孔底组合钻具瓦斯喷涌阻尼机制及工程应用.pdf

孔底组合钻具瓦斯喷涌阻尼机制及工程应用王永龙，裴宇翔，孙玉宁，余在江，丁立培，吴越，郭佳宽，杜康(河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作454003)摘要：为解决抽采钻孔喷孔瓦斯超限的技术难题，提出将钻孔瓦斯喷涌压力在孔内进行削弱的思路，构建了孔底组合阻尼钻具结构模型，通过建立气流阻力力学方程、孔底组合钻具阻尼效果数值模拟，分析孔底组合钻具瓦斯喷涌阻尼机制，研制了孔底组合阻尼钻具，包括揭露钻头、熔涂阻尼钻杆、扩孔钻头，并在屯兰矿 8 号煤层 18407 轨道巷开展了现场钻进工业性试验。研究结果表明：降低钻孔孔底揭露面积和增加喷孔源高压气体流动的阻力是削弱瓦斯喷涌压力技术的关键，采用小直径钻头钻进、大直径钻头扩孔分层、分段逐渐增大钻孔，通过合理设计阻尼钻具“降压间隙”，改变钻具相对粗糙度，提高沿程阻力系数，增加风阻，能够将喷出的瓦斯压力降低到初始的 25%以下。数值计算表明：孔底组合钻具能够大幅削弱喷孔的气流压力，降低了高压气流在孔口高速喷出的风险；揭露钻头与阻尼钻杆形成的“降压间隙”对阻尼效果起决定作用。现场使用孔底组合阻尼钻具施工，钻具供水阀门开度全开，钻进速度略有降低，同时在钻孔孔口处检测到 2 次明显瓦斯波动现象，钻孔揭露到高压瓦斯富集区，未出现喷孔瓦斯超限，表明孔底组合阻尼钻具对钻孔瓦斯涌出压力具有显著的削弱作用，降低了孔口防喷装置的防喷压力。关键词：瓦斯抽采；钻孔喷孔；穿层钻孔；阻尼钻具中图分类号：TD712.6文献标志码：A文章编号：02539993(2023)09342008Gas gushing damping mechanism and its engineering application of bottom holecombined drilling toolWANGYonglong,PEIYuxiang,SUNYuning,YUZaijiang,DINGLipei,WUYue,GUOJiakuan,DUKang(School of Energy Science and Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo454003,China)Abstract:Inordertosolvethetechnicalproblemofgasblowholeover-limitingasdrainageholes,amethodofweaken-ingthegasgushingintheboreholewasproposed.Thestructuralmodelofahole-bottomcombineddampingdrillingtoolwasconstructed.Byestablishingairflowresistancemechanicsequationandnumericalsimulationofdampingeffectofthehole-bottomcombineddampingdrillingtool,theanalysisofgasgushingmechanismofthehole-bottomcombineddamp-ingdrillingtoolandtheindustrialtestofon-siteholedrillingwerecarriedout.Thehole-bottomcombineddampingdrillingtoolwasdeveloped,includingexposingdrillbit,meltingcoatingdampingdrillpipeandreamingdrillbit.There-searchresultsshowthatthedrillingtoolreducestheexposedareaatthebottomoftheholeandincreasestheresistanceofthehigh-pressuregasflowatthesprayholesource,whicharethekeystotheweakenedgasgushingpressuretechno-logy.Byrationallydesigningthe“depressurizationgap”,changingtherelativeroughnessofthedrillingtool,increasingtheresistancecoefficientalongthepath,andincreasingthewindresistance,thepressureoftheejectedgascanbereduced收稿日期：20220922修回日期：20230120责任编辑：王晓珍DOI：10.13225/ki.jccs.2022.1370基金项目：国家自然科学基金资助项目(41872188)作者简介：王永龙(1980)，男，河北承德人，副教授，博士。E-mail:通讯作者：裴宇翔(1999)，男，河南信阳人，硕士。E-mail:引用格式：王永龙，裴宇翔，孙玉宁，等.孔底组合钻具瓦斯喷涌阻尼机制及工程应用J.煤炭学报，2023，48(9)：34203427.WANGYonglong，PEIYuxiang，SUNYuning，etal.Gasgushingdampingmechanismanditsengineeringap-plicationofbottomholecombineddrillingtoolJ.JournalofChinaCoalSociety，2023，48(9)：34203427.第48卷第9期煤炭学报Vol.48No.92023年9月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYSep.2023tolessthan25%oftheinitialvalue.Thenumericalcalculationsshowthatthehole-bottomcombineddampingdrillingtoolcangreatlyweakentheairflowpressureofthenozzleorifice,andreducetheriskofhigh-pressureaircurrentjettingoutathighspeedattheorifice.Thestudyrevealsthatthe“depressurizationgap”formedbythedrillbitandthedampingdrillpipeplaysadecisiveroleinthedampingeffect.Thehole-bottomcombineddampingdrillingtoolwasusedforconstructiononsite.Theopeningofthedrillingtoolwatersupplyvalvewasfullyopened,andthedrillingspeedwasslightlyreduced.Atthesametime,twoobviousgasfluctuationsweredetectedattheholeofthedrillinghole,andgaswasdetectedattheorifice.Inthearea,therewasnogasover-limitinthenozzlehole,indicatingthatthecombineddampingdrillingtoolatthebottomoftheholehasasignificantweakeningeffectonthegasgushingpressureinthehole.Theblo-woutpressureoftheorificeblowoutpreventerisreduced.Key words:gasdrainage；blowholeblowout；drillingthroughlayers；dampingdrillingtools我国作为煤炭资源开采和利用的大国，煤炭企业中煤与瓦斯突出矿井数量占比较重，施工瓦斯抽采钻孔进行采前预抽可以有效预防瓦斯灾害事故。瓦斯抽采钻孔施工过程中发生喷孔是导致瓦斯超限最常见的一种动力现象。钻进过程中的喷孔现象是一把双刃剑，一方面喷孔在快速释放煤层瓦斯的同时对煤体也具有卸压作用；另一方喷孔产生的高速瓦斯气流非常容易造成瓦斯喷孔超限。煤层瓦斯喷孔超限事故是矿井安全生产的主要隐患，根据近 3a 的统计资料表明，瓦斯喷孔超限事故在瓦斯超限事故中占比已超过 50%1-5。