复杂地层用反循环钻头双排内喷孔结构优化与试验

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2016.03.019

东北大学学报:自然科学版 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (3): 392-397.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2016.03.019

复杂地层用反循环钻头双排内喷孔结构优化与试验

甘心，殷琨，殷其雷，李鹏

(吉林大学建设工程学院，吉林长春130026)

收稿日期:2015-02-05 修回日期:2015-02-05 出版日期:2016-03-15 发布日期:2016-03-07
通讯作者: 甘心
作者简介:甘心(1987-)，男，广西南宁人，吉林大学博士研究生；殷琨(1952-)，男，吉林长春人，吉林大学教授，博士生导师.
基金资助:
中国地质调查局项目(12120113096900).

Structural Optimization and Test of Double Row Suction Nozzles for Reverse Circulation Drill Bits Used in Complex Formations

GAN Xin， YIN Kun， YIN Qi-lei， LI Peng

College of Construction Engineering， Jilin University， Changchun 130026， China.

Received:2015-02-05 Revised:2015-02-05 Online:2016-03-15 Published:2016-03-07
Contact: YIN Kun
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摘要/Abstract

摘要： 采用正交试验和计算流体动力学相结合的方法，对矿山多层空区钻探用150 mm反循环钻头双排内喷孔的4个结构参数进行优化分析，分析结构参数变化对钻头抽吸量Q的影响规律，并最终得出这4个结构参数的主次排序依次为:倾角(θ_s)、水平偏角(θ_d)、垂直间距(L)、水平间距(S).最优参数组合为:θ_s=30°，θ_○d=10°，L=-15mm和S=10mm.与此同时，将最优参数组合下的150mm反循环钻头进行多层空区探测孔钻进试验.从钻进试验效果看，穿过第一层空区继续实现反循环钻进，钻头依然能够形成良好的反循环抽吸效果，并且连续不断排出大颗粒岩块，解决矿山多层空区钻探及测量难题.

关键词: 反循环钻头, 双排内喷孔, 正交试验, CFD分析, 多层采空区钻孔

Abstract: The 4 main structural parameters of double row suction nozzles for 150mm reverse circulation drill bits used in multilayer goaf drilling were optimized by orthogonal design method and CFD(computational fluid dynamics) analysis. The analysis results indicated the primary and secondary orders as follows: the inclination angle(θ_s)， the horizontal deflection angle(θ_d)， the vertical space (L) and the horizontal space (S)， with the most optimal parameter combination being θ_s=30°， θ_d=10°， L=-15mm and S=10mm. At the same time， the 150mm reverse circulation drill bit which adopts the most optimal parameter combination was carried on the multilayer goaf drilling test. The test results showed that the reverse circulation drilling can still be achieved through the first layer goaf， and the rock sample with large particles can be continuously discharged from the borehole bottom to the earth surface. The problem on multilayer goaf drilling and measurement in mines can thus be resolved.

Key words: reverse circulation drill bit, double row suction nozzle, orthogonal design, CFD analysis, multilayer goaf drilling

中图分类号:

P634.4

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