应急救援新型反循环钻头钻进性能工程实践研究_白元.pdf
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1、第 44 卷 第 3 期安全Vol44 No32023 年 3 月Safety SecurityMar 2023引用格式:白元应急救援新型反循环钻头钻进性能工程实践研究 J 安全,2023,44(3):2023作者简介:白元(1986),男,新疆吉木萨尔县人,高级工程师,主要从事安全生产技术研究工作。Email:472362673qqcomDOI:1019737/jcnkiissn10023631202303004应急救援新型反循环钻头钻进性能工程实践研究白元高级工程师(新疆维吾尔自治区安全科学技术研究院,新疆 乌鲁木齐 830001)【摘要】为验证应急救援新型反循环钻头的钻进性能,本文采用应
2、急救援新型强力抽吸反循环钻头,在新疆某矿区进行工作量为 10360m 的新型反循环钻头钻进现场试验,对钻进效益、钻进质量和钻进效益进行分析和总结。结果显示:新型反循环钻头钻进效率为 818655m/h,钻进效率是常规泥浆钻进的 3352 倍,井斜角的变化在 2范围内,现场试验验证了新型反循环钻头的可行性,为进一步应用提供了实践经验。【关键词】新型钻头;空气反循环;应急救援;钻进性能;现场试验中图分类号:X9244;TD77+4文献标识码:A文章编号:10023631(2023)03002004基金资助:自治区科技支疆专项(2013911033)esearch on Engineering Pr
3、actice of Drilling Performance ofNew Type everse Circulation Bit for Emergency escueBAI Yuan(Safety Science and Technology Academy of Xinjiang Uygur Autonomous egion,Urumqi Xinjiang 830001,China)Abstract:In order to verify the drilling performance of a new type reverse circulation bit for the emerge
4、ncyrescue,in this paper,a onsite test was carried out with the new type reverse circulation bit for the emergencyrescue that designed and developed in this program at the 1036m long workload of a mine area in Xinjiang,in which the drilling efficiency and drilling quality were analyzed and summarized
5、 The results show that thedrilling efficiency of the new type reverse circulation bit is 818655m/h,which is 3352 times of that ofthe conventional mud drilling,and the deviation angle changes within 2 The feasibility of the new type re-verse circulation bit is verified by the onsite test,which provid
6、es practical experiences for the further applicationKeywords:new type bit;air reverse circulation;emergency rescue;drilling performance;onsite test0引言随着矿山开采深度的增加,开采过程中出现矿井透水、瓦斯突出、冲击地压、顶板灾害等事故灾害风险越来越大,如 2021 年 4 月 10 日 18 时 11 分,新疆昌吉州呼图壁县白杨沟丰源煤矿发生重大透水事故,造成 21 人死亡12。以往的矿山救援过程,大多采用直接透巷或者新掘绕巷的方法,实施起来时间较
7、长,意外因素多34。矿山快速钻孔救援技术采用从地面钻孔直接与避险地点快速贯通的方022023 年第 3 期应急应急救授新型反循环钻头钻进性能工程实践研究式进行快速透巷、抢险救援,是应急救援的一项新技术56,在矿山事故灾害救援中有过成功的应用78。矿山快速钻孔救援技术是一个复杂的技术体系,对技术装备的稳定性、可靠性要求较高。国内学者从钻进工艺、轨迹控制和钻进设备等关键技术方面开展了深入研究910。杨涛等11 对山东平邑石膏矿矿难大口径救援钻孔施工技术进行研究;周兢12 针对笏山金矿救援 3 号生命保障孔出现的偏斜问题,创新性地提出超短距离螺旋纠偏技术;王劲松13 针对矿区复杂破碎地层条件,设计了
8、适用于矿区复杂地层的新型环状喷射强力抽吸式潜孔锤反循环钻头。面对救援的紧迫性和环境的复杂性,矿山快速钻孔救援技术及装备研究还需要进一步实践,特别是对复杂的事故灾难环境14。新疆维吾尔自治区矿山地质条件复杂,构造形态多样,矿产资源赋存及开采地质具有显著的时空差异性,矿山应急救援钻孔过程中空气反循环钻进效果不好,钻取的岩心不能被及时地排出容易出现堵塞钻头等问题1516,赖小林等17 根据反循环钻头的结构特点及反循环形成机理,在内喷射孔式反循环钻头的基础上优化钻头流体通道结构的设计,采用柯恩达效应研制了新型反循环钻头,利用计算流体动力学软件对反循环钻头内部流场进行模拟实验分析,结果显示提高了反循环抽
9、吸能力。本研究以新疆维吾尔自治区某县作为试验区,对新型反循环钻头钻进效果进行现场试验,分析评估钻进工程过程中的相关数据,验证新型反循环钻头在真实环境的钻进性能,为矿山快速钻孔救援应用提供支撑。1工程试验1 1试验设计现场试验是对自治区科技支疆专项:应急救援快速钻孔关键技术开发项目(NO2013911033)设计出的新型反循环钻头17 进行工程实践研究,按照设计模型分别生产加工出 127mm 和 115mm 的钻头,如图 1。现场试验钻孔采用多级成孔结构方式,开始采用开孔钻具组合:101 6mm 双壁钻杆+SPMF355 潜孔锤+157mm 压风罩+160mm 潜孔钻头钻进,从地表覆盖层钻进至基
10、岩层,下入146mm 套管隔离松散地层;然后采用正常钻进钻具组合:1016mm 双壁钻杆+SPMF345 潜孔锤+124mm 压风罩+127mm(115)新型钻头钻进。图 1现场试验反循环钻头实物Fig1The actual reverse circulation bit used in the onsite test1 2钻进方法现场试验钻孔采用空气反循环中心取样钻进方法,钻进设备和器具主要包括:C5 型空气反循环取样钻机、1070XHH 空压机、岩样缩分装置、双壁钻杆及气动潜孔锤和新型反循环钻头等。空气反循环钻进是用空压机将压缩空气通过双壁钻杆环状间隙送入孔底钻具,气动潜孔锤以压缩空气为动
11、力,推动潜孔锤工作,利用潜孔锤对钻头的往复冲击作用,进而破碎岩层,冲击碎岩之后的废气携带岩屑经反循环钻头从双壁钻杆中心通道连续返出,钻进原理,如图 2。图 2现场试验钻进原理示意图Fig2The diagram of the drilling principle in the onsite test1 3试验过程现场试验选择在新疆某县,如图 3,试验区主要12应急2023 年第 3 期应急救授新型反循环钻头钻进性能工程实践研究的岩石为火山岩,岩性多为酸性和中基性,强度较大,硬度多为硬、坚硬等级,研磨性较强,除辉长岩和凝灰岩外,其余岩石的可钻性均在 7 级以上,其中微晶质花岗斑岩、闪长岩、正长斑
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