针对瓦斯喷孔超限难题，科研及工程技术人员做了大量的研究工作，例如将三棱钻杆、孔口防喷装置及防喷钻杆联合应用到钻孔施工中6-9，全封闭式“三防”装置和采用钻尾抽采和防延时喷孔技术10-12，钻孔孔口“防喷、捕尘一体化”装置13-15，快速封孔、螺旋排渣、瓦斯煤渣分离、旋流式分离、喷雾除尘等成套技术16-19，新型高效放水排渣、抽排瓦斯、孔口除尘三位一体防喷出装置及配套钻割新工艺20，水力冲孔防喷孔整套装置21，瓦斯喷孔综合治理安全装置等22，对于治理瓦斯喷孔超限都有一定的效果。钻孔揭露瓦斯富集区时大量高压瓦斯从孔底向孔口高速涌出，常规的钻进方法，难以将喷孔压力降低到安全值，喷孔无法避免，只能在孔口处进行被动防喷。瓦斯喷出通道为钻杆与钻孔之间的缝隙，中间夹杂着钻屑，这些因素会形成通风阻力，一定程度降低了孔口喷出压力，如能将喷出压力在孔内大幅度削弱，将减轻孔外防喷的压力。为此，笔者分析孔底组合钻具瓦斯喷涌阻尼机制，并设计了孔底组合钻具，结合数值模拟、建立气流阻力力学方程、分析了孔底组合钻具的阻尼效果，并通过工业性试验对孔底组合钻具的阻尼效果进行了验证，为瓦斯抽采防喷孔技术开辟了一条新的技术途径。1孔底组合钻具结构及阻尼原理1.1孔底组合阻尼钻具结构原理围绕将钻孔喷出压力在孔内大幅度削弱的思路，研制孔底组合钻具，在钻孔喷孔源头进行主动削弱瓦斯喷涌压力，如图 1 所示，采用分层切削的方案进行钻进，设计孔底组合钻具结构，包括揭露钻头、阻尼钻杆和扩孔钻头，前端使用直径较小的揭露钻头钻进，随后跟阻尼钻杆、扩孔钻头。通过应用孔底组合钻具，使孔底揭露面积分级增大，从而降低高压瓦斯富集区瓦斯喷出量。常规钻杆扩孔钻头揭露钻头阻尼钻杆图1孔底组合钻具模型结构Fig.1Structurediagramofbottomholecombineddampingdrillingtoolmodel瓦斯喷出路径如图 2 所示，通过增加气体流动通道的阻力削弱瓦斯喷出压力。阻尼钻杆表面设置有凸起螺纹，称阻尼钻杆表面与钻孔壁的间隙为“降压间隙”，降压间隙的大小为揭露钻头直径与阻尼钻杆最大旋转外径之差，设计降压间隙 和螺纹高度，使同一条流线上的通风空间突然扩大和缩小，提高阻力系数，有效增加风阻，揭露钻头直径小于扩孔钻头直降压间隙图2瓦斯喷出路径Fig.2Gasejectionpath第9期王永龙等：孔底组合钻具瓦斯喷涌阻尼机制及工程应用3421径，流动气体到达扩孔钻头时形成涡旋降低部分气体压力。1.2钻具气流阻力力学模型在空气流经狭窄空间时，设风流总压为 PQ，风流静压为 PJ，风流动压为 P，根据伯努利方程，沿流线运动过程中，总能量守恒，对于气体可以忽略重力，则PQ=P+PJ(1)动压计算公式为P=0.5v2(2)则PQ=0.5v2+PJ(3)v式中，为风流密度；为风速。风流在通道内做沿程流动时，由于流体层间的摩擦、流体与壁面之间的摩擦所形成的阻力称为摩擦阻力，也叫沿程阻力 hf，其计算公式为hf=Lv22d(4)本文风流在管道内做沿程流动，则式中 d 为风流通道水力直径，为沿程阻力系数，L 为风流通道长度，环形管道水力直径 d 计算公式为d=4SU(5)式中，S 为排渣通道断面面积；U 为排渣通道断面周长。由式(2)、(5)得hf=LUP4S(6)如图 3 孔底组合钻具钻进截面模型所示，U1为组合钻具截面周长，U2为钻孔周长，假设钻孔半径为 R，钻杆的半径为 r，则风压阻力的降压间隙为=Rr。S=(R2r2)(7)U=2(R+r)(8)则沿程阻力可表示为hf=2(R+r)P4(R2r2)L=LP2(9)设高压瓦斯聚集区内的瓦斯压力为 Pq，钻孔外静压为一常量 C，则hf+C=PJ(10)Pq=P+hf+C(11)则瓦斯流动阻力力学方程可表示为hf=LL+2(PqC)(12)在钻孔内高压瓦斯流动时所产生的沿程阻力与沿程阻力系数、风流通道长度 L、降压间隙 和孔底瓦斯压力 Pq相关。风流在管道内运动为湍流，阻尼钻杆的相对粗糙度影响沿程阻力系数，本文中阻尼钻杆的相对粗糙度为螺纹高度 h 与水力直径 d 的比值，即相对粗糙度表示为 h/d。相对粗糙度高，沿程阻力系数大。瓦斯总压力递减梯度如图 4 所示，通过钻具结构创新，提高沿程阻力系数，增加风阻，当喷孔发生时，最大程度削弱流动通道内气体静压，降低瓦斯喷出压力。