煤矿井下气动冲击回转钻进工艺参数试验

作     者：豆旭谦 DOU Xu-qian

作者机构：煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司西安710077 

出 版 物：《科学技术与工程》 (Science Technology and Engineering)

年 卷 期：2024年第24卷第20期

页      面：8479-8486页

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家重点研发计划(2022YFC30059000) 中煤科工西安研究院(集团)有限公司科技创新基金项目(2024XAJS08) 

主　　题：正交设计 冲击回转钻进 气动冲击回转 气动冲击器 工艺参数 

摘      要：冲击回转钻进方法是解决硬岩层钻进效率低问题的主要技术方法之一。为了对煤矿井下穿层钻孔硬岩钻进采用的气动冲击回转钻进工艺参数进行优化,通过采集试验地层岩芯,制样并进行单轴抗压强度测试,将试验岩层分为下层泥质砂岩、中层石英砂岩和上层泥质砂岩;讨论气动冲击回转钻进方法的工作原理和钻具组合特点,分析影响钻进效率的主要工艺参数,包括气体压力、钻机转速和给进压力,并给出了在正交试验设计时各参数水平的选择;采用“纵向机械钻速对比、横向工艺参数优化的技术思路,运用正交试验设计方法进行了工艺参数优化研究,分析了各岩层机械钻速及差异性原因。结果表明:气体压力对机械钻速的影响具有显著性,钻机转速和给进压力不显著,但钻机转速对机械钻速的敏感性比给进压力明显。通过工艺参数研究,在试验设备和钻具条件下,得出最优工艺参数:气体压力为1 MPa,钻机转速为40 r/min,给进压力为3.0 MPa。通过对各层机械钻速的研究,得到下层泥质砂岩机械钻速最高、上层泥质砂岩次之和中层石英砂岩机械钻速最低,分析认为对于两种泥质含量较大的砂岩,泥质含量越高,岩石相对越软,相应塑性增大,对于以冲击为主碎岩的方法,塑性越大对机械钻速越不利,钻进效率相对更低;上层泥质砂岩处于试验钻孔的最深孔段,钻头磨损较多,对深孔处的钻进效率有不利影响。