钻机扭矩计算公式探讨

竖井钻机是一套钻井作业的综合设备。钻进时，由转盘通过钻杆带动钻头回转，靠钻头自身重力向下推进，钻下的岩碴用循环的泥浆带出地面，天井钻机以装有若干把滚刀的刀盘为钻具，作业时，通过回转机构和推进缸对钻具施加转矩和轴压，对工作面进行连续破岩。由供水系统通过可拆接的若干根钻杆将水送到钻具与岩石工作面，以达到冷却钻具、降尘和排碴的目的。竖井钻机和天井钻机的相同之处是大都采用牙轮钻头，泥浆或水循环排碴作业，依靠钻机的扭矩破岩。不同之处是竖井钻机靠其自身重力向下推进，天井钻机以通过推进缸对钻具施加轴压。因而其破岩机理是相同的。     

水射流辅助型锚杆钻机探讨

针对现有锚杆钻机在遇到硬岩顶板难以有效钻孔破岩的问题，设计了水射流辅助型锚杆钻机。水射流辅助型锚杆钻机能较好地利用水射流钻孔破岩及传统机械钻孔破岩的优点．克服传统机械钻孔破岩的弊端。论文介绍了其工作原理、组成、性能、优点及应用前景。     

YCJF-25型全液压冲击反循环钻机及其应用效率分析

主要为大口径基础灌注桩施工而设计的YCJF-25型全液压冲击反循环钻机具有碎岩能量大、破岩效率高、排渣速度快、能有效避免孔底岩屑的重复破碎的特点。介绍了YCJF-25型全液压冲击反循环钻机性能参数,阐明了钻机的结构特点,对比分析了钻机的施工效率。     

煤矿反井钻机滚刀破岩模拟试验台设计研究

为研究滚刀破岩机理和岩石可钻性与滚刀破岩的效果,研制了煤矿反井钻机滚刀破岩模拟试验台.该试验台能够实现滚刀直线方向运动下破岩过程的模拟,研究滚刀刀齿截距、法向压力、滚刀运转速度以及不同类型、型号的滚刀对破岩效果的影响.滚刀破岩模拟试验台采用液压伺服系统,可根据程序以及预先设置好的数据自动调整试验参数;利用高速摄像机拍摄滚刀破岩过程的具体细节;通过岩渣筛分得到岩石破碎过程中实际消耗的能量值,实现试验过程的可视化和智能化.试验运行证明,该机符合进行反井钻机滚刀破岩试验的要求.     

滚刀破岩试验装置的研制及应用

反井钻机在钻进过程中存在滚刀破岩效率低等问题,且刀具与岩石相互作用关系尚不明确。为探讨滚压破岩机理和效果的影响因素,自主研制了滚刀破岩模拟试验装置,能够进行不同滚刀类型和滚压参数的线性截割试验。选用单排镶齿滚刀进行了岩石破碎试验,获得正压力与滚动力关系曲线。结果表明:该试验装置可以实现滚刀在直线方向往复运动下的破岩过程模拟,具有较好的实用性和可靠性,为进一步揭示滚刀破岩机理和研究反井钻井工艺、技术、装备提供有效的测试手段。     

西部厚基岩地层竖井钻机机械破岩影响因素分析

竖井钻机钻井法凿井是现阶段我国盲竖井机械化、无人化、智能化建设的重要工艺技术之一。西部矿区厚基岩地层以胶结程度低、遇水易泥化、强度低的弱胶结岩石为主,与我国中东部竖井钻机钻进的深厚表土地层力学特性不同。针对西部富水弱胶结厚基岩地层条件,简述了竖井钻机钻井技术的发展历程、竖井钻机装备及旋转破岩方式,探讨了竖井钻机机械破岩钻进面临的厚基岩地层高效破岩、钻进技术参数随钻实时控制、地层自稳性差导致井帮失稳风险、泥包钻头或砂包钻头、泥浆性能参数随钻调配设计等难题,并从工程条件、地质特性、破岩刀具、钻头结构、刀具布置、钻进参数、泥浆排渣等方面分析了竖井钻机机械破岩的影响因素及其相互关联和制约关系,梳理了西部厚基岩地层竖井钻机机械破岩技术发展方向,以期为西部厚基岩地层竖井钻机机械破岩钻进技术发展提供参考。     

反井钻机滚刀的使用寿命

<正> 在煤矿建设中,反井钻机是用于钻井的一种常用设备,其上的刀具是一种镶嵌硬质合金的破岩滚刀。当钻机运转时,工况条件十分恶劣,滚刀要受到岩石的冲击、磨损等多方面交变周期性疲劳载荷的作用,对提高滚刀寿命,降低钻井成本是十分不利的。影响滚刀使用寿命的因素是多方面的,现以滚刀的破岩机理和加工工艺等方面进行探讨,以提高滚刀的使用寿命。     

