冲击地压是深部煤矿较为常见的动力现象,防治冲击地压的一项重要措施是在冲击危险区域实施注水钻孔或卸压钻孔。而深埋工作面煤层钻孔过程中,由于围岩应力的作用,孔内往往会发生卡钻、抱钻、断杆等钻进动力现象,严重影响相关减冲工艺的实施。因此,如何提高钻进效率已成为深部煤层钻孔亟待解决的关键问题。组合钻头因在深部煤层钻进中具有良好的适应性,常用于局部冲击倾向工作面煤层中大直径钻孔卸压、注水卸压、爆破卸压等工艺的深孔钻进,但是关于组合钻头结构特征对钻进煤体性能影响的研究明显滞后于工程应用。前人在开展钻头钻进机理研究的过程中,主要以钻头刀具压入弹性半空间体作为受力模型,并以此为基础考虑钻头静力作用下的煤体应力分布等,再结合不同的强度准则研究煤体破碎机理。这种理论模型对于各刀具受力相同的地质钻头类型是合理的,但组合钻头具有不同尺寸参数刀具,且各刀具并非单纯以压入的切削方式破碎煤体,而是在围岩应力条件下由不同方向刀具与煤体相互作用的钻进机制,在研究用于工作面煤层钻孔的组合钻头钻进机理时,需要以组合钻头结构特性为基础,并根据不同地质条件下的适应性来分析其钻进机理。因此,通过分析组合钻头在钻进过程中的受力状态,应用接触力学理论,推导出组合钻头与孔壁煤体之间的接触应力,建立了组合钻头受力模型。在分析不同几何参数钻头与煤体接触的基础上建立了物理模型,分析了影响钻进效率的因素及其变化规律;根据相应的岩石强度准则,研究了围岩应力条件下钻进煤体时孔壁周围裂隙的发育情况,建立了组合钻头钻进性能评价体系;并以煤体物理力学参数为基础,采用几何参数优化后的组合钻头钻进煤体的缩微度实验,分析了组合钻头在不同地质条件下的钻进性能演化规律;最后在现场测试组合钻头的钻进效果,并与研究结果进行对比分析钻进适应性。具体内容如下:（1）在分析组合钻头结构特性的基础上,以组合钻头“钻进+逐级扩孔”的运动