钻杆直径及钻进速度对钻屑量影响试验研究

钻杆直径和钻进速度不统一造成钻屑量差异显著,使得现场钻屑量指标测定准确性无法保证。考虑深部开采条件下水平地应力作用不可忽略,建立了钻孔周围平面应变力学模型,引入有效应力推导得到单位长度钻屑量理论公式,经与现场钻屑量对比分析,验证了理论公式正确性,提出现场钻杆直径42 mm为宜。利用自主研制的三维应力煤体钻屑量检测试验装置,进行了不同钻杆直径及钻进速度钻屑量试验,得到钻杆直径及钻进速度与钻屑量间关系规律。结果表明:钻杆直径由12 mm增加至18 mm时,钻屑量均值和极大值均随钻杆直径增加而增大,均呈抛物线规律递增。对钻屑量均值与理论值进行对比分析,确定最优钻杆直径为16 mm。基于最优钻杆直径,钻进速度为2,2.5,3,3.5 mm/s时,钻屑量极大值为10.8,11.6,12.3,13.0 g,增加了7.4%,6.0%,5.7%,其增加幅度逐渐减小;同时钻屑量均值分别为9.34,10.14,10.8,11.20 g,增加了8.57%,6.51%和3.70%,呈幂函数递增规律。利用钻屑量指标法预测煤矿动力灾害时,应统一设定钻进速度及钻杆直径尺寸,提高预测准确性和可靠性。