鉆具及鉆進(jìn)工藝新技術(shù)介紹

鉆具及鉆進(jìn)工藝新技術(shù)介紹中煤科工集團(tuán)重慶研究院鉆探研究分院鉆具研究所

提綱提綱鉆桿特殊鉆具鉆探新技術(shù)鉆頭

鉆桿是鉆機(jī)向孔底鉆頭傳遞扭矩和動(dòng)力的重要部件，是鉆孔得以完成的必備工具。我院鉆桿采用合金鋼、數(shù)控車床加工，具有以下特點(diǎn)：一、鉆桿1)強(qiáng)度高、抗彎抗扭性能較好；2)接頭耐磨性好。

根據(jù)鉆桿適應(yīng)的地層條件、鉆進(jìn)方式及排渣方式等的不同，可將鉆桿分為光鉆桿、螺旋鉆桿、三棱鉆桿、定向鉆桿(通纜鉆桿)及雙壁鉆桿等。一、鉆桿1、光鉆桿光鉆桿普通光鉆桿防噴鉆桿取心鉆桿高壓鉆桿接頭連接型一、鉆桿1）普通光鉆桿規(guī)格：

Φ27、Φ42、Φ50、Φ63、Φ73、Φ89用途：適用于在地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、瓦斯含量和地應(yīng)力較小的煤層或巖層中鉆進(jìn)。一、鉆桿規(guī)格：Ф42、Ф50、Ф63、Ф73、Ф89內(nèi)接頭單向閥球體外接頭2）防噴鉆桿適用范圍：主要用于瓦斯含量較大、軟質(zhì)泥巖等易噴孔或孔底巖屑從鉆桿內(nèi)孔返流而導(dǎo)致鉆頭水眼堵塞的地層中鉆進(jìn)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：外形與普通光鉆桿一致，鉆桿內(nèi)孔有一單向閥體。一、鉆桿3）取心鉆桿規(guī)格：Ф73、Ф89、Ф108、Ф127、Ф146結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩端均為內(nèi)接頭，鉆桿間采用中間接頭相互連接，取心鉆桿與鉆桿間用過(guò)渡接頭相連。適用范圍：用于有取心要求的地質(zhì)孔鉆進(jìn)或硬巖層中金剛石取心鉆進(jìn)。一、鉆桿主密封面主密封面密封圈4）高壓鉆桿規(guī)格：Ф50、Ф63結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：外形與普通光鉆桿一致,同時(shí)在內(nèi)外接頭大端增設(shè)一對(duì)主密封面，且在外接頭根部增設(shè)了O型密封結(jié)構(gòu)，以確保鉆桿的高壓密封性能（40MPa以上）。適用范圍：主要用于井下水力切割和高壓水射流施工工作中。一、鉆桿中間接頭接頭連接型鉆桿5）接頭連接型鉆桿規(guī)格：Ф42、Ф50結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：外形與取心鉆桿一致,兩端均為內(nèi)螺紋，鉆桿間用中間接頭相連，螺紋為平扣梯形螺紋。適用范圍：主要用于地質(zhì)孔的鉆孔施工，常與ZL鉆機(jī)配套使用。一、鉆桿2、螺旋鉆桿普通螺紋連接型螺旋鉆桿螺旋鉆桿大通徑寬葉片螺旋鉆桿插接式螺旋鉆桿多頭凹槽螺旋鉆桿普通寬葉片螺旋鉆桿一、鉆桿普通光鉆桿螺旋葉片規(guī)格：Ф42/70、Ф50/801）普通螺紋連接式螺旋鉆桿適用范圍：適用于煤層硬度系數(shù)f≥0.5，且地應(yīng)力和瓦斯含量不大的硬煤層或孔壁穩(wěn)定的煤層中鉆進(jìn)。一、鉆桿規(guī)格：Ф50/80、Ф63/100、Ф73/110、Ф80/120。插接式接頭螺旋葉片2）

