面向多工况模拟的煤矿螺杆钻具一体化测试平台设计与实验研究

摘要

随着煤矿井下定向钻进工艺向大直径、冲击破碎及气动钻进等方向发展，传统螺杆钻具测试平台在介质兼容性、动态加载精度及冲击响应量化方面面临挑战，难以满足复杂工况下的高精度测评需求。设计了一种多工况一体化测试平台，提出高压水-压缩空气双介质无缝切换方法、无级变频流量调控策略、伺服控制轴向动态加载机制，以及基于电涡流制动与高频传感的扭矩-冲击联合测试系统。该平台可覆盖φ73～140 mm常规型、气动型与冲击型螺杆钻具的性能标定，支持多参数耦合工况下的高精度测量。实验表明，平台冲击力测量均值为49.7 kg，冲击频率28.9 Hz，重复性误差小于±0.5%，稳定性良好。该研究通过构建输入-输出动态响应模型，为钻具结构优化与智能调控提供了实验与理论支撑，对推动煤矿智能钻进与安全高效开采具有重要工程价值。

关键词

煤矿螺杆钻具 / 综合试验平台 / 多工况模拟 / 扭矩-冲击试验 / 动态响应模型 / 性能标定