总压力图4总压递减梯度示意Fig.4Totalpressuredeclinegradientdiagram由式(12)做定量分析，设置降压间隙=4mm，孔底组合阻尼钻具中阻尼钻杆长度分别为 250、500、1000、1500mm，阻尼钻杆螺纹高度均相等，基于式(12)可获得摩擦风阻与沿程阻力系数的关系的关系，如图 5 所示。当降压间隙确定，沿程阻力系数 0.04 时，摩擦风阻增长速率大。沿程阻力系数 0.04 时，摩擦风阻增长速率小。摩擦风阻过大不利于孔内渣体排出，摩擦风阻过小阻尼效果不理想，以摩擦风阻为 65%(PqC)75%(PqC)为基准，将钻孔喷孔源喷出的瓦斯压力降低到初始的 25%35%。通过设置阻尼钻杆的螺纹高度改变沿程阻力系数，基于定量分析，组合阻尼钻具能够将喷出的瓦斯压力降低到初始的 25%以下。SU1U2钻孔截面阻尼钻杆截面排渣通道断面图3孔底组合钻具钻进截面模型Fig.3Drillingsectionmodelofholecombineddampingdrillingtool3422煤炭学报2023年第48卷2孔底组合钻具阻尼效果数值模拟2.1常规钻具与组合阻尼钻具对比分析2.1.1计算模型基于流体力学进行数值模拟实验，在 solidworksFlowsimulation 中建立 2 种钻具钻进瓦斯喷涌阻尼模型。模型方程为标准 k-模型9，如图 6 所示，将钻孔建立为圆环状。观测线(a)常规钻具计算模型(b)组合阻尼钻具计算模型观测线YXZ图6常规钻具和组合阻尼钻具计算模型Fig.6Calculationmodelofconventionaldrillingtoolsandcombinationdampingdrillingtools(1)常规钻具模型。揭露钻头直径为 113mm，圆钻杆直径为 73mm，设置模型观测线长度 1100mm，距离中心轴线 45.19mm。(2)组合阻尼钻具模型。揭露钻头直径为 73.5mm、熔涂阻尼钻杆(钻杆中心杆体直径 65mm、熔涂螺纹高度 3.5mm)、扩孔钻头直径为 113mm、圆钻杆直径为 73mm。设置模型观测线长度为 1100mm，距离中心轴线 35.94mm。2.1.2边界条件模型流体：空气；边界层类型：湍流；入口设置质量流量：0.009kg/s，钻杆旋转速度：180r/min；出口设置：静压状态。2.1.3结果分析通过计算得到模型静压分布云图如图 7 所示，孔壁与钻杆间隙中模拟介质的静压如图 8 所示。由图 7、8 可以看出，模型入口到出口钻具在钻进过程中气体压力在递减，采用常规钻具钻进时，计算模型入口与出口的压差为 15Pa，压差波动小，气体压力损耗是由于气体流通空间的摩擦引起。采用组合阻尼钻具钻进时，模型入口与出口压差为 500Pa，压差波动大，压100%(PqC)10%(PqC)90%(PqC)80%(PqC)70%(PqC)60%(PqC)50%(PqC)40%(PqC)30%(PqC)20%(PqC)0%(PqC)摩擦风阻00.020.040.060.080.10沿程阻力系数L=250 mmL=500 mmL=1 000 mmL=1 500 mm图5摩擦风阻与沿程阻力系数的关系Fig.5Relationshipbetweenfrictionalwindresistanceandalong-wayresistancecoefficient(a)常规钻具模型(b)组合阻尼钻具模型静压/kPa101.337 21101.335 45101.333 69101.331 93101.330 17101.328 41101.326 65101.324 89101.323 12101.321 36YZX静压/kPa101.876 12101.812 22101.748 30101.684 39101.620 48101.556 56101.492 65101.428 74101.364 82101.300 91YZX图7常规钻具与组合阻尼钻具模型静压云图Fig.7Staticpressurecloudmapofconventionaldrillingtoolmodelandcombinationdampingdrillingtoolmodel101.90101.85101.80101.75101.70101.65101.60101.55静压/kPa101.50101.45101.40101.35101.30101.2000.