插接式螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：接頭為六方或四方接頭，軸向用高強(qiáng)度螺栓連接（12.9級(jí)）；施工過(guò)程中可正反轉(zhuǎn)鉆桿，以解決抱鉆、跨孔事故。適用范圍：適用于松軟突出煤層（f≥0.3）瓦斯抽放孔的鉆進(jìn)工作，主要與ZYW-R型鉆機(jī)配合使用。一、鉆桿規(guī)格：Ф63/73、Ф73/89螺旋葉片普通光鉆桿3）普通寬葉片螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：將普通螺旋鉆桿葉片軸向尺寸加大，徑向尺寸減小的一種螺旋鉆桿（可直接夾持葉片），螺旋葉片具有攪動(dòng)孔內(nèi)沉淀煤屑和輔助排渣的作用（葉片所受摩擦力較普通螺旋鉆桿摩擦力小得多）。適用范圍：適用于松軟突出煤層或穿層瓦斯抽放孔的鉆進(jìn)工作。一、鉆桿規(guī)格：Ф63/73、Ф73/89。鉆桿內(nèi)通孔4）大通徑寬葉片螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：與普通寬葉片螺旋鉆桿外形一致，但其中通內(nèi)孔孔徑較大（內(nèi)平），便于全孔段下放篩管。適用范圍：適用于需下放篩管的松軟突出煤層或穿層瓦斯抽放孔的鉆進(jìn)工作。一、鉆桿5）多頭凹槽螺旋鉆桿規(guī)格：雙頭：Φ63/63三頭：Φ73/73特點(diǎn)：適用于在煤礦井下高瓦斯、高地應(yīng)力的松軟突出煤層或復(fù)雜巖層中鉆進(jìn)，其鉆進(jìn)效率和成孔率比常規(guī)鉆桿和螺旋鉆桿高出數(shù)倍。一、鉆桿3、三棱鉆桿三棱鉆桿普通三棱鉆桿手工焊結(jié)構(gòu)摩擦焊結(jié)構(gòu)三棱螺旋鉆桿整體結(jié)構(gòu)一、鉆桿規(guī)格有：Ф63/73（手工焊結(jié)構(gòu)）；Ф50/50、Ф63/63、Ф73/73、Ф89/89（摩擦焊結(jié)構(gòu)）

。手工焊結(jié)構(gòu)摩擦焊結(jié)構(gòu)1）普通三棱鉆桿結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：橫截面為頂角倒圓的正三角形，分手工焊結(jié)構(gòu)和摩擦焊結(jié)構(gòu)，其中手工焊已停產(chǎn)。適用范圍：適用于煤層硬度系數(shù)f≤0.5，且地應(yīng)力和瓦斯含量較大的松軟突出煤層中鉆進(jìn)。一、鉆桿規(guī)格為：Ф73。2）三棱螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：三棱螺旋鉆桿為大通孔整體式結(jié)構(gòu)，它是在普通三棱鉆桿的外圓上銑削螺旋槽，以增強(qiáng)攪拌孔內(nèi)煤屑的作用。整體式三棱螺旋鉆桿螺旋槽適用范圍：適用于煤層硬度系數(shù)f≤0.5、地應(yīng)力和瓦斯含量較大、且需要下放篩管的松軟突出煤層中鉆進(jìn)。一、鉆桿規(guī)格：Ф73×3000。外管中心電纜組件電纜連接頭電纜連接座銅棒護(hù)芯管4、定向鉆桿適用范圍：適用于煤礦井下硬煤層（f≥1）或軟巖層（f≤5）的近水平定向鉆進(jìn)，最大鉆進(jìn)深度超過(guò)1000m。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：定向鉆桿由外管和中心電纜組件組成，其中外管傳遞動(dòng)力、中心電纜組件傳輸信號(hào)。主密封面輔助密封面主密封面輔助密封面彈簧一、鉆桿5、雙壁鉆桿規(guī)格：Φ63、Φ73結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：鉆桿由外管和內(nèi)管組成，其中外管傳遞動(dòng)力，內(nèi)管收集巖屑。用途：適用于煤礦井下松軟、破碎地層的全孔反循環(huán)取心鉆進(jìn)，巖心采取率高達(dá)95%。外管外管密封面密封面密封圈外管外管密封面密封面密封圈

鉆頭按其切削刃具的不同，可以分為硬質(zhì)合金鉆頭、金剛石鉆頭等；按鉆頭體的材料不同，可分為鋼體式鉆頭和胎體式鉆頭；按結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為內(nèi)凹式鉆頭、錐形階梯式鉆頭、錐形刮刀式鉆頭、螺旋鉆頭、塔式鉆頭及擴(kuò)孔鉆頭；按破碎斷面可分為取心鉆頭和全斷面鉆頭等。二、鉆頭鉆頭是孔底破碎巖石的刀具，是鉆孔得以實(shí)現(xiàn)的必備鉆具。鉆頭一般都由鉆頭體、切削刀片、保徑條等組成。二、鉆頭1、鉆頭結(jié)構(gòu)刀片保徑條鉆頭體水口1）按刀具材質(zhì)分二、鉆頭2、鉆頭的分類鉆頭金剛石鉆頭金剛石磨料類PDC復(fù)合片硬質(zhì)合金鉆頭2）按鉆頭結(jié)構(gòu)型式分二、鉆頭2、鉆頭的分類鉆頭塔式鉆頭內(nèi)凹鉆頭錐形階梯鉆頭錐形刮刀鉆頭螺旋鉆頭擴(kuò)孔鉆頭3）按鉆頭體的材質(zhì)分二、鉆頭2、鉆頭的分類鉆頭鋼體式胎體式4）按破碎斷面分鉆頭全斷面取心式二、鉆頭3、鉆頭產(chǎn)品介紹塔式鉆頭：用于井下堅(jiān)固性系數(shù)f≤5的煤層或軟巖的鉆孔施工，不推薦直接用Φ42或Φ50鉆桿施工巖層。常用規(guī)格：

