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松软煤层钻进的关键技术研究

李玉刚  
【摘要】:瓦斯灾害是影响煤炭开采业安全生产的主要因素之一,瓦斯钻孔预抽是治理瓦斯灾害的有效措施,钻孔深度是影响瓦斯抽采效率的主要因素。本课题依托‘十二五’国家科技支撑计划‘深部及中小煤矿灾害防治关键技术研究与示范’项目,针对我国西南地区煤矿可采煤层煤质松软、动力现象明显,以致钻进困难的问题展开研究。从分析松软煤层煤岩性质出发,研究PDC钻头切削破煤机理及螺旋钻杆输煤机理;利用LS-DYNA显示动力学分析软件,实现PDC旋转切削钻头破煤钻进过程可视化,获得钻进过程中煤岩破碎规律;以Φ50螺旋钻杆作为研究对象,对其进行轻量化设计,得到芯管内径最优值,减轻钻杆质量,并以输煤率最大化为目标,对螺旋钻杆进行参数优化,得到叶片高度、螺旋升角和螺距最优值;最后,实地试验结果表明优化后L800-118型钻杆满足卡钻、抱钻等极端工况下刚度、强度等性能要求,且钻进深度及钻进效率较优化前有明显提高。


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