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摘要
随着我国煤炭资源开采深度的逐步增加，地质条件和围岩环境日趋复杂，掘进时面临水害、瓦斯等灾害的程度日益增加，超前钻孔是探查和治理灾害的必要通道，日益严重的采掘失衡对长距离快速超前钻探技术的需求极为迫切。首先，结合煤矿安全相关规程，围绕着煤矿巷道掘进工况，分析了巷道掘进对于超前钻探的需求。然后，围绕着“长距离快速超前钻探”的要义，分析了目前钻探工艺技术存在的“复杂地层钻孔深度不足”、“钻孔偏斜严重”、“硬岩钻进效率低”三个关键技术问题。其次，围绕着三个关键技术问题总结研究了“复杂跟管钻进技术”、“钻孔防偏技术”、“硬岩高效钻进技术”：针对复杂地层因钻孔坍塌难以成孔的难题，总结了不同护孔技术及配套机具，分析了其对于不同工况的适用性，开发了孔底驱动快速跟管成套机具，将复杂地层钻孔深度延长2～3倍；围绕回转钻进工况下的超前探孔防偏难题，分析了回转钻进偏斜的力学机理，从抑制钻孔倾角和方位角的角度分析了防偏钻具的原理、结构以及性能，研发了能够同时稳定倾角和方位角的单动式保直钻具，钻进过程中外管不转、芯轴带动钻头旋转破岩，现场试验表明能够同时将倾角和方位角偏斜率控制在1.5°/100m；围绕硬岩巷道超前钻探存在的效率低、破岩刀具磨损快等问题，分析了不同硬岩高效破岩机理并综合阐述了对应的破岩机具及配套技术与装备，研制了基于主动抑振原理的小直径稳压提速钻具，在f系数12的煤系石灰岩地层中提速1.5～2倍。最后，针对超前探钻孔“护孔”、“防偏”、“ 提速”三个关键需求，提出了相应工艺机具的发展方向。
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单位机电工程学院; 中国矿业大学（北京）; 中国矿业大学