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6长度/m0.7 0.8 0.9 1.0 1.1101.25常规钻具组合阻尼钻具图8常规钻具与组合阻尼钻具模型观测线上的静压Fig.8Staticpressureonobservationlineofconventionaldrillingtoolsandcombineddampingdrillingtools第9期王永龙等：孔底组合钻具瓦斯喷涌阻尼机制及工程应用3423力递减比较均匀，具有一定规律性。组合阻尼钻具阻尼效果优于常规钻具。2.2气体质量流量对钻具阻尼效果的影响(1)计算模型。模型结构参照图 6(b)，区别在于模型中入口处的质量流量分别设置为 0.009、0.018、0.027、0.036kg/s，设置模型观测线长度为 1100mm，模型观测线距离中心轴线均为 35.94mm。(2)模型方程。模型方程同为标准k-模型。(3)结果分析。通过计算，得到模型孔壁与钻杆间隙中模拟介质的静压数值，如图 9(a)所示。由图 9(a)可以看出在同一钻进模型入口处施加不同质量流量，通过增加数值模型入口的气体质量流量来模拟孔底揭露高压瓦斯富集区时，瓦斯气体释放增多的情况。模拟钻进过程中，入口处的压力在很大的情况下，经过均匀降压，在出口处压力也会达到平稳的状态，表明孔底组合钻具具有明显的阻尼效果，能够大幅削弱喷孔的气流压力，降低了高压气流在孔口高速喷出的风险。能够将喷孔源的高压气体降低到安全值。109108静压/kPa10710610510410310100.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6长度/m0.7 0.80.009 kg/s0.018 kg/s0.027 kg/s0.036 kg/s0.9 1.0 1.1102(a)不同质量流量模型静压/kPa00.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6长度/m0.7 0.80.25 m0.50 m0.75 m1.00 m0.9 1.0 1.1(b)不同长度阻尼钻杆模型101.9101.8101.7101.6101.5101.4101.3静压/kPa00.10.20.30.40.50.6长度/m0.70.82.5 mm3.0 mm3.5 mm4.0 mm0.91.0(c)不同螺纹高度阻尼钻杆模型102.0101.9101.8101.7101.6101.5101.4101.3静压/kPa00.10.20.30.40.50.6长度/m0.70.873.5 mm钻头75.0 mm钻头76.5 mm钻头78.0 mm钻头0.91.0(d)不同直径揭露钻头模型101.9101.8101.7101.6101.5101.4101.3图9模型观测线上的静压Fig.9Staticpressureonobservationlinesofmodels3孔底组合钻具结构优化3.1阻尼钻杆长度优化(1)计算模型。采用数值计算的方法对钻杆长度进行优化，其模型结构参照图 6(b)，区别在于模型中熔涂阻尼钻杆长度分别设置为 0.25、0.50、0.75、1.00m，设置模型观测线长度为 310、560、840、1060mm，模型观测线距离中心轴线均为 35.94mm。(2)模型方程。模型方程同为标准 k-模型。(3)结果分析。通过计算得到模型孔壁与钻杆间隙中模拟介质的静压，如图 9(b)所示。由图 9(b)可得出随着钻杆长度增加，其压降增强，压降和阻尼钻杆长度呈正相关。阻尼钻杆短，阻尼效果不理想。阻尼钻杆长，不利于排渣。考虑现场施工钻具安装便捷和钻机到钻孔壁的距离，阻尼钻杆长度设置为 1m。3.2阻尼钻杆螺纹高度优化(1)计算模型。采用数值计算的方法对阻尼钻杆螺纹高度进行优化，模型结构参照图 6(b)，区别在于模型中熔涂阻尼钻杆螺纹高度分别设置为 2.5、3.0、3.5、4.0mm，设置模型观测线长度为 1000mm，模型观测线距离中心轴线为 35.94mm。3424煤炭学报2023年第48卷(2)模型方程。