孔深度616 m,通过减小孔底马达弯头角度、增大钻头直径均可以有效减小推进阻力,明显增加钻孔深度。     

锚杆钻机新型钻头的研制

根据煤矿岩石特点,确定锚杆钻机钻头结构型式,研制了新型DP合金刀片,采用中频焊接工艺,选择滚压加工螺纹。通过实验对比分析,DP合金锚杆钻机钻头具有良好耐磨性和较高钻孔速度。     

SDY-1型微钻试验机

微钻机是一种用小尺寸钻头进行模拟钻进的钻机，是进行岩石破碎和可钻性研究的必要手段。1984年地矿部频布的《金刚石岩心钻探岩石可钻性分级表》（试行）中将微钻指标列为岩石可钻性分级的指标之一，因此微钻机就成为岩石可钻性分级的主要设备之一。由于微钻要求稳定的钻压和转速，且要求将较短时间内的钻进参数和钻进指标准确无误地记录下来，因此微钻机必须能稳定加压并正确测试各钻进参数和钻进指标。我们在完成岩石可钻性分级研究课题的过程中，研制了较为适用的SDY-1型微钻机，用其钻进了400余块岩样。现将该微钻机简要介绍如下。     

矿用大直径钻孔连杆式回拉扩孔钻头研发及应用

针对大直径钻孔成孔存在需多次提钻、钻孔轨迹难以控制、施工效率低的问题,设计了一种可开闭的φ300/153 mm连杆式回拉扩孔钻头,通过调节泥浆泵流量使刀翼在正常钻进过程中处于闭合状态,至目的地层张开实现提钻作业与回扩作业同时进行。详细介绍了连杆式回拉扩孔钻头结构及原理,分析了回拉扩孔钻头开闭机构的力学特性,得到了刀翼所受力矩与切削刀翼张角、曲柄长度、连杆长度和偏心距等因素有关;确定了偏心距及活塞行程,通过理论分析方法得到了使钻头开闭机构具有最佳传力性能的连杆及曲柄尺寸组合以及刀翼所受的推动力矩变化规律;基于自由水射流模型,提出了水流对活塞的推力计算方法,得到了泥浆泵达到最大流量时水流对活塞的推力,并给出了影响切削刀翼张开和复位的关键部件复位弹簧的设计计算。研制的钻头在煤矿井下进行了试验,现场结果表明:φ300/153 mm连杆式回拉扩孔钻头能够实现正常钻进保持φ153 mm钻孔钻进,回拉扩孔时实现φ300 mm钻孔回扩;钻进过程中切削刀翼开闭灵活,钻头钻进稳定、可靠性高,验证了连杆式回拉扩孔钻头结构设计及适用于普通非联络巷大直径钻孔成孔施工工艺的可行性。     

某金矿水平绳索取心钻进钻头选型及试验分析

为探明矿产储量和矿带产状,进行了水平绳索取心钻进试验。由于试验场地地质条件复杂,钻头不能很好的适应地层,未取得理想钻进效果。通过对绳索取心钻头的选型试验,重点分析了水平钻进对钻头的影响。结合完孔后的钻孔轨迹,逆向分析了水平钻进与钻孔轨迹的关系。选出了适合该矿区的钻头,并提出了钻头的改进方法及防止钻孔弯曲的建议。