Φ50/75/95、Φ65/85/115、Φ75/95/1331）硬質(zhì)合金類鉆頭螺旋鉆頭：主要用于井下堅(jiān)固性系數(shù)f≤3的煤層或軟巖的鉆孔施工。與Φ42/70螺旋鉆桿配套使用。常用規(guī)格：Φ70×200、Φ90×200二、鉆頭3、鉆頭產(chǎn)品介紹錐形刮刀鉆頭：用于f≤3的煤層或軟巖瓦斯抽放鉆孔施工。規(guī)格：Ф65Ф75、Ф94、Ф113、Ф133取心鉆頭：用于有取心要求的鉆孔施工。規(guī)格：Ф75、Ф94、Ф113、Ф133、Ф153中心鉆頭：用于施工f≤5的煤層或巖層鉆孔。規(guī)格：Ф65、Ф75錐形階梯鉆頭：用于f≤3的煤層或軟巖瓦斯抽放鉆孔施工。規(guī)格：

Ф85、Ф115、Ф1251）硬質(zhì)合金類鉆頭二、鉆頭3、鉆頭產(chǎn)品介紹內(nèi)凹鉆頭：用于井下煤層或堅(jiān)固性系數(shù)f≤10軟、中硬及硬巖層的鉆孔施工，不推薦在不均質(zhì)巖層中施工。規(guī)格：

Φ65、Φ75、Φ94、Φ113、Φ133、Φ1532）金剛石鉆頭-PDC復(fù)合片式刮刀鉆頭：用于井下堅(jiān)固性系數(shù)f≤3的煤層或軟巖的鉆孔施工。規(guī)格：Ф65Ф75、Ф94、Ф113、Ф133二、鉆頭3、鉆頭產(chǎn)品介紹錐形階梯鉆頭：用于井下煤層或堅(jiān)固性系數(shù)f≤6軟巖層的鉆孔施工，不推薦在不均質(zhì)或硬巖層中施工。規(guī)格：

Φ85、Φ95、Φ115、Φ1252）金剛石鉆頭-PDC復(fù)合片式取心鉆頭：用于井下煤層或堅(jiān)固性系數(shù)f≤8中硬、硬巖層的鉆孔施工。常用規(guī)格：

Φ75、Φ94、Φ113、Φ133、Ф153二、鉆頭3、鉆頭產(chǎn)品介紹擴(kuò)孔鉆頭：用于井下堅(jiān)固性系數(shù)f≤6巖層大孔徑的鉆孔施工，不推薦在不均質(zhì)或硬巖層中施工。規(guī)格：

Φ65/113、Φ75/113、Φ75/133、Φ133/300（可根據(jù)用戶要求定制）2）金剛石鉆頭-PDC復(fù)合片式開(kāi)合式鉆頭：用于井下有下放篩管要求的鉆孔施工，與大通徑寬葉片螺旋鉆桿和三棱螺旋鉆桿配套使用。規(guī)格：

Φ94、Φ96二、鉆頭3、鉆頭產(chǎn)品介紹胎體式鉆頭：主要用于井下堅(jiān)固性系數(shù)f≤12堅(jiān)硬巖層的鉆孔施工，是破除堅(jiān)硬巖層的主要鉆頭之一（目前松藻礦大量使用）。規(guī)格：

Φ65、Φ75、Φ94、Φ1132）金剛石鉆頭-PDC復(fù)合片式二、鉆頭3、鉆頭產(chǎn)品介紹全斷面金剛石鉆頭：用于井下堅(jiān)固性系數(shù)f≤15堅(jiān)硬巖層的鉆孔施工，是破除堅(jiān)硬巖層的主要工具之一（但鉆進(jìn)效率低）。規(guī)格：

