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。     

淮南矿区复杂顶板高位定向孔复合排渣钻进技术

针对有线测量系统配套中心通缆式钻杆在淮南复杂顶板高位定向钻孔施工中,存在的钻孔进入目标层后钻遇复杂地层时憋压、卡钻、难以有效成孔的问题,分析了造成此类问题的原因,提出采用泥浆脉冲无线随钻测量系统配合整体式螺旋钻杆进行复杂顶板高位定向钻孔施工的技术方案。开发了基于整体式螺旋钻杆的复合排渣工艺技术,研制和选型了适用的钻进装备系统,形成了成套技术与装备,在淮南矿业集团潘三矿17102(3)工作面进行现场试验,完成顶板高位定向钻孔10个,孔深501m,钻孔总进尺5 010 m。试验表明:该套技术与装备具有排渣效果好、钻进安全性高、复杂地层中成孔率高等优点,显著提升了复杂顶板中高位定向钻孔施工效果。     

煤矿钻探用钻杆疲劳寿命预测研究

目前矿用钻杆在煤矿井下施工疲劳寿命预测困难,无报废标准和报废依据,导致煤矿井下钻杆断裂事故频发,严重影响煤矿井下勘探钻孔、瓦斯抽采钻孔、探放水钻孔的施工安全和施工进度。矿用钻杆的工况条件复杂,基于弹塑性力学无法对钻杆疲劳寿命、断裂失效原因、结构工艺的优化提高进行可靠研究;通过综合钻杆所受到转矩、弯矩、轴向力以及井壁的约束作用力等复合载荷条件建立钻杆约束模型,提出基于断裂力学和损伤力学、运用解析法和有限元分析方法对钻杆的疲劳寿命进行研究,并基于研发的钻杆动态性能试验系统对钻杆的疲劳寿命进行试验,提出矿用钻杆疲劳寿命预测研究方法,为钻探施工和钻杆的设计提供依据。结果表明:按照现有钻杆杆体、螺纹的加工工艺,73型钻杆在转矩4 000 N·m,施工钻孔终孔直径为96 mm时,通过钻杆动态性能试验系统对钻杆的疲劳寿命进行试验,钻杆的疲劳寿命为5.32×10~5～4.78×10~5转,疲劳寿命与所建立的钻杆疲劳寿命预测模型一致,钻杆疲劳寿命最小位置在公螺纹处,杆体在受到1 mm以下划痕对钻杆整体疲劳寿命无影响。     

煤矿车载钻机大扭矩回转器的设计与应用

针对现有煤矿车载钻机回转器在矿山地面救援孔、电缆孔等大直径钻孔施工中存在的扭矩能力不足、钻进工艺适应性差等问题,设计适用于大直径钻孔施工的大扭矩回转器。该回转器采用4个低速大转矩液压马达对称布局,通过一级齿轮减速箱带动主轴回转,扭矩达到30 000 Nm;采用大直径泥浆冲管总成,泥浆管路通径达φ150 mm。通过型式试验及现场工业性试验表明,该回转器回转扭矩大,泥浆管路通径大,可适用于多种钻探工艺,满足大直径深孔钻进施工要求。     

煤矿用钻杆疲劳寿命试验系统的研究与设计

为了满足目前煤矿井下瓦斯抽采、探放水以及地质探测等钻孔施工大孔深、大直径的需要,施工工艺对钻具使用寿命与质量提出更高的要求,其最大工作扭矩已经超过20000 Nm,现有煤矿井下钻杆质量与疲劳寿命缺乏有效的检验检测手段,钻具没有报废标准,导致煤矿井下钻孔施工事故频发。基于钻杆质量检测与钻具疲劳寿命研究需要,研制了一种煤矿用大扭矩钻杆疲劳寿命试验系统,最大扭矩达25000 Nm,可模拟矿用钻杆在施工条件下的扭矩、推进力、径向位移等载荷与约束,为钻具质量检测和疲劳寿命研究提供一种方法。     

