某钻孔临近煤矿采空区,采用正循环气动潜孔锤钻进,钻至110m时发生了钻具断裂事故。针对施工过程中出现的钻杆接头断裂失效情况,结合该孔的施工工况,通过对断口进行宏观分析及理化性能试验,结果表明:钻杆接头断裂的主要原因为岩屑上返过程中在钻具外径突变处发生沉积,造成钻杆接头与岩屑剧烈摩擦,造成接头严重磨损,同时产生高温,致使岩屑与接头基体金属熔结为一体,并使金相组织发生了奥氏体转变。高温奥氏体组织硬度、强度大大下降,而变形能力大大提高。在拉力、扭转等应力的作用下,最终在该处薄弱部位发生了过载断裂。

针对煤矿井下大直径定向长钻孔施工时常规钻杆频繁发生断裂及粘扣等问题,分析了钻杆失效原因,通过优选接头材质并借鉴石油管接头的设计经验,开发出双顶结构接头及W-038R螺纹牙型,并利用有限元分析软件、室内试验及现场试验的方式依次对设计开发的W-038R螺纹接头和常规V-040螺纹接头进行对比,结果表明,工况加载条件下W-038R螺纹接头应力分布要明显优于V-040螺纹接头,前者可以满足使用要求,而后者会发生联接失效;室内静扭试验表明,设计的W-038R螺纹接头静扭能力可达22 000 Nm,是V-0

基于钻杆的失效原因和失效的主要表现形式,通过对钻杆接头螺纹强度进行有限元分析,并对钻杆有限单元分析方法作了相应的介绍,最后通过钻杆螺纹失效原因的分析,提出相应的结构改进措施,实际生产活动表明,这种结构改进措施可以提高钻杆的使用周期,在煤矿开采过程中,因钻杆断裂而发生的事故几率大大降低,为企业节省了开支,保证了企业的经济收益和施工质量。