突出松软煤层钻杆卡钻力学机理研究

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1、中图分类号：X936密级：公开UDC：622单位代码：10460突出松软煤层钻杆卡钻力学机理研究MechanicalMechanismofDrillingRodStickinginOutburstSoftCoalSeam申请人姓名杨硕学位类别工学硕士专业名称安全工程研究方向瓦斯地质理论与应用导师张明杰职称教授级高级工程师提交日期2015年4月答辩日期2015年6月河南理工大学河南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文：突出松软煤层钻杆卡钻力学机理研究，是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文

2、中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。本人愿意承担因本学位论文引发的一切相关责任。学位论文作者签名:年月日河南理工大学学位论文使用授权声明本学位论文作者及导师完全了解河南理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留和向有关部门、机构或单位送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，允许将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，允许采用任何方式公布论文内容，并可以采用影印、

3、缩印、扫描或其他手段保存、汇编、出版本学位论文。保密的学位论文在解密后适用本授权。学位论文作者签名：导师签名：年月日年月日致谢时间如白驹过隙，转瞬即逝，而三年的硕士研究生学习也即将结束。在三年的硕士研究生学习过程中，我得到了许多人的帮助，在此，我真心地感谢他们。首先，我要感谢我的导师，因为张明杰老师精益求精的工作作风，诲人不倦的育人品德，严谨科学的治学态度，平易近人的高尚人格魅力都给我带来很深地影响，这一切不仅让我学会了为学，更学会了为人。而在此次毕业论文的撰写中，张老师无论在论文的选题，还是研究方法等方面，都倾注了大量的心

4、血，我十分感谢他。其次，我要感谢崔洪庆、张玉贵、魏国营、魏风清、谭志宏等学院各位老师。他们师友般的爱让我铭记于心，老师们丰富的现场经验，深厚的知识底蕴，谦虚、严谨的治学态度一直影响着我，温和低调的为人处世的原则一直是我学习的典范，这些对我学习上和生活中都给予了极大的帮助，衷心感谢他们。再次，我还要感谢我的同学们，同实验室的王凯、段亚超、张源等都在论文撰写过程中给予帮助；感谢我的师兄师弟们，他们在整理数据，日常生活中给予很多帮助，并对论文的修改提出可行性意见。我很荣幸能够在我的研究生生涯中结实这样的好朋友，谢谢他们。此外，在此

5、次论文的实践过程中，不仅安全科学与工程学院的领导、教授、老师在我论文开题、中期筛选、研究、预审中做了大量工作，而且鹤壁六矿的领导在现场资料收集、参数的测定给予的大力支持，真的很感谢他们。当然，我还要特别感谢我的父母，是他们给了我攻读硕士研究生的勇气和机会，是他们的爱一直鞭策和鼓励着我在困难中前行；感谢我的女朋友，是她无论遇到什么困难都一直陪伴着我，鼓励着我，让我即使遇到挫折也能重拾信心，奋勇向前。最后，感谢百忙之中审阅论文的各位专家、教授！真诚期待得到您的指导！摘要我国许多煤矿是高瓦斯矿井和突出矿井，煤层透气性低，煤与瓦斯突

6、出灾害十分严重，所以“双四位一体”综合防突措施对于煤层瓦斯灾害的防治有着重要意义。由于突出煤层往往也是松软煤层，在施工抽采钻孔、预测和效果检验孔时，常常因为钻进发生卡钻而导致钻孔深度低、成孔率低，防突措施实施不到位，预测与效果检验结果不准确，影响煤矿的安全高效生产。为解决以上问题，需要对钻进卡钻机理进行研究，并提出解决方案。本文针对突出松软煤层钻进过程中常发生的卡钻现象，首先基于力学机理对螺旋钻杆机械排粉过程中煤粉颗粒的运动规律与圆钻杆压风排粉过程中煤粉颗粒的运动规律进行系统的分析，同时运用岩石力学理论分析钻孔周围应力分布与

7、破坏区半径，依靠RFPA数值模拟软件对钻孔破坏区范围进行模拟，结合理论分析结果确定破坏区范围和钻孔变形量，从而确定钻进过程中煤粉的产生量，对于鹤壁六矿，42mm钻孔产粉量是理想状态的3.32倍，75mm钻孔产粉量是理想状态的3.11倍，113钻孔产粉量是理想状态的2.13倍；从控制钻进速度的角度提出消除或减少卡钻现象发生的办法；经过在鹤壁六矿2123上顺槽与2145上顺槽应用不同类型的钻杆进行现场工程应用，确定了该方法是有效可行的，具有重要的理论和实际意义。研究结果表明：突出松软煤层钻进过程中发生卡钻现象是由于钻进速度过快，

8、导致产出的煤粉量大于排出煤粉能力所致。所以控制钻进速度，减少单位时间产粉量，及时排出钻孔内煤粉，可以很大程度的降低卡钻几率。在工程应用的过程中，控制钻进速度后，钻孔深度提高了一倍，成孔率也大大提高，达到了高效钻进的目的。关键词：突出松软煤层；螺旋钻杆；圆钻杆；卡钻；力学机理IAbstrac