淮南矿区井下穿层孔硬岩钻进效率研究

发布时间：2020-07-31 15:11

【摘要】：为有效预防矿井生产过程中瓦斯引发的灾害,淮南矿区采用穿层钻孔进行治理。但是在煤层顶、底板施工穿层钻孔时,在硬岩或软硬交互地层中钻进效率低。基于这一问题,展开淮南矿区井下穿层孔硬岩钻进技术研究,最终达到高效钻进的目的。论文通过查阅国内外硬岩钻进研究现状,了解了淮南矿区地质条件、煤系及煤层的岩性、现有装备和钻进技术之后,对研究区井下穿层孔硬岩钻进效率的影响因素进行分析,得出影响硬岩钻进关键因素为轴向荷载和钻头。依据关键因素对钻具的破岩机制展开分析,并建立了钻头与岩层作用仿真模型。模型模拟过程中钻头随轴向荷载增加,位移、应力和塑性区均增加,通过模型计算得到三翼圆弧胎体PDC钻头和四翼平角胎体PDC钻头压入作用效果明显高于钎头的结论。最后在淮南矿区进行了井下穿层孔硬岩高效成孔试验,验证了理论研究成果,并依据试验结果的统计和灰色关联分析,通过试验分析得出的结论是硬岩钻进过程中回转钻进工艺条件下的钻进效率低于冲击回转钻进工艺条件下的钻进效率,气动冲击回转钻进工艺下的钻进工艺参数低于液动冲击回转过程中的钻进工艺参数;中硬岩层钻进中不同结构钻头的钻进效率差距较大;随岩层坚固性系数的提高,钻进工艺参数泵压增大、钻压下降、转速提高;钎头更适合与气动潜孔锤钻具组合;进尺、螺旋钻杆使用和钻压是井下穿层孔硬岩钻进效率最重要的因素,钻进工艺参数与钻进效率关联程度最大,钻具组合是次于钻进参数的影响因素。上述研究成果在淮南矿区瓦斯抽采穿层钻孔的工程实践中得到了验证,为淮南矿区以及其它矿区的穿层孔硬岩高效钻进提供了范例。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TD712
【图文】：

技术路线图,冲击回转钻进,现场试验,破岩机

研究区地质概况，查清施工地区地层条件，确定所研究的内容，再依结合现有技术初步确定试验方案。）理论分析研究区以往施工经验、国内外硬岩钻进现状、煤系地层钻孔研究成果硬岩钻进效率的因素。并从钻进运动过程入手提出对破岩机制进行分）数学方法有限差分软件 FLAC3D 建立钻具与岩层相互作用模型，分析硬岩钻进向载荷和钻头对破岩作用的影响。记录现场试验数据，采用统计方法析影响硬岩钻进效率的主要因素，以及各因素的影响效果。）现场试验现场条件、影响因素，编制不同的钻进工艺方案在潘一矿、潘三矿进液动冲击回转钻进工艺和气动冲击回转钻进工艺条件下硬岩高效钻进术路线文采用的技术路线见图 1.2。

钻机,坑道钻机,工程硕士学位

西安科技大学全日制工程硕士学位论文淮南矿区条件、煤系岩性、坑道情况以及钻孔用途，选用了以下设备作岩钻进效率研究的钻探设备，主要设备情况如下：坑道钻机矿方要求选用自有的 ZDY4000S 型和 ZDY3200S 型钻机，见图 2.3、图

钻机,给进压力,扭矩,转速

14图 2.4 ZDY3200S 钻机Y4000S 钻机和 ZDY3200S 钻机具有功率大、扭矩大、转速高、给进压力满足大扭矩、高钻压的施工要求。该系列钻机适用于回转工艺、液动冲和气动回转钻进工艺，钻机的解体性好，可任意搬迁灵活布置，机械拧率高，回转参数和给进参数可以进行独立调节，提高了钻机对各种不同能力。钻机具体参数见表 2.3。

【参考文献】