瓦斯抽放钻杆加工工艺探讨

研究分析了瓦斯抽放钻杆的主要失效原因,从钻杆材料、摩擦焊、热处理三方面入手,通过对钻杆工艺的试验和改进,来提高钻杆质量,延长使用寿命,扩大社会效益。     

矿用钻杆抗腐蚀性能研究

矿用钻杆腐蚀问题严重,利用牺牲阳极法阴极保护技术,根据阳极材料的选择原则,优选了Al系、Mg系、Al-Zn系合金作为防腐的阳极材料,以KCl饱和溶液作为腐蚀环境,对常规矿用钻杆材料进行了牺牲阳极法阴极保护防腐试验,测得腐蚀速率及腐蚀产物的微观形貌,通过对腐蚀产物EDS分析,得到腐蚀产物中主要存在FeyOx或Fe(CO3)x。经电化学腐蚀试验,经Al系牺牲阳极保护的钻杆材料开路电压和腐蚀速率指标最优,确定了Al系牺牲阳极保护材料。通过牺牲阳极面积分析,采用Al系阳极保护后的钻杆材料抗腐蚀效果提高5倍,保护面积比为30。     

报废钻杆的合理利用研究

钻杆是一种与钻机配合使用,用于煤层或岩层钻孔的易消耗材料,详细分析了钻杆的报废形式,通过对可回收利用的钻杆进行了详细的力学分析,结合现场试验和计算机数值计算,提出了能够合理利用的具体技术参数。     

针对松软突出煤层椭圆钻杆的研制

基于松软煤突出煤层中钻瓦斯抽放孔的施工特点和钻机已有配套钻杆特点的分析,设计了一种新型椭圆钻杆,并从该型号钻杆设计的理论基础、材料选择及传递的扭矩校核进行了探讨和计算。通过在松软突出煤层中打钻试验结果表明,该型号椭圆钻杆提高了钻机在松软突出煤层中成孔深度、成孔率及钻进效率,并为瓦斯抽放钻机增添了一种配套钻杆。     

松软煤层瓦斯抽放高强钻杆的研制及应用

 平顶山矿区松软煤层普遍具有瓦斯含量高、瓦斯压力高、突出危险性大、煤层透气性低等特点,松软煤层瓦斯抽放困难成为制约煤矿安全生产的关键问题。针对平顶山矿区松软煤层瓦斯抽放过程中抽放钻杆性能不足,分析了目前应用的螺旋钻杆的工况,对螺旋钻杆的结构、材料、连接方式以及焊接方式进行设计,研制出适合松软煤层瓦斯抽放的螺旋钻杆,并进行了工业性试验。试验表明,研制的高强度瓦斯抽放钻杆设计合理,具有良好的强度和韧性,使用效果显著。     

极地钻探用铝合金双壁钻杆结构强度的有限元分析及试验研究

为了实现钻穿冰盖、直接获取冰下基岩样品的科研目标,本文设计了一种极地钻探用铝合金双壁钻杆,使钻杆可以满足极地上覆积雪层、冰层、冰岩夹层和冰下基岩等不同地层的空气反循环、水力反循环、绳索取心钻进相配合等钻进需求。依据铝合金双壁钻杆在极限拉伸、极限拉扭组合工况下的受力情况,开展了双壁钻杆的有限元分析,并对双壁钻杆外管与钢接头连接试样进行了拉伸试验与扭转试验。双壁钻杆有限元分析结果表明：在极限拉伸和极限拉扭组合工况下铝合金双壁钻杆中产生的最大应力分别为183.8 MPa与161.9 MPa,均小于铝合金材料的屈服强度489.99 MPa。双壁钻杆外管与钢接头连接试样强度试验结果也表明：拉伸试样破坏时的极限可承载拉力为399.5 kN,远大于提升1000 m双壁钻杆所需的拉力（208.11 kN）;扭转试样破坏时的极限可承载扭矩为8264.7N·m,同样大于钻杆在正常钻进过程当中所承受的最大扭矩（1990.56 N·m）。上述结果表明,极地钻探用铝合金双壁钻杆设计方案可以满足极地钻探使用要求。     