模型方程同为标准 k-模型。(3)结果分析。通过计算得到模型孔壁与钻杆间隙中模拟介质的静压。如图 9(c)所示，阻尼钻杆熔涂螺纹高度越高，沿程阻尼系数越大，摩擦风阻越大。在不影响正常钻进和排渣的前提下，阻尼钻杆螺纹高度尽可能取最大值。3.3揭露钻头直径优化(1)计算模型。采用数值计算的方法对揭露钻头直径进行优化，模型结构参照图 6(b)，区别在于揭露钻头直径分别设置为 73.5、75.0、76.5、78.0mm，模型观测线长度为 1000mm，模型观测线距离中心轴线分别为 35.94、37.44、38.94、40.44mm。(2)模型方程。模型方程同为标准k-模型。(3)结果分析。通过计算得到模型孔壁与钻杆间隙中模拟介质的静压，如图 9(d)所示。从图 9(d)中可以看出“降压间隙”(揭露钻头直径与阻尼钻杆最大旋转外径之差)对阻尼效果影响较大。当钻头直径为73.5mm 与 75mm 时孔内静压下降最快，都具有较好的阻尼效果。降压间隙减小到 0 时，说明没有气体流动。综合考虑压降，当钻头直径为 73.5mm 时此时孔内降压间隙合适，其阻尼效果最好。4现场工业性试验4.1试验地点概况工业性试验地点为山西焦煤集团有限责任公司屯兰矿 8 号煤层 18407 轨道巷，2011 年矿井被鉴定为煤与瓦斯突出矿井，8 号煤层平均厚度 2.74m,工作面沿 8 号煤层顶板回采，8 号煤层瓦斯含量在 10.3513.41m3/t，是开采煤层瓦斯的主要来源23，工作面走向长 2096m，采长 235m，煤层整体向南西倾斜，煤层倾角 07。屯兰矿 8 号煤上覆 K2 灰岩下方为 0.15m 厚煤层，L4 灰岩下方为 0.75m 厚煤层，瓦斯以游离状态存在于煤体和周围岩体的裂缝空隙之中，K2 灰岩和 L4灰岩局部存在高压瓦斯富集区或高压溶洞瓦斯，使用矿上现有常规钻具，在 8 号煤施工裂隙带穿层抽采钻孔时易发生瓦斯喷孔超限事故，由于常规钻具无法削弱孔内喷出瓦斯的压力，导致高压瓦斯沿常规孔口防喷装置向巷道溢散，从而造成瓦斯超限。4.2工业性试验方案基于孔底组合钻具的结构优化，结合现场钻孔施工装备，孔底组合阻尼钻具结构参数为：揭露钻头直径 73.5mm，熔涂阻尼钻杆直径 73mm(钻杆中心杆体直径 65mm、熔涂螺纹高度 4mm)，扩孔钻头直径113mm，如图 10 孔底组合阻尼钻具所示。在 18407 轨道巷顶板使用 ZDY4000L 钻机，采用风水联动打钻，施工方位角 45、倾角 25和方位角35、倾角 20这 2 种钻孔。25倾角钻孔如图 11 所示。4.3工业性试验结果分析在钻进工业性试验过程中，使用孔底组合阻尼钻具，累计有效钻进时间为 22d，共完成 22 个钻孔，累计钻进深度为 2200m。使用效果具体分析如下：图10工业性试验孔底组合阻尼钻具Fig.10IndustrialtestholebottomcombineddampingdrillL4灰岩1.31 m7号煤瓦斯富集区泥岩4.19 mK2灰岩2.4 m瓦斯富集区25砂岩11.8 m18407轨道巷8号煤2.74 m煤线图11工业性试验 25倾角钻孔示意Fig.11Schematicdiagram25ofindustrialtestdrilling第9期王永龙等：孔底组合钻具瓦斯喷涌阻尼机制及工程应用3425(1)使用矿上钻具供水阀门开度为半开，孔口渣水气混合体为喷出状，使用孔底组合阻尼钻具供水阀门开度为全开，孔口渣水气混合体为流出状，表明组合阻尼钻具对孔底流体有明显的阻尼作用，在钻入瓦斯富集区时同样对喷出的瓦斯具有阻尼作用。(2)从钻进速度来看，矿上现使用钻具平均钻进速度为 0.5m/min，应用组合阻尼钻具平均钻进速度约为 0.48m/min，钻进速度略有降低，表明组合阻尼钻具对孔底排出的流体具有阻尼作用。(3)正常钻进情况下，巷道内瓦检仪数值为00.10%，使用孔底组合阻尼钻具钻进，施工 61 号孔时，巷道内瓦检仪数值由 0.11%上升到 0.36%，施工69 号孔时，巷道内瓦检仪数值由 0.09%上升到 0.41%，钻孔均揭露到高压瓦斯富集区时，孔口处检测到 2 次明显瓦斯波动现象，但未形成喷孔，表明孔底组合阻尼钻具削弱瓦斯喷出压力作用显著。