[发明专利]煤岩壁钻孔钻具钻削性能实验台

说明书

煤岩壁钻孔钻具钻削性能实验台，属于煤岩壁钻孔钻具钻削性能测试技术领域，实验台包括钻削动力装置、煤岩壁围压加载装置、液压系统和信号采集系统。钻削动力装置包括钻机、风机、钻具（包括钻杆和钻头），钻机的回转器后端通过密封接头与风机的风管连接，回转器前端夹紧钻杆，钻杆末端装有钻头。煤岩壁围压加载装置包括煤岩壁、围压支架和围压油缸，围压油缸从上面、左面和右面对煤岩壁施加围压。液压系统包括液压泵站和控制台，为钻削动力装置和煤岩壁围压加载装置提供动力。信号采集系统采集处理测试信号。实验台可模拟煤岩壁在有围压作用下钻具的钻削过程，评价钻具的钻削性能。实验结果可用于煤岩壁钻孔钻具选型，钻具参数和钻削参数优化。

技术领域

本发明涉及一种煤岩壁钻孔钻具钻削性能实验台，具体涉及一种可以根据井下煤岩壁在不同埋深受到的实际地应力的情况，对煤岩壁施加相应的围压的煤岩壁钻孔钻具钻削性能实验台。

背景技术

煤炭是我国的重要基础能源，各种工业部门每年都要消耗大量的煤炭。尽管煤炭消费比重在未来几年内会有所下降，但煤炭消费在一次能源消费中仍然占据着巨大的比例，依然是我国不可或缺的基础能源之一。煤炭工业在保障我国经济快速增长的同时，煤炭的开采条件也在不断恶化，突出表现为开采深度的增加、瓦斯压力和瓦斯含量的增大、地质构造条件复杂，瓦斯灾害、特别是煤与瓦斯突出灾害日益严重。瓦斯抽采是降低开采过程中的瓦斯涌出量、防止瓦斯超限和积聚，预防瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故的重要措施。瓦斯抽采既是一项保障矿工安全的生命工程，也是一项重要的资源工程，更是根治瓦斯灾害的治本之策。钻具在煤岩壁钻进过程中的钻削扭矩和钻削进给力的变化直接影响到钻具对煤岩壁的钻削性能和钻进效率。因此，根据井下煤岩壁在不同埋深受到的实际地应力的情况，对煤岩壁施加相应的围压，模拟钻具钻削煤岩壁的过程，测试煤岩壁钻孔钻具的钻削性能，对煤岩壁钻孔钻具选型，钻具和钻削参数优化具有指导意义。

发明内容

为了提高煤岩壁钻孔钻具在钻削煤岩壁过程中的钻削扭矩和钻削进给力的测试数据的可靠性，本发明提供一种煤岩壁钻孔钻具钻削性能实验台。该实验台可以根据井下煤岩壁在不同埋深受到的实际地应力的情况，对煤岩壁施加相应的围压，模拟钻具钻削煤岩壁的过程，可对不同型号规格的钻具在钻削煤岩壁过程中的钻削性能进行测试。

技术方案：煤岩壁钻孔钻具钻削性能实验台，包括钻削动力装置、煤岩壁围压加载装置、液压系统和信号采集系统。钻削动力装置包括钻机、风机和钻具（包括钻杆和钻头）。钻机的回转器后端通过动密封接头与风机的风管连接，回转器前端夹紧钻杆，钻杆末端装有钻头。煤岩壁围压加载装置包括煤岩壁、围压支架和围压油缸，围压油缸分别固定在围压支架上方、左侧、右侧，分别从上面、左面和右面对煤岩壁施加围压。液压系统包括液压泵站和控制台，控制台连接到液压泵站，液压泵站通过液压软管连接到回转器、进给油缸、围压油缸，为钻削动力装置和煤岩壁围压加载装置提供动力。信号采集系统包括压力传感器、流量传感器、转速传感器、数据采集仪和计算机，压力传感器、流量传感器、转速传感器分别与数据采集仪连接，数据采集仪与计算机连接，信号采集系统对钻具钻削煤岩壁过程中的液压油压力、液压油流量和钻杆转速的信号进行采集并处理。

所述的煤岩壁围压加载装置的围压支架的上方、左侧和右侧分别设有围压油缸，围压油缸分别从上面、左面和右面对煤岩壁施加围压。

所述的煤岩壁围压加载装置的围压油缸由液压泵站提供动力，控制台进行调节控制，根据井下煤岩壁在不同埋深受到的实际地应力的情况，对煤岩壁施加相应的围压。

所述的钻削动力装置的钻机的回转器后端通过动密封接头与风机的风管连接。

所述的钻削动力装置的钻具，包括钻杆和钻头可更换为不同直径规格的钻杆和不同型号规格的钻头；所述的钻杆和钻头有中心气孔。

所述的煤岩壁是以42.5#普通硅酸水泥和煤粉为主要材料，水为粘合剂，根据不同配比研制的具有不同硬度的人工煤岩壁。