钻杆内螺纹接头摩擦热裂原因探讨

钻杆内螺纹接头摩擦热裂失效事故随着近年来深井、超深井和水平井等复杂工况井的增加而时有发生,已成为钻杆内螺纹接头失效的一种重要形式。本文对钻杆内螺纹接头摩擦热裂纹的宏观失效形式,微观断面特征和材料组织相变特征进行了分析,从钻杆接头受力,钻杆接头材料进行了失效机理研究,并从钻杆使用,材料性能和表面处理等方面提出了预防失效的建议和措施。     

一种水平定向钻进用双通道钻杆的研制

以水平定向钻进双通道钻杆为研究对象,根据定向钻进的工作原理,简述了双通道钻杆的结构设计研究,并对钻杆的强度和密封结构进行了计算。通过对钻杆的性能试验和工艺试验,验证了双通道钻杆信号传输的可靠性。     

坑道高强度绳索取心钻杆研制及应用

坑道绳索取心钻探是一种高效的资源勘探方式,钻探角度多样。地面标准绳索取心钻杆大多应用于垂直钻孔,难以满足坑道水平钻孔的恶劣工况。以提高钻杆的强度为目的,在结构设计、螺纹设计和材料选择方面开展研究,开发坑道高强度绳索取心钻杆,经过强度校核计算,满足设计要求。该钻杆配套ZDY1000G型全液压钻机、泥浆泵、绳索取心钻具在北京大安山煤矿进行了工业性试验,施工钻孔总进尺达到1 399.02 m。施工期间钻杆未出现断裂、过度磨损等情况,验证了该结构钻杆的可靠性。     

ф63.5mm外平钻杆接头抗扭强度数值分析

采用有限单元法对ф63.5mm外平钻杆接头的抗扭强度进行了数值分析,结果表明,该规格的钻杆接头能够承受的最大扭矩约为6 030 Nm,分析结果与试验结果一致。在此扭矩下,钻杆最大等效应力出现在公接头锥扣大端螺纹处,值为960.29 MPa,约等于钻杆材料的屈服强度960MPa。母接头此时的最大等效应力为801.9 MPa,位于母接头锥扣的小端螺纹处。分析结果合理地解释了在钻杆实际使用过程中公接头经常先断裂的原因。     

TGQ背包式取样钻机的研制

目前在普查踏勘阶段,地质工作者要求随时随地取样,迫切地需要迁移便捷、快速钻进、高效高质的便携式取样钻机。本文介绍了研制的TGQ背包式取样钻机的参数、特点及试验情况。该钻机体积小、质量轻、结构设计合理,具有高、低两挡转速,可以实现金刚石钻进、螺旋钻进工艺,可以进行斜孔钻进取心,可以解决复杂地层的取样问题。钻具采用高强度的材料,钻杆采用插装式快速连接结构,提高了加减钻杆的效率。钻机的研制打破了国外背包式轻便钻机对我国市场的垄断。     

深部钻探铝合金钻杆开发应用

铝合金钻杆具有质量轻、比强度高、钻进深度大等特点,开发并应用铝合金钻杆对提高我国难进入地区钻探施工效率、推动深部科学钻探技术进步以及节能降耗等具有重大现实意义。本文介绍了我国铝合金钻杆批量化、系列化开发与应用的现状,并重点分析了铝合金钻杆应用技术特点、试制关键技术、室内试验和推广应用情况;根据铝合金钻杆的实钻应用情况及研发趋势,提出了我国铝合金钻杆开发的新构想。     

采矿钻车快换钎杆凿岩试验与失效分析

液压采矿钻车快换钎杆是采矿钻车钎具组中的重要部件。通过钎杆生产工艺改进和矿山凿岩试验,以及对试验产品和失效样的检验,初步确认了液压采矿钻车快换钎杆用钢材材质和热处理工艺的合理性,并针对存在的问题提出了改进意见。     