硬岩大直径钻机用球齿滚刀破岩分析

从硬岩大直径竖井钻井工程的实际要求出发,分析了硬岩大直径竖井钻机用球齿滚刀破岩与轴压力、转速及洗井排碴等钻井工艺参数之间的关系,并给出了相关的计算公式;提出合理使用刀具应考虑的因素,并参考美国(休斯公司)、俄罗斯等国家的相关研究和试验结果,以某型钻机为例进行了定量分析。     

冲击旋转式锚杆钻机性能及应用

某矿回采巷道顶板存在一组黄泥夹层,巷道在打设锚杆时,采用普通旋转切削破岩方式的锚杆钻机,容易卡钻,钻头到达黄泥夹层处时排粉困难,钻进速度慢,难以满足生产需要。为此通过分析锚杆钻机破岩原理及性能,选择了一种新型冲击旋转式锚杆钻机,并进行现场应用。结果表明,采用新型锚杆钻机,缩短了锚杆打设时间,钻孔效率显著提高,可以满足正常生产需要。     

地下牙轮钻机的研究在我院方兴未艾

地下牙轮钻机在国外兴起之日，正是我国地下矿山深孔爆破迫切需用之时。“它山之石，可以攻玉”，我院科技人员收集了大量资料，研究分析了国外先进技术，并结合我国深孔分段爆破的特殊要求，对比了潜孔钻机与牙轮钻机的破岩方式，进而开展了地下牙轮钻机的研制工作。经过十余年的努力，我院与有关单位协作，先后研制成功４种型号的地下牙轮钻机，满足了地下矿山深孔爆破成井的穿孔需要，迎来了我国地下牙轮钻机发展的兴盛时期。     

径向水平钻孔直旋混合射流钻头设计与破岩特性

为解决高压水射流径向水平钻孔时孔径和孔深相互矛盾的问题,设计了一种兼具直射流和旋转射流特点的直旋混合射流钻头。给出了射流钻头设计方法,通过破岩实验,分析了直旋混合射流钻头结构对其破岩特性的影响。结果表明,直旋混合射流结合了直射流和旋转射流优点,比锥形喷嘴圆直射流扩孔能力强,比纯旋转射流钻孔深度大。影响直旋混合射流钻头破岩效果的结构参数较多,存在最优破岩效果结构参数,可通过不同参数组合调节破岩钻孔特征。需要进一步开展流场结构与破岩机理分析,为径向水平钻孔中射流钻头的设计提供更好的指导。     

泥湾门大桥浅海大直径嵌岩桩施工技术

介绍了在浅海施工直径２．２０ｍ嵌岩桩的技术问题。包括平台的搭设，用刮刀钻头与牙轮钻头钻进克取硬岩一次成孔工艺，利用冲洗液平衡原理处理浅海钻进护简断裂的成孔方法，改进浇灌清孔流程，保证浇灌质量。     

渭北油田岩石性能参数下PDC钻井破岩研究

PDC钻头几何结构复杂性、岩石材料差异性以及钻井工况的系统性,使得钻头切削破碎岩石的机理研究与钻头对地层的匹配适应性一直存在很大困难。基于渭北油田取心所测得岩石力学参数,获得了该区块的H-J-C岩石响应模型参数,通过三维CAD软件和有限元软件建立PDC钻头破岩的三维非线性动态仿真模型,开展PDC钻头在该区块的破岩规律研究,并深入研究钻头破岩过程中的响应规律。结果表明,该区块下钻头垂向加速度为0.1 m/s²,钻头垂向速度稳定在0.006 m/s,破岩功呈周期性变化、总体上升的规律趋势。该计算方法针对性较强,计算灵活便捷,为后期钻头—地层的适配性研究提供了技术手段。     

矿用三牙轮钻头浮动套磨损仿真分析与验证

为延长矿用三牙轮钻头使用寿命,探究其浮动轴承浮动套最易损坏位置和最大变形位置,首先对矿用三牙轮钻头进行力学分析,建立钻头的仿真模型,然后对浮动套受力情况进行仿真.仿真结果表明:浮动套在运转过程中,最易损坏位置为边缘处,最大变形位置为开口处,与实际情况相符.该研究为带浮动轴承的矿用三牙轮钻头的研发和浮动套内外间隙比的优化...     