宽叶片螺旋钻杆断裂原因分析与改进方法

针对松软煤层钻孔施工难的问题,设计了一种宽叶片螺旋钻杆。该钻杆在使用过程中多次出现钻杆钢管沿螺旋叶片焊缝断裂的质量问题。通过对断裂钻杆焊缝区及焊接工艺的分析,找到了钻杆断裂的根本原因,并提出了相应的改进措施,加强了钻杆焊接过程与终检工序的质量控制,提高了钻杆的焊接效率与焊接质量,为焊接式螺旋钻杆提供了一种可供借鉴的工艺方法。     

煤矿井下煤层大直径钻孔技术与装备

基于煤矿井下煤层大直径钻孔特点,开发了"先施工先导孔、再扩孔"的大直径钻孔施工工艺技术,以及配套的ZDY12000LD大功率钻机、φ400/127 mm大直径螺旋钻杆和φ450/153mm、φ650/450 mm大直径扩孔钻头等关键装备,有效保证了大直径钻孔的成孔质量。通过现场试验完成了孔径φ650 mm、最大孔深75 m大直径钻孔。     

顶板高位大直径水平长钻孔配套钻具研制

针对煤矿井下顶板高位大直径水平定向长钻孔施工中常规钻杆出现粘扣、弯曲、断裂等问题,分析了钻杆柱的工作状态,建立了顶板高位大直径长钻孔钻杆柱受力模型和有限元分析模型,明确了钻杆失效的主要原因,通过优化螺纹牙型和接头连接形式,研制了73 mm高韧性高强度钻杆,解决了定向钻孔扩孔钻进时钻杆断裂、粘扣等问题,满足了顶板高位大直径定向长钻孔的施工要求。     

软硬复合突出煤层提高钻进深度和效率的研究

晋煤集团赵庄矿3301工作面,瓦斯含量高、地压力大,煤体软硬变化不均,稳定性差,可定义为软硬复合突出煤层,采用常用光面钻杆施工,多次出现卡钻、断钻、丢钻等钻进事故.针对上述问题,研制大直径高强扒孔降温钻杆,为保证该钻杆强度的可靠性,建立73钻杆数学模型,对其强度进行校核.研究结果表明,采用R780地质管材加工大直径扒孔降温钻杆,其强度满足实际工况,通过工业性试验,钻进排渣顺畅,钻杆无弯曲、断裂现象,钻进深度提高32.44％,钻进效率提高30.41％.     

大直径反井钻机在开始扩孔时钻杆断裂分析与处理

以ZFYD2500型反井钻机为原型,针对该钻机在施工煤仓开始扩孔阶段出现的钻杆断裂事故,结合现场数据对钻杆进行力学分析和计算,总结出大直径反井钻机在扩孔施工中应如何避免钻杆断裂事故的发生。     

刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的合理参数研究

为充分发挥刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的优势,分析了刻槽钻杆螺旋槽宽度、深度、螺距的变化对排渣效果的影响情况。建立Φ50刻槽钻杆煤层钻孔三维模型,对不同参数的刻槽钻杆在钻孔内的排渣情况进行数值模拟。研究结果表明:螺旋槽宽度为12 mm,深度为1.1 mm,螺距为 76 mm ,排渣效果最优;通过突出煤层钻进工业性试验,钻进深度平均提高36.2%,钻进效率提高41.5%,且刻槽钻杆表面温差较小。     

郭庄矿松软煤层螺旋钻杆钻进技术及压力特征显现研究

为解决松软煤层螺旋钻杆在施工及验收过程中存在的钻进困难、验收误差大、人力物力消耗大等问题,根据郭庄矿工作面的现有情况,通过分析郭庄矿工作面螺旋钻杆施工工艺,采取了ZDY4200LP钻机和KGY8-2型压力传感器,从而对钻杆钻进和退钻过程中的压力进行监控,利用软件自动计算钻杆深度,进行误差测算,实时监控钻杆所受压力的曲线特征。提取压力曲线监测数据,分析退钻过程压力特征,从而确定退钻杆数量,确定钻孔进尺,为钻孔安全高效施工提供可靠依据。     

