碎软煤层钻进钻杆槽体结构优化与工程应用

高瓦斯碎软煤层具有煤体强度低、瓦斯含量高等特征,钻进过程中钻孔变形量大、易失稳破坏形成塌孔,导致钻孔深度浅、钻进效率低,进而影响了瓦斯抽采效率。为了提升刻槽钻杆在碎软煤层的应用效果,考虑螺旋槽体头数、螺距、槽深与槽宽等关键参数,采用EDEM与Fluent气固相间耦合的数值计算方法,构建刻槽钻杆钻进排渣模型,对比分析了刻槽钻杆的结构参数对排渣性能的影响。结果表明,增加螺旋槽体的头数,有利于增大排渣空间,提升钻杆的排渣效果;对于Ф50 mm的小直径刻槽钻杆,钻杆表面螺旋槽体设计为三头结构,相比单头和双头槽体,其排渣性能有明显提升;三螺旋刻槽钻杆螺距设计为252 mm、槽深为2.5 mm、槽宽为16 mm时,钻杆的排渣效果最优。通过现场工业性试验,钻进效果与煤矿使用的圆钻杆进行对比,三螺旋刻槽钻杆钻进深度提高11.5%,钻进效率提高35.4%,成孔率达到100%,在钻孔施工的过程中断钻、卡钻等打钻事故均未发生。     

刻槽阻尼钻具孔内降阻防喷钻进技术研究

针对突出煤层瓦斯抽采钻孔易发生喷孔瓦斯超限的问题,围绕在钻孔内削弱瓦斯喷出压力的研究思路,设计了刻槽阻尼钻具,进行了组合钻具实验室阻尼效果分析,同时使用R780地质管材加工钻具,对钻具强度进行了仿真校核,并在屯兰矿18407轨道巷开展了现场钻进工业性试验。结果表明：通过刻槽阻尼钻杆一次卸压,扩孔钻头消耗剩余瓦斯气流携带能量可以有效降低瓦斯喷孔压力,瓦斯压力变动主要受刻槽阻尼钻杆参数设计及扩孔钻头物理形状影响。实验室钻具阻尼效果分析得出,瓦斯稳定流过钻具刻槽阻尼段风压降低约73.5%.钻具强度校核表明,各项安全系数大于1.现场使用刻槽阻尼钻具施工,钻具在钻孔内削弱瓦斯喷出压力的作用明显,未出现喷孔瓦斯超限。