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随着我国经济的蓬勃发展,对能源的需求愈加迫切。煤炭是我国主要的能源,煤炭生产过程中,因瓦斯事故引起的安全事故时有发生,且往往带来灾难性的后果。在钻探技术和设备落后以及岩层条件复杂的矿区,打钻难导致瓦斯抽放率低,严重影响了煤炭安全生产。因此,研制高效长寿命的钻头,应用合适的钻机和钻具,制定一套高效的瓦斯抽放孔钻进工艺和技术,对保障煤矿高效安全生产有重要的工程技术和社会意义。本文以“南桐矿区提高瓦斯抽放钻孔钻进速度技术的研究”项目为依托,在充分掌握研究区地质资料、钻探技术状况的基础上,采用岩层分层最优分割计算进行钻头选型,在硬岩段使用人造孕镶金刚石取心钻头及PDC取心钻头,在软～中硬岩层段使用PDC内凹三翼无心钻头。应用表明,分层推荐使用的钻头钻速高,适岩性好,寿命长。为煤田地质钻探提供了一种钻头选型实用方法和选型依据。通过对国内外研究现状资料分析,对地质PDC钻头和金刚石钻头的破岩机理和磨损规律进行了总结,并重点对PDC钻头的失效形式进行了分析。通过软件ANSYS,采用热弹塑性有限元方法,对PDC/45#钢接头在钎焊后的残余应力进行了三维模拟分析。结果表明,在钎缝与PDC硬质合金合金基底一侧所受的残余应力最大,即为最危险区域。研究了钎缝厚度和形状对残余应力的影响:随着钎缝厚度的增加,焊后残余应力减小,当钎缝厚度100μm到120μm时,残余应力最小,而后随着钎缝厚度的增加,残余应力又会增加。得到钎缝边缘弧形设计的接头,模拟结果表明,钎焊后残余应力小,焊接强度高。设计了PDC钻头的冠部形状和布齿形式及人造孕镶金刚石钻头的唇面和胎体浓度。优选了性价比较高的PDC来制造钻头。应用煤炭科学研究总院西安研究院的MK-4型全液压钻机以及φ50mm钻杆,φ73mm和φ58mm岩芯管。在研究区井下采用清水作冲洗介质,进行了2000余m的实钻实验,使得瓦斯抽放孔施工台月效率提高了80%。