大孔径螺旋深孔钻机的设计和应用

大孔径螺旋深孔钻机采用独头钻采的工艺,主机布置在巷道中,利用液压推进装置带动旋转的钻具向煤层钻孔,钻头割煤,螺旋钻杆掏煤,煤直接落在运输机上运出,实现工作面无人安全钻采。     

插接式螺旋钻杆的摩擦焊接工艺

随着螺旋钻进技术的发展,插接式螺旋钻杆已被广泛地应用于松软煤层的钻孔施工中。本文介绍了插接式螺旋钻杆的结构特点,通过在加工中应用相位摩擦焊接技术,从而保证了钻杆连接处螺旋叶片流线的连续性,提高了钻杆的钻进效率。     

钻杆推力法预测冲击地压的实验研究

为准确预测预报矿井冲击地压,采用钻杆推力法来判断煤矿冲击地压危险性。通过建立钻进煤层过程中钻杆的动力学模型,得出钻杆推力与煤体应力的关系,利用自主研制的钻杆推力实验测试系统,在实验室测试了不同煤体应力下推力值的变化规律。实验结果表明:随着钻进深度的增加,推力值呈现先增大然后稳定再逐渐减小的规律;在相同钻机及钻具条件下,在矿井下进行原位钻孔实验,分析实验数据发现,钻杆推力与煤体应力、钻屑量有较好的对应关系,充分证明了利用钻杆推力预测冲击危险性的可行性。研究结果为煤矿冲击地压等动力灾害的预测预报和危险区域的判定提供了一种方法,可作为预测冲击危险性的参考性指标。     

空气冲击钻在大口径采动井施工技术研究

针对煤层气地面大口径采动井施工中遇含水、局部塌孔地层发生井壁失稳、井内岩屑返排不净及接钻杆时井底岩粉倒灌堵塞钻头的问题。开展并形成了以改进钻具组合为核心,改变加接钻杆方式等工艺的配合。结合现场实践,成功解决了钻遇强富含水层钻头堵塞、岩屑上返的难题,在提速方面取得了良好的效果,钻井周期明显缩短,经济效益明显提高。     

松软突出煤层合理钻杆研制及应用

松软突出煤层由于受煤和瓦斯赋存特征、高地应力、高瓦斯压力的综合作用,造成本煤层钻孔卡钻、塌孔现象经常发生,导致防突措施钻孔施工不到位,引起矿井采掘抽关系紧张,形成严重的安全生产隐患。在分析引起松软突出煤层钻进困难的原因之后,提出了合理的钻杆钻进排渣方法,并研制了新型高强三棱刻槽钻杆,在突出矿井本煤层孔钻进取得了良好的效果。     

松软特厚强黏结性突出煤层抽放钻孔工艺研究

为了解决松软特厚强黏结性突出煤层中抽放钻孔施工困难的问题,以新疆艾维尔沟矿区1930煤矿2上煤层为研究对象,通过6次现场试验及应用,对常规钻孔工艺与液压钻机配套三棱钻杆水排渣工艺进行对比分析。结果表明,液压钻机配套三棱钻杆水力排渣工艺能够有效避免孔内煤渣黏结,且护孔效果明显,对提高成孔率十分有利。     

大直径集束式潜孔锤反循环钻进方法先导性试验

依托某煤矿区大直径钻井工程项目展开了大直径集束式潜孔锤反循环钻进方法的先导性试验。在试验过程中,采用Φ710/311 mm扩孔用集束式反循环潜孔锤和Φ127/70 mm双壁钻具,通过优化风量、风压、转速等反循环钻进工艺参数,取得了良好的反循环效果,最高机械钻速达到了4 m/h,平均机械钻速2.1 m/h,与同条件下常规牙轮钻头扩孔钻进方法相比提高了2.6倍以上。试验结果表明：大直径集束式潜孔锤反循环钻进方法是解决大直径钻孔硬岩钻进难题的一种行之有效、值得深入研究与推广应用的高效钻进方法。