自驅修孔鉆頭動力參數及鉆齒結構研究

劉 勇，李 陽，魏建平，苑永旺，代 碩，李林豫

(1.河南理工大學瓦斯地質與瓦斯治理國家重點實驗室培育基地，河南 焦作 454000；2.河南理工大學煤炭安全生產與清潔高效利用省部共建協同創新中心，河南 焦作 454000)

松軟煤層瓦斯高效抽采難題是長期制約煤炭高效生產的重要原因之一[1-2]。尤其在松軟煤層中采用水力化增透技術后，水的侵入導致煤體力學強度進一步降低，在抽采過程中極易發生塌孔、堵孔等現象[3-5]，堵塞瓦斯運移通道，瓦斯抽采流量衰減極快，導致瓦斯抽采周期長，制約采掘交替和煤炭產能釋放[6-8]。對發生塌孔、失去抽采能力的鉆孔進行修復，恢復鉆孔的抽采能力，是經濟高效的技術手段[9-10]。

水射流自驅鉆頭修復失效鉆孔技術具有經濟、高效、適用性強等特點[11]，具有廣泛的應用前景。但隨著瓦斯抽采鉆孔鉆進技術的發展，鉆孔長度增加，定向長鉆孔的長度普遍超過300 m[12-13]。長鉆孔失效后，需要更大的推進力才能實現全鉆孔修復疏通。提高鉆頭的推進能力是滿足長距離失效鉆孔修復的迫切技術需求。水射流自驅鉆頭的推進力與射流壓力、噴嘴直徑、噴嘴角度等參數有關[14]。噴嘴直徑一定時，推進力與射流壓力成正比；射流壓力一定時，推進力隨著噴嘴直徑增大而增大[15]。筆者前期開展了鉆孔修復運動方程關鍵參數研究[16]，得出推進力等于后置噴嘴軸向推力減去前置噴嘴軸向反沖力和系統總摩擦阻力。前置噴嘴射流反沖力沿鉆頭軸線分力方向與鉆頭行進方向相反，增大了系統阻力，導致后置噴嘴射流提供的推力不足，長鉆孔修復時需要更高的射流壓力[17]。……