Φ65、Φ75、Φ943）金剛石鉆頭-金剛石磨料式金剛石取心鉆頭：用于井下堅(jiān)固性系數(shù)f≤12堅(jiān)硬巖層的鉆孔施工，是破除堅(jiān)硬巖層的主要工具之一（鉆進(jìn)效率略高于全斷面鉆頭）。規(guī)格：

Φ65、Φ75、Φ91三、其他鉆具介紹1、超硬巖層鉆具氣動(dòng)沖擊器（俗名潛孔錘）是以壓縮空氣為動(dòng)力和洗井介質(zhì)，它利用壓縮空氣的能量，通過(guò)沖擊器將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)孔底巖石的沖擊，在鉆機(jī)提供的壓力和回轉(zhuǎn)作用下，使其不斷地沖擊回轉(zhuǎn)，達(dá)到鉆孔的目的。目前我院主要生產(chǎn)低風(fēng)壓沖擊器及其配套釬頭。其主要規(guī)格有：Φ76、Φ80、Φ90、Φ110三、其他特殊鉆具介紹2、千米定向鉆進(jìn)配套鉆具定向水辮是與定向鉆桿配套使用的水辮，具有向孔底輸送高壓水和測(cè)量信號(hào)的雙重作用，目前主要規(guī)格為Φ73信號(hào)測(cè)試端口高壓水進(jìn)水口1）定向水辮三、其他特殊鉆具介紹2、千米定向鉆進(jìn)配套鉆具單向閥是定向鉆進(jìn)工藝的配套設(shè)備，具有信號(hào)傳輸、輸送孔底馬達(dá)動(dòng)力介質(zhì)、防止瓦斯突出及動(dòng)力介質(zhì)回流和鉆機(jī)動(dòng)力傳遞等作用，主要與千米定向鉆機(jī)配套使用，目前主要規(guī)格為Φ73信號(hào)傳輸通道2）單向閥動(dòng)力介質(zhì)傳輸通道三、其他特殊鉆具介紹2、千米定向鉆進(jìn)配套鉆具下無(wú)磁鉆桿3）無(wú)磁鉆桿上無(wú)磁鉆桿無(wú)磁鉆桿是定向鉆進(jìn)隨鉆測(cè)量的配套設(shè)備，具有減小外界對(duì)隨鉆測(cè)量裝置的干擾、信號(hào)傳輸、輸送孔底馬達(dá)動(dòng)力介質(zhì)和鉆機(jī)動(dòng)力傳遞等作用，目前主要規(guī)格為Φ73。三、其他特殊鉆具介紹3、打撈鉆具打撈鉆具是處理鉆進(jìn)過(guò)程中鉆具因卡鉆、抱鉆等事故而斷裂的專業(yè)配套工具，目前主要規(guī)格為Φ42、

Φ50、

Φ63、

Φ73、Φ89；可以分為公錐和母錐兩種公錐母錐四、鉆探新技術(shù)1、定向鉆進(jìn)技術(shù)定向鉆進(jìn)是以泥漿泵驅(qū)動(dòng)孔底馬達(dá)，定向鉆桿作為孔底馬達(dá)動(dòng)力輸送管道和信號(hào)傳輸通道，通過(guò)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)控制鉆孔軌跡的一種鉆進(jìn)技術(shù)，是目前國(guó)內(nèi)井下鉆孔最先進(jìn)的施工技術(shù)之一。1）頂板抽放；2）底板抽放；3）本煤層抽放四、鉆探新技術(shù)2、松軟突出煤層鉆進(jìn)技術(shù)松軟突出煤層的鉆孔問(wèn)題是煤礦鉆進(jìn)的施工難題，目前主要采用空氣螺旋鉆進(jìn)或空氣異形鉆桿鉆進(jìn)的工藝技術(shù)。我院主要利用國(guó)家發(fā)改委項(xiàng)目和重慶院自立項(xiàng)目，自主研發(fā)了插接式螺旋鉆桿、寬葉片螺旋鉆桿、三棱異型鉆桿等松軟突出煤層用鉆桿及鉆頭。異型鉆桿插接式鉆桿及鉆頭釬頭沖擊器四、鉆探新技術(shù)3、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的工作原理：氣動(dòng)沖擊器是以壓縮空氣為動(dòng)力，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，活塞將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為釬頭的沖擊能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)孔底巖石的沖擊，在鉆機(jī)提供的回轉(zhuǎn)作用下，使其不斷地沖擊回轉(zhuǎn)，達(dá)到鉆進(jìn)的目的適用范圍：主要用于煤礦井下破除硬度系數(shù)f=8～15的堅(jiān)硬巖層。鉆進(jìn)參數(shù)：鉆機(jī)轉(zhuǎn)速30