大直径定向长钻孔用ф73mm钻杆接头设计及应用

针对煤矿井下大直径定向长钻孔施工时常规钻杆频繁发生断裂及粘扣等问题,分析了钻杆失效原因,通过优选接头材质并借鉴石油管接头的设计经验,开发出双顶结构接头及W-038R螺纹牙型,并利用有限元分析软件、室内试验及现场试验的方式依次对设计开发的W-038R螺纹接头和常规V-040螺纹接头进行对比,结果表明,工况加载条件下W-038R螺纹接头应力分布要明显优于V-040螺纹接头,前者可以满足使用要求,而后者会发生联接失效;室内静扭试验表明,设计的W-038R螺纹接头静扭能力可达22 000 Nm,是V-040螺纹接头1.5倍;现场试验表明,同等施工条件下,W-038R螺纹接头钻杆千米扩孔进尺钻具事故率约为V-040螺纹接头常规外平钻杆的18%。     

提高钻杆接头螺纹强度的有效方法研究

以接触非线性有限元理论为基础，建立了钻杆接头螺纹非线性有限元分析模型。运用大型通用有限元分析软件研究了钻杆接头螺纹外径对其强度的影响规律。研究结果表明，适当增大螺纹外径，可以有效改善接头螺纹内部的应力分布状态，接头螺纹整体强度提高约32％。     

矿用钻杆接头螺纹加工切屑形成试验研究

针对矿用钻杆接头螺纹加工切屑缠绕刀具的问题进行接头螺纹切屑形成的研究,设计切削参数的正交试验,并结合金相显微镜对切屑微观形貌观察,分析得到了切屑的锯齿微观形貌随切削用量的变化规律,并通过锯齿形貌与切屑形成过程中切削力、切削热的关系,得到了切削力、切削热与切削用量的变化规律。切屑形成实验为接头加工质量提供可靠保证,并对进一步研究切削机理、科学地选择工艺参数具有重要指导意义。     

金刚石钻探用钻杆的改进与使用效果

金刚石钻探用钻杆存在易折断的问题，经多年研究，采用圆锥粗尖螺纹锁接头与摩擦焊接后，使断钻杆事故骤降，而且密封不漏，防止了烧钻事故，取得了很好的社会经济效益。     

基于ANSYS的钻杆螺纹结构形式分析

钻杆失效的主要部位在钻杆接头,而接头的关键为接头螺纹。利用通用有限元软件对螺纹的台肩、锥度以及牙型3种主要形式作了分析比较,为千米定向钻机钻杆的设计提供了重要的参考依据。     

旋转轴用液体密封设计

设计了一种新型液体密封装置,对密封腔内液体流场进行分析,确定了适用的密封液。利用Pro/E软件对液体密封腔体流场进行建模,得到螺纹升角、密封间隙、螺纹槽深和液体密封环介质对密封效果影响的规律,得出最佳旋转轴用液体密封结构参数。经验证,设计的旋转轴用液体密封,能够在密封失效后得到快速修复,实现被密封液体零泄漏,与传统机械密封相比,延长了设备的维修周期,为实际应用提供依据。     

矿用高强度钻杆接头加工优化工艺研究

针对2014年钻探分院生产的钻杆在煤矿井下瓦斯抽排放孔施工出现的大批次钻杆质量问题,经系统分析认为接头螺纹存在设计与热处理工艺缺陷。将从接头原料控制、螺纹紧密距优化、螺纹氮化工艺三方面入手解决钻杆质量问题,最终采用锻造接头,近零紧密距螺纹,公接头螺纹氮化方案组合优化工艺生产钻杆接头,其质量已被证明稳定可靠。     

小口径接头螺纹铣削装置

近年来，我在从事钻杆接头加工工艺的设计与生产中，总结钻杆锁接头、接箍等铣削装置及设备存在的问题，结合金刚石钻进用钻杆接头孔小、螺纹为特殊梯形螺纹等特点，设计了一种专为加工钻杆接头的铣丝装置，现将其结构及有关参数介绍如下。一、旋风铣削螺纹原理旋风铣削螺纹，是螺纹加工中生产效率较高的一种方法，具有操作简单、产品质量稳定等优点，适用于大批量的螺纹件生产。图1为旋风铣削螺纹示意图。其主要切削过程     

摩擦系数对钻杆锥螺纹接头连接性能的影响

研究钻杆锥螺纹接头结构在施加载荷后的受力特点及变形情况,推导出了锥螺纹预紧力随螺纹端面摩擦系数与螺旋副之间摩擦系数变化关系式。建立了螺纹机构的接触有限元分析模型,分析了在多组摩擦系数影响下的连接螺纹最大等效应力变化;并找出了连接螺纹最大等效应力随摩擦系数的变化规律。结果表明,螺纹在受载时的最大等效应力对摩擦系数的变化相当敏感,从而为钻杆螺纹的合理设计和加工工艺提供了依据。     