钻头破岩振动低频特征室内实验研究

钻头破碎岩石时会产生宽频的振动信号,不同频段的信号蕴含了不同的信息,由于高频段信号能量低、衰减大,不易检测,因此,就钻头破岩信号在低频段特征进行了研究,通过不同岩性岩样的微钻实验数据分析,发现破碎不同岩性的岩石产生的信号在低频段具有固定的频率特征。     

模拟深井条件下的PDC钻头破岩试验研究

利用深井破岩试验装置模拟不同井深（0～5km）压力条件下对泥岩进行了PDC钻头破岩试验，试验结果表明：随着井深（围压）的增加，岩石强度增加，破碎岩石的切削力增加，同时，PDC钻头齿形和结构对破岩效率影响较大，因此必须按深井条件和岩石特点进行PDC钻头齿形和结构设计，以达到提高机械钻速的目的。     

麦盖提区块钻井关键技术研究及应用

塔里木盆地麦盖提地区异常地应力发育、古近系盐膏层易蠕变挤毁套管、二叠系火山岩钻井速度慢、古生界地层岩性复杂钻头选型难、三开井眼井壁稳定性差、奥陶系裂缝性地层涌漏风险高,为此开展了断裂带异常地应力分布规律、井身结构优化、高效破岩工具研制、刀翼式孕镶钻头研发、井壁稳定高效钻井液、欠平衡钻井等关键技术研究,提出了非常规井身结构优化设计系列,研制了高效破岩工具和刀翼式孕镶金刚石钻头,研发了高效抑制性防塌钻井液体系。在此基础上形成了钻井提速配套技术系列,完钻井平均机械钻速提高17.89%,钻井周期缩短34.55%。     

钻孔冲击破岩掘进过程的数值模拟与工艺探讨

为解决现有硬岩掘进方法进尺效率低的问题, 提出了使用液压冲击设备进行超硬全岩巷道快速掘进的新工艺和新方法。通过APDL编程, 利用“生死单元”对超硬岩体的钻孔冲击破碎过程进行了模拟和分析, 并在锦州凌海白台子乡花岗岩采石场进行了现场工艺试验。结果表明, 钎杆冲击位置与钻孔的距离应控制在0.15～0.2 m, 钻孔半径以0.035 m为宜。钻孔冲击破岩的效率约为无钻孔冲击破岩效率的4倍, 钻孔冲击破岩可以实现硬岩掘进, 但工艺还有待进一步优化。     

基于扭矩的安全钻进控制

扭矩是钻进过程中的一个重要参数,扭矩太小时破岩效率低而影响机械钻速,扭矩太大又可能会引发钻具事故,因此需要针对不同的钻具组合,探讨井口处钻柱及钻头扭矩计算方法。本文针对提供扭矩的顶驱或者电动钻机,阐述了钻柱井口扭矩值的计算。根据底部钻具组合中是否带螺杆钻具,提出了钻头处扭矩的计算方法。研究结果得出,在电机电压和负载电阻一定的条件下,井口钻柱的扭矩随其转速变化,一旦转速确定,则扭矩就确定。如果底部钻具组合中不带螺杆,则整个钻柱的扭矩值从井口到钻头向下逐渐递减;如果底部钻具组合中带有螺杆,则钻头扭矩就是此压力降下螺杆的输出扭矩值。螺杆的输出扭矩值与其负载压力降大小成正比,钻井液排量一定的情况下,一旦螺杆的负载压力降确定,其输出扭矩值确定。只要井口与钻头处扭矩差值不超过整个钻柱任意一处的抗扭强度,钻柱就不会发生因扭矩导致的事故。研究结果表明,本文提出的方法为科学选择顶驱或转盘转速及电机功率,合理匹配钻头和螺杆钻具等方面提供了理论指导。     

爆炸荷载下空孔效应的研究与应用

在深部岩石的破碎中,深孔爆破具有高效安全的特点,为改善爆破效果,使岩体的完整性降低,采用空孔控制裂纹的扩展,同时利用空孔补偿岩石的位移。根据爆破理论,确定压碎区、裂隙区、弹性区的范围,通过实验研究空孔位于不同作用区时岩石的断裂方向,分析空孔与装药孔间的距离对裂纹扩展的影响,并测量不同孔间距时空孔周围的应变。实验结果表明,空孔位于爆破裂隙区时,可以有效控制裂纹的扩展方向,空孔有定向致裂的作用,此时空孔周围的应变最大。在淮北矿业集团煤矿顶板弱化中,合理布置爆破参数,使难冒顶板变为易冒顶板,爆破后岩体声速降低40%~50%,爆破区域裂纹扩展,工作面推进阻力降低,达到爆破设计要求,提高了生产效率。