定位锚索钻头在大倾角坚硬顶板的应用

[摘 要]本文主要阐述了传统锚索钻头在开孔作业过程中需要人工扶钻定位的问题，给生产带来了安全隐患，结合矿井地质情况，提出了锚索定位钻头的设想，并通过实践证明定位锚索钻头在大倾角坚硬顶板施工安全可靠，解决了长期以来锚索施工带来的安全事故的发生。

[关键词]大倾角；坚硬顶板；定位；钻头

中图分类号：TD325.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0274-01

0 引言

二一三煤矿是新疆焦煤（集团）有限责任公司骨干生产矿井之一，位于艾维尔沟矿区西部，生产低灰、低硫、特低磷、高发热量、强粘结性的优质炼焦煤，是新疆主要的优质炼焦煤基地。

矿井主要开采下侏罗系八道湾组1#、2#、4#、5#、6#煤层，煤层厚度2.2～11.8m，煤层硬度系数f=0.15～0.35；煤层倾角36～55°，平均46°，局部可达到55°；矿井所开采煤层顶板由含砾中粗砂岩、细砂岩和粉砂岩等组成，顶板单轴抗压强度平均9.71-12.76Mpa，均属坚硬顶板。

1 锚索钻头使用现状

目前矿井使用的锚索钻头为球面PDC锚索钻头，虽然球面PDC锚索钻头较普通平面锚索钻头有更强的冲击韧性，适合有裂隙的复杂岩层使用且球面PDC锚索钻头较普通平面锚索钻头有更好的研磨性，在各种砂岩和砾岩中，会有较好使用寿命，适合深孔锚索钻进，但由于矿井地质条件复杂，顶板倾角大，在锚索施工过程中，球面PDC锚索钻头在倾斜顶板下易打滑，难以顺利进行定位开孔，需要人工手扶钻杆进行定位开孔。由于锚索钻机功率较大，在开孔操作过程中经常会导致人身伤害事故的发生。

2 定位锚索钻头的设计思路及技术参数

为解决锚索钻机开孔过程中需要进行人工手扶的现状和PDC锚索钻头在大倾斜顶板中的顺利开孔等问题，二一三煤矿技术人员同陕西冠通钻探机具有限责任公司技术进行交流，提出设计思路，共同设计研发了Ф28定位钻头。

（1）摒弃球面PDC钻头切削齿，选用优质平面PDC作为钻头切削齿；

（2）平面PDC切削齿需要加工成“尖”状，以利于在很小钻压下，切入岩石；

（3）锚索钻头两翼尖状PDC切削齿的尖部，应尽量靠近，以最大限度保证钻头能迅速吃入岩石进行开孔；

考虑到尖状PDC切削齿容易崩坏损伤，不利于裂隙岩层使用，对钻头技术参数进行了修改：

（1）对PDC切削齿的仰角做了2～4度的调整；

（2）对PDC切削齿的切削角做了3～5度的调整；

（3）对钻头刚体尺寸及热处理工艺也做了相应调整。

经过反复推敲和试验，最后确定PDC切削齿及定位PDC锚索钻头技术参数如图2所示：

3 应用

定位钻头研制成功并在二一三煤矿经过使用后，取得较为理想的使用效果，解决了以前需要人工手扶钻杆进行定位开孔作业，杜绝了锚索开孔作业中造成人身伤害事故的发生，在大倾角坚硬顶板支护中推广应用，保障了矿井安全生产。

参考文献

[1] 李建胜.MQT系列气动锚杆（锚索）钻机的性能于应用.煤矿机械，2003年第4期.

[2] 李树盛，王镇全，马德坤.钻头切削齿的运动分析和破损机理[J].石油机械，1997（25-2）.

[3] 邹德永，王瑞和.PDC钻头的岩石研磨性试验研究[J].石油大学学报：自然科学版，2003（27-2）.

[4] 刘世忠.锚索钻机施工探孔在巷道层位控制中的应用.煤炭科技，2011年第3期.

作者简介

尤国俊（1968-），男，乌鲁木齐人，高级工程师，2004年毕业于西安科技大学，现任新疆焦煤集团有限责任公司副经理。