5结论(1)通过降低高压瓦斯富集区揭露面积降低瓦斯喷出量，基于气流阻力力学方程定量分析，孔底组合阻尼钻具的阻尼效果随阻尼钻杆的螺纹高度和阻尼钻杆长度成线性增加；阻尼钻杆直径不变的情况下，揭露钻头直径决定着“降压间隙”的大小，“降压间隙”越小阻尼效果越好，阻尼钻杆结构设计应综合考虑降压间隙、巷道空间尺寸、钻机结构等因素。理论上增大阻尼钻杆螺纹高度可以提高沿程阻力系数，增加气体流动通道的阻力，增强阻尼效果，可以将孔底涌出瓦斯的压力降低到初始的 25%以下。(2)通过数值模拟，孔底组合阻尼钻具在钻进过程中，能够使喷孔产生的气流动力不断削弱，降低了高压气流在孔口高速喷出的风险，阻尼效果优于常规钻具，数值模拟优化后的组合阻尼钻具结构为揭露钻头直径为 73.5mm，阻尼钻杆直径为 73mm(钻杆中心杆体直径 65mm、熔涂螺纹高度 4mm)，扩孔钻头直径为 113mm。(3)通过使用常规钻具和孔底组合阻尼钻具在屯兰矿进行工业性试验，使用常规钻具在 8 号煤施工抽采钻孔易发生瓦斯喷孔超限，使用孔底组合阻尼钻具在 8 号煤施工抽采钻孔，施工 61 号孔，巷道内瓦检仪数值由 0.11%上升到 0.36%，施工 69 号孔，巷道内瓦检仪数值由 0.09%上升到 0.41%，未形成喷孔，2 次瓦斯波动现象表明孔底组合阻尼钻具能够有效降低瓦斯喷出强度。参考文献(References)：张春龙，王正帅.防喷装置在艾维尔沟矿区防突钻孔施工中的应用研究J.煤炭技术，2022，41(4)：9092.ZHANGChunlong,WANGZhengshuai.Researchonapplicationofblowoutpreventiondeviceinoutburstpreventiondrillingconstruc-tioninAiweiergouMiningAreaJ.CoalTechnology，2022，41(4)：9092.1王义均，黄光利.高瓦斯矿井低含量煤层工作面瓦斯预抽必要性论证J.煤炭技术，2021，40(2)：103106.WANGYijun,HUANGGuangli.Necessitydemonstrationofgaspre-drainage from low content coal seam working face in high gasmineJ.CoalTechnology，2021，40(2)：103106.2李泉新，许超，刘建林，等.煤矿井下全域化瓦斯抽采定向钻进关键技术与工程实践J.煤炭学报，2022，47(8)：31083116.LIQuanxin,XUChao,LIUJianlin,etal.Keytechnologyandprac-ticeofdirectionaldrillingforgasdrainageindifferentformationsandminingtimesundergroundincoalmineJ.JournalofChinaCoalSo-ciety，2022，47(8)：31083116.3王永龙，陆云飞，王振锋，等.松软煤层“护孔卸压”钻进力学机制J.煤炭学报，2020，45(9)：31863194.WANGYonglong,LUYunfei,WANGZhenfeng,etal.Mechanismof“hole-protectingandpressurerelief”drillinginsoftcoalseamJ.JournalofChinaCoalSociety，2020，45(9)：31863194.4白帆.综放工作面瓦斯综合治理技术应用J.煤炭与化工，2021，44(6)：105108.BAIFan.ApplicationofintegratedgasmanagementtechnologyinfullymechanizedworkingfaceJ.CoalandChemicalIndustry，2021，44(6)：105108.5周二元.高瓦斯极松软强突出煤层穿层钻孔防喷孔施工工艺研究与应用J.煤炭技术，2016，35(5)：243244.ZHOUEryuan.Researchandapplicationofcross-measureboreholeblowout control in highly gas outburst-prone coal 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