煤矿井下硬岩定向钻进PDC钻头选型及试验分析.pdf

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1、第42卷第5期探矿工程(岩土钻掘工程)Vo1．42No．52015年5月ExplorationEngineering(Rock&SoilDrillingandTunneling)May．2015：77—79．84煤矿井下硬岩定向钻进PDC钻头选型及试验分析金鑫，杨忠，冯武宏(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710000)摘要：为了提高煤矿井下硬岩定向钻进的效率，在分析硬岩定向钻进PDC钻头的结构要求的基础上，选择了3种不同类型的PDC钻头进行煤矿井下硬岩定向钻进试验。试验结果表明，平底型PDC钻头不适用于定向钻进硬岩，而三翼抛物线型钻头和四翼平角型钻头在

2、定向钻进硬岩时，表现出长寿命、高效率等特点，适合于定向钻进硬岩地层，大大提高了煤矿井下定向钻进硬岩地层的效率。关键词：定向钻进；PDC钻头；硬岩；高效率中图分类号：P634．41文献标识码：A文章编号：1672—7428(2015)05—0077—03SelectionofPDCBitforDirectionalDrillinginHardRocksofCoalMineandtheTestAnalysis／fiNXin，YANGZhong，FENGWu—hong(Xi’anResearchInstituteofChinaTechnology＆Engineerin

3、gGroupCorp．，Xi’anShaanxi710000，China)Abstract：BasedontheanalysisontherequirementsofPDCbitstructure，3differenttypesofPDCbitwereselectedforhardrocksdirectionaldrillingtestsinundergroundcoalmineinordertoimprovethedrillingeficiency．Thetestresultsshowthattheflat—bottomPDCbitisnotsuitablef

4、ordirectionaldrillinginhardrock，thethree—wingparabolicPDCbitandthefour-wingstraightanglePDCbitshowtheadaptabilityinhardrockdirectionaldrillingwithlongservicelifeandhighel-ficiency．Keywords：directionaldrilling；PDCbit；hardrocks；higheficiency1问题的提出统山西组和石炭纪上统太原组，煤层赋存稳定，厚度我国虽然是一个拥有广阔国土面积、

5、丰富能源大，储量丰富，煤质好，经济价值高，开采条件好，是资源的国家，但是由于人口众多人均资源占有量小，许多矿区的主要开采煤层_lJ。但是煤层下部地层像煤、石油等能源已经严重匮乏，这就促使企业在保水文地质条件特别复杂，煤层底板隔水层较薄，煤障安全的前提下需要不断地提高开采效率。而在煤层底板突水问题是该区域煤炭开采不可忽视的安全矿开采过程中存在的煤瓦斯突出、掘进涌水以及地隐患-4。采用煤层井下定向钻进施工技术施工煤质异常体等隐患严重制约着煤矿企业的高效开采。层底板注浆加固钻孔，并结合地面高压注浆技术实定向钻进技术的推广应用，不仅可以提高煤矿瓦斯现对煤层底板的超前注浆

6、加固，保证巷道掘进和煤治理、防治水等方面的效率，而且为煤矿的安全开采层回采安全。提供了技术保障。但在井下定向钻孔施工过程中，特别是在进行但是在煤层底板防治水定向钻孔施工中，常常地质异常构造探测、探放水钻孔及底板注浆加固钻会遇到岩层较硬钻进缓慢、钻进效率低等各种施工孔等方面工作时，由于所钻地层多为中硬及硬岩层，问题，特别是钻头的损坏会造成严重的经济损失。常常出现钻孔(分支孔)成孔率低、钻孔深度较浅(<除了钻头本身的造价较高外，还有由此引起的起下500in)、钻进效率较低(钻进速度<1m／h)、钻头崩钻更换钻头时间、人力和物力的消耗都是不容忽视齿掉片及螺杆钻具损坏等

7、现象。造成上述现象的最的。这些事故的发生都制约着钻孔施工的顺利进主要原因就是钻头与所钻地层不匹配，导致施工进行，优选出适于煤层底板防治水定向钻孔钻进的钻度缓慢，辅助时间增加，人力物力消耗较多。头至关重要。我国西北地区，煤炭资源主要储藏于二叠纪下收稿日期：2014—10—23：修回日期：2015—01—14作者简介：金鑫，男，蒙古族，1984年生，助理研究员，硕士，从事探矿工程及定向钻井工程工作，陕西省西安市雁塔区锦业一路82号，jinxinl@ccteg．con。第42卷第5期金鑫等：煤矿井下硬岩定向钻进PDC钻头选型及试验分析793．2岩性分析3．72和3．9

8、2m／h，进尺分别为33