刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的合理参数研究

为充分发挥刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的优势,分析了刻槽钻杆螺旋槽宽度、深度、螺距的变化对排渣效果的影响情况。建立Ф50刻槽钻杆煤层钻孔三维模型,对不同参数的刻槽钻杆在钻孔内的排渣情况进行数值模拟。研究结果表明:螺旋槽宽度为12 mm,深度为1.1 mm,螺距为76 mm,排渣效果最优;通过突出煤层钻进工业性试验,钻进深度平均提高36.2%,钻进效率提高41.5%,且刻槽钻杆表面温差较小。 刻槽钻杆是一种在突出煤层钻进中应用的技术，旨在改善钻孔效率和安全性。在突出煤层作业中，由于地应力、瓦斯压力和钻杆运动的共同作用，容易导致钻孔塌陷，进而引发卡钻和钻杆丢失等问题。传统的光面钻杆和麻花钻杆在面对这些挑战时表现有限。 刻槽钻杆的独特之处在于其表面的螺旋槽设计。通过对螺旋槽的宽度、深度和螺距进行研究，可以优化排渣效果。本研究建立了Ф50（直径50毫米）刻槽钻杆的煤层钻孔三维模型，并通过数值模拟来分析不同参数下的排渣性能。结果表明，当螺旋槽的宽度为12毫米，深度为1.1毫米，螺距为76毫米时，排渣效果最佳。 在突出煤层的实际工业性试验中，采用这种参数的刻槽钻杆进行钻进，平均钻进深度提高了36.2%，钻进效率提高了41.5%。这一改进不仅显著提升了钻进能力，还减少了钻杆表面的温差，从而降低了因温度升高导致的潜在风险，比如瓦斯燃烧。 相较于光面钻杆主要依赖流体（风或水）排渣，刻槽钻杆在流体排渣基础上，利用螺旋槽增加对煤渣的机械推动力，有效防止塌孔引起的卡钻问题。而相对于麻花钻杆，刻槽钻杆在需要较大钻机动力的同时，能更好地处理深部塌孔，减少了丢钻杆的风险。 此外，刻槽钻杆的使用还有助于改善封孔后的抽采效果，间接提升回采效率。在巷道环境中，水力排渣可能需要额外的排水设施，而风力排渣则可能导致卡钻和钻杆过热，刻槽钻杆在这些方面都有所改善。 刻槽钻杆的合理参数设计对于提高突出煤层钻进的效率和安全性具有重要意义。通过科学地调整螺旋槽的几何参数，可以实现更有效的排渣，降低作业风险，提高钻孔深度和效率，是解决突出煤层钻探问题的有效技术手段。