彭 旭，郝世俊

(1.煤炭科学研究总院，北京 100013；2.中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)

采用煤矿井下定向钻探装备及工艺是实现煤矿水害治理的重要手段之一，其主要应用于煤层底板区域治理。考虑采煤的安全性，一般底板钻孔的目标垂深均大于隔水层厚度，通常位于底板下部的灰岩中。目前常用PDC钻头钻进硬地层易出现破岩效率低，因粘滑振动造成钻头过早失效等问题，严重影响钻头钻进效率，增加现场施工成本[1]；粘滑振动是由于钻头在切削岩石时主动扭矩循环的聚集和释放，造成钻头受力不稳定，对钻头齿面造成冲击，导致钻头寿命降低[2]。针对当前煤矿井下定向钻进采用PDC钻头存在的问题，拟借鉴地面石油钻井的做法——采用复合冲击器+PDC钻头的钻进方式以抑制钻头粘滑振动，并解决传统的钻进效率低的问题[3-4]。

复合冲击技术是20世纪60年代后期兴起的一种技术，在最近几年发展较快，目前大多单位都是应用该技术做一些认识性或基础定性研究，很少深入开展定量研究以指导现场钻井。祝效华等[5]通过扭摆理论建立了PDC钻头钻进的动力学方程，分析了PDC钻头的边界条件及运动形式，研究了粘滑振动的影响因素。李玉梅等[6]利用ABAQUS软件建立了单齿接触岩石的动力学分析模型，分析了复合冲击破岩方式、轴向冲击和扭转冲击频率配合方式及钻压等几个因素对破岩的影响，但钻头破岩过程中单齿破碎岩石内部应力会受到周边切削齿的影响，因此单齿破岩很难准确反映周围切削齿对岩石应力的影响。……