煤层顶板大直径定向钻孔用双级双速PDC钻头设计及应用

摘要

大直径定向钻进成孔技术的发展,为"以孔代巷"技术抽采采空区上隅角瓦斯提供了技术支持.受限于井下设备条件,常规大直径钻孔主要采用逐级扩孔工艺.然而,逐级扩孔钻进需要多次提钻、下钻,辅助时间长、工人劳动强度大.为提高煤层顶板大直径钻孔成孔效率,开发了双级双速钻进工艺,该工艺采用螺杆马达与钻机分别驱动一级、二级钻头进行单次双级扩孔钻进,可大大提高成孔效率.通过分析双级双速钻进工艺特点、拟钻地层岩性等,从剖面形状、切削齿排布、水路设计以及导向器设计等方面设计了双级双速钻头,该钻头采用球头螺旋形导向器,更容易沿既有钻孔轨迹钻进;采用等切削布齿,提高破岩效率、降低切削齿不均匀磨损,进而提高钻头寿命与钻进效率.设计的双级双速钻头进行了现场试验,试验表明双级双速钻头能够沿先导孔钻进,较常规逐级扩孔钻头综合效率提高25％以上,使用后钻头磨损均匀,满足了双级双速工艺要求,大大提高了煤层顶板大直径钻孔施工效率.