王传留

(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)

“以孔代巷”技术具有成本低、效率高、周期短的优点，在煤矿井下具有广阔的应用前景[1-3]。但受限于煤矿巷道尺寸，特别是辅巷或高抽巷，只能采用小型钻机，在岩层施工大直径联络钻孔时，只能采用多级扩孔钻进的成孔方法，该技术需要不断更换钻头反复钻进，存在施工效率低、周期长等缺点[4-6]。而采用气动或液动潜孔锤冲击钻进，需要解决大功率空压机防爆问题或配备大流量泥浆泵，不但受巷道条件和安全性限制，且成本高昂[7-13]。因此，本文研究新的碎岩方法和工具，利用现有的钻探装备，实现了岩层中大直径联络孔优快成孔，对煤矿降本增效、安全开采具有重要意义。

1 冲剪复合碎岩原理

目前，根据钻头类型和地层性质不同，碎岩机理分为磨削碎岩、剪切碎岩和冲击碎岩等[14-15]，不同碎岩机理各有优点，比如中硬以上岩层，冲击碎岩效率较高，而软-中硬地层，剪切碎岩效率高。通过结构创新，研制冲剪复合钻头，包括内钎头、大功率冲击器和外切PDC 钻头三部分(图1)，外切PDC钻头与大功率冲击器外管相连接，将高压水-冲击器-内钎头冲击碎岩和钻机-钻杆柱-外切PDC 钻头剪切碎岩创造性地结合在一起，实现煤矿井下岩层中大直径联络孔高效快速成孔，同时降低钻探装备配置，达到“小马拉大车”的应用效果。

图1 冲剪复合钻头结构Fig.1 The structure of punching-shearing composite bit

冲剪复合碎岩工作原理(图2)：采用巷道内高压水驱动大功率冲击器，作用于内钎头上，作为第一动力元，以冲击功预裂地层，破坏岩层的整体构造应力，促进岩石中裂隙扩展并形成一定的体积破碎；……