煤矿井下卸压钻孔钻杆振荡消除与钻进增效方法研究

煤炭学报
网络首发时间：2024-06-18 15:35:20

作者

贾后省高延玺刘少伟方珍珠王国营付孟雄彭博
单位

河南理工大学能源科学与工程学院煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心国网能源和丰煤电有限公司沙吉海煤矿四川川煤华荣能源有限责任公司
摘要

卸压钻孔施工是煤矿井下最常见的钻进作业之一，普遍具有直径粗、施工角度多、深度大等特点。但由作业环境条件的限制，诸多卸压钻孔钻进难以直接采用大型钻进设备作业，采用小型钻机配合轻质小直径钻杆完成大直径钻孔钻进是进行此类恶劣环境区域卸压钻孔施工的有效途径，但易出现钻杆剧烈振荡，导致钻进弯曲与效率低下。针对此类问题，提出了一种钻杆振荡消除与钻进增效方法，通过理论分析、数值模拟、实验室试验等综合研究方法，系统分析了小直径钻杆完成大直径钻进工作效率低下、质量不佳的内在原因，以及大直径卸压钻孔钻进的钻杆振动特性与消振机理，结果表明：钻杆剧烈振荡造成的钻孔弯曲、钻机功率额外消耗等因素，是造成钻孔钻进质量不佳与低效的主要原因，钻进深度越大，钻杆振荡越为剧烈，钻进效率与质量越低。采用消振装置对钻杆在径向上进行支撑，可消除钻进过程中钻杆振荡，钻进深度越大，消振装置的消振效果愈明显，当钻孔深度为4m时，钻杆振幅显著减少，最大振幅减小可达80%。据此，研制了适用于卸压钻孔钻进的静态支撑消振器，同时具有消振和钻杆连接作用，主要由内嵌式钻杆连接件、轴承结构、锁紧垫片和支撑座组成，钻杆高速旋转作用下其支撑座不随钻杆旋转且支撑于孔壁之上，钻屑可顺利通过导屑通道排出。现场钻进试验结果显示，采用该消振器，当钻进深度为4m时，钻进时间减少了28%，有效提高了钻进效率与质量。
关键词

卸压钻孔钻杆振荡静态支撑消振器钻进增效
文章目录

1卸压钻孔钻进作业低效机理与增效防偏斜方法
1.1卸压钻孔钻进作业低效机理分析
1.2卸压钻孔钻杆振荡消除与钻进增效方法
2卸压钻孔钻进钻杆振动规律与消振机制数值模拟
2.1数值模拟模型建立与模拟方案
2.2卸压孔钻进钻杆振动数值模拟分析
2.3 消振装置消振效果数值模拟分析
3卸压钻孔钻杆静态支撑消振器研制与实验室试验
3.1静态支撑消振器研制
3.2 试验设备及方案
3.3 试验结果分析
4卸压钻孔钻杆静态支撑消振器现场试验
4.1试验地点与方案
4.2试验结果分析
5结论