钻铤螺纹加工工艺的研究

针对钻铤接头螺纹的抗粘扣性和预防螺纹粘扣问题,展开对钻铤材料的硬度和钻铤锥螺纹加工工艺的研究。首先,为保证钻杆接头强度与硬度的对应性,确定钻杆接头的最低检验硬度为HB295,然后制定标准锥螺纹加工尺寸图纸,最后从工件的装夹、螺纹刀杆的校正、加工工艺的重新制定进行了研究。通过对井场试验结果及使用情况分析,所有的新加工钻铤没有发生过粘扣现象。实践表明,重新制定的加工工艺有效避免了粘扣现象的发生。该研究具有一定的工程实际应用价值。     

基于ANSYS绳索取心钻杆和连接接头的应力分析

对绳索取心钻探施工的工况进行了分析,利用ANSYS软件对绳索取心钻杆以及连接接头的应力状态进行了三维模拟,提出了不同工况条件下,钻杆柱最大应力出现的位置。所得的结论对预防钻杆折断事故、优化接头螺纹设计、确定合理钻进参数有一定的参考意义。     

适应复杂钻探条件的钻探螺纹设计探讨

分析钻探、钻井工程中钻柱的力学情况,钻柱螺纹现状,提出钻柱螺纹的技术创新思路,及技术创新后的钻柱螺纹优点。     

煤矿用钛合金无磁钻杆的中试研究

目前,国内外煤矿坑道水平定向钻探用无磁钻杆材料均选用铍铜QBe2(C17200),该合金材料的延伸率低,钻杆易出现断裂事故。为解决这一问题,研究了高强度钛合金钻杆,探讨了钻杆的材料选择及螺纹结构设计。试验了钻杆的加厚工艺,其强度达到了设计要求,并通过现场试验验证了钻杆的使用效果。     

插接式螺旋钻杆结构及制造工艺的改进

插接式螺旋钻杆是一种广泛应用于煤矿松软煤层钻孔施工中的重要钻具,通过改进钻杆接头和连接销的结构,优化接头加工工艺和钻杆的焊接工艺。使用结果表明,提高了钻杆的生产效率和使用性能。     

一种多头凹槽螺旋钻杆的研制

以多头凹槽螺旋钻杆为研究对象,详细介绍了钻杆的研制过程,分析了多头凹槽螺旋钻杆的排渣机理,简述了钻杆的强度计算与校核。通过现场工业试验,改进凹槽螺旋钻杆的凹槽结构与接头的加工工艺,提高了多头凹槽螺旋钻杆工作的可靠性。     

接杆凿岩接头动力模型及其分析

接杆钎对冲击能的传递特性影响接杆式凿岩效率，而接头是接杆钎的重要环节，作者利用冲击钻进波动理论和现代控制理论，建立了接杆凿岩接头的ＳＤＭ（Ｓｐｒｉｎｇ－ＤａｍｐＭａｓｓ）动力模型，并对接头的能量传递机制进行了分析，为实现接头的优化设计提供了理论基础。     

优化设计在煤矿用坑道钻机液压卡盘研究中的应用

将现代设计方法中的优化设计技术应用于ZK-150型钻机液压卡盘的研究。对液压卡盘关键零件碟形弹簧进行针对性的研究,编制了计算机辅助优化程序。通过优化设计,使设计质量得到很大提高,对于提高整机性能起到了保障作用。     

地质钻探用避雷针的设计与标准化安装

针对井场的防雷问题,开展了井场直击雷防护技术研究,有效确定了钻塔避雷针保护范围,对常见的钻塔避雷针进行了标准化设计,制定了详细的结构方案。并开展井场接地装置的研究,对现有接地装置存在的不足,进行了标准化设计改进,使得接地体满足合格、经济、方便安装拆卸重复使用等要求,设计了一种便于安装拆卸、可反复多次使用的野外钻探专用接地装置。有效改变雷电的主放电渠道,使保护区内不落直击雷,并在全队钻机进行了示范应用,取得了良好效果。     

平煤十矿本煤层深孔施工装备及工艺研究应用

为解决本煤层打钻施工过程中,钻杆发热、瓦斯涌出形成喷孔、卡钻和成孔率低等问题,研发CMS1-1200/30 J新型煤矿用液压深孔钻车,其由主机液压系统、履带行走部、工作机构、机架、泵站和钻具等6部分组成,通过在钻孔设计、新型钻具和打钻工艺的研究试验表明,使用螺旋钻杆避免了钻杆壁与同一处煤粉长期摩擦而起热,减少了钻孔口产尘量,有效孔径大,完全实现由钻杆旋转的自排粉的功能,平均孔深83.5 m,提高了突出煤层中钻孔施工深度,成孔率在65%以上,提高煤层瓦斯释放和抽放效果,消除松软煤层瓦斯突出,实现安全生产。     

煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂运动学研究

通过分析煤矿井下瓦斯抽采钻孔机器人钻臂机构动作过程和结构原理,建立了钻臂关节坐标系,得到了连杆D-H参数,根据建立的钻孔机器人钻臂正向运动学模型,求得钻孔机器人钻臂基坐标系与钻杆末端坐标之间位姿变换矩阵、钻臂关节变量与末端位姿关系式;运用非线性映射能力强的RBF神经网络算法,实现了钻臂运动学逆解的快速和高精度求解。采用蒙特卡洛法对钻臂工作空间求解,得到了末端集合点在钻臂工作空间的散点图,验证钻臂设计工作空间可行性。该研究可为钻孔机器人钻臂的精确定位、运动学分析、轨迹规划奠定基础。