瓦斯突出一直是威胁煤矿正常生产的重大安全问题,在松软突出煤层的开采过程中尤为多见,目前普遍采用肋骨钻杆在煤壁的特定位置区域钻孔排瓦斯以解决瓦斯突出问题。由于现有排渣技术的限制,卡钻事故时常发生并导致钻孔深度和成孔率极低,从而极大降低了瓦斯治理的效率和效果。为解决以上问题,本文对肋骨钻杆的排渣机理进行研究,并提出钻杆优化方案。针对松软突出煤层钻孔施工复杂工况,采用钻孔理论分析、排渣数值模拟及实验室实验的综合研究方法,展开肋骨钻杆排渣机理的深入研究。建立了排渣过程煤渣颗粒的力学模型,并推导得到流体排渣与机械排渣单位时间排渣速率的计算公式,进而找出可进行优化的排渣效率影响因素。基于钻孔施工排渣工艺,采用计算流体动力学理论将排渣过程简化为气固两相流耦合过程,并采用两种专用数值模拟工具EDEM与FLUENT建立了钻孔排渣气固耦合模型,通过设置模拟实际钻孔工况参数进行耦合数值模拟,由数值模拟结果得到了肋骨钻杆待优化参数指标。基于耦合数值模拟结果,采用正交试验L25(55)正交表设计了 25种模型,对肋骨钻杆参数进行优化,采用极差分析法得到参数最优组合,在参数最优组合钻杆基础之上,对叶片形状进行优化。优化结果表明:排渣效率提高了 15.77%。基于钻孔施工实际工况,设计并搭建了肋骨钻杆排渣测试实验台。根据耦合数值模拟优化结果加工了新结构肋骨钻杆,对每根钻杆分别进行了 15次模拟排渣实验,并对其排渣通道内残留的煤渣质量进行统计。实验结果表明:新结构肋骨钻杆为原肋骨钻杆的9.40%,煤渣的堆积速度下降明显,极大地降低了由于煤渣阻塞引起卡钻的可能性。