地质钻探高强度铝合金钻杆研制及其应用

铝合金钻杆的设计制造技术属高新技术范畴,世界上只有俄罗斯、美国等少数发达国家能够批量生产。简要介绍了我国地质钻探用铝合金管材研制、铝合金钻杆制造关键技术及野外试验情况,并对今后铝合金钻杆的研发和应用方向提出了建议。项目工作成果对今后我国开发特深孔铝合金绳索取心钻杆和超深孔铝合金钻杆具有重要价值。安徽彭桥煤矿区的铝合金钻杆钻探试验最大孔深超过1000 m,应用效果良好,开辟了我国地质钻探铝合金钻杆在中深孔应用的先河。     

钻进方向可调的高压气射流钻具

传统钻机大多依靠连接在钻杆前端的旋转钻头上的硬质合金块切割实现钻进,随着钻孔的钻进其钻头会被磨损。现介绍一种新型的钻进方向可调的高压气射流钻具,其钻杆不需要旋转即可进行钻进,解决了长钻孔施工时需要大转矩的问题;钻具的钻杆上引入了为钻杆提供前进或后退动力的行进机构,解决了长钻孔施工时钻杆前后运动动力不足的问题;钻具的钻头通过气体驱动旋转并释放出高压气体流,产生类似于水刀的效果,最终达到切削煤层或岩层的目的。方向可调的高压气射流钻具的新功能,能够克服传统钻机存在的诸多缺陷。     

松软突出煤层新型钻进技术研究

低螺旋钻杆是为解决松软突出煤层钻进难题而发明的一种新型钻杆.为充分发挥低螺旋钻杆应用于松软煤层钻进的优势,根据实际应用情况,建立相应的排渣数值模型,分析低螺旋钻杆螺旋凸棱的宽度和螺距的变化对排渣效果的影响情况;根据在实际应用中配套钻机的动力参数,对低螺旋钻杆进行强度分析.研究结果表明,螺旋凸棱宽度l为14 mm,螺距s为80 mm,排渣效果最优,且钻杆强度的最小安全系数为1.87,钻杆加工参数优化设计合理.通过松软突出煤层钻进工业性试验,钻进深度和钻进效率提高显著.     

Water separator shows potential for reducing respirable dust generated on small-diameter rotary blasthole drills

Drilling with water has the potential to significantly reduce the respirable dust concentrations generated from small-diameter rotary drills when drilling blastholes on surface mining operations. However, water adversely affects tri-cone drill bits commonly used in surface drilling operations, causing excessive wear and premature replacement. Consequently, dry drilling with a dust collector system has the most widespread use in the industry. Tests have been conducted by the National Institute of Occupational Safety and Health (NIOSH), Pittsburgh Research Laboratory (PRL) on a newly designed device for smaller diameter drills that separates the water from the bailing air before it reaches the bit and thus provides the cost benefit of dry drilling while providing the benefit of wet drilling for dust suppression. The water that is delivered to the hole with the bailing air is separated from the air by a proprietary mechanical device that is encased in a drill sub (short section of drill rod/pipe) located immediately behind the cutting bit. A cascade cyclone and a real-time dust monitor were used to sample dust emissions from the holes. Dust concentrations and silica content were measured when drilling dry versus drilling wet. The tests show that drilling with this water separating sub can reduce both measured dust emissions from the boreholes and visible dust around the drill rig.     

基于响应面法的潜孔钻机卸扣钳卡瓦结构优化设计

卡瓦结构对于潜孔钻机卸扣过程中钻杆的变形有重要影响。采用有限元法对其夹持钻杆变形量进行分析,以减小卡瓦质量和钻杆变形量为目标,对卡瓦几何结构参数进行实验设计与响应面建模,在此基础上采用多目标优化遗传算法并结合实际工艺参数得到最优设计方案。优化后卡瓦结构在同等工况下卡瓦质量下降了27%,夹持钻杆变形量减少了31.9%,为潜孔钻机卸扣钳卡瓦设计提供了理论指导。     

深孔取心钻探装备的优化配置

首先介绍了不同的钻探技术指标对钻探施工效率的影响作用,提出了“开展钻探装备优化配置是以获得最佳的钻探技术指标和最佳的钻探施工经济性为目标”的观点;然后逐项对深孔取心钻探装备的要素,包括钻机、钻进方法、绳索取心钻杆、钻头、定向钻进器具和泥浆泵,进行了分析,提出了对各要素优化的建议;在此基础上,形成了对深孔取心钻探装备优化配置的建议。