屯兰矿穿层钻孔钻头选型研究与应用

摘要

为解决屯兰矿施工瓦斯抽采穿层钻孔钻进到硬岩时出现钻进阻力大、钻进效率低、渣体流动通道小等问题,对四翼平角钻头与三翼弧角钻头结构进行分析,建立钻头为四翼平角和三翼弧角的钻具三维模型进行数值模拟,并开展了现场工业性试验。研究结果表明,钻头外侧切削齿的形状决定钻头钻进过程所受力的冲击大小,弧角形设计增加了钻头表面抗冲击能力,钻头所受阻力一部分可沿弧面的切线分散出去。数值计算表明,四翼平角钻头钻进阻力大于三翼弧角钻头钻进阻力,相同质量流量介质经过流动通道截面越小,动压和速度越大。通过现场工业性试验,用三翼弧角钻头施工瓦斯抽采穿层钻孔,砂岩部分钻进速度约为2.6 min/根,灰岩部分钻进速度约为5 min/根,平均钻进速度约为3 min/根,平均钻进速度提高了约1.16倍,有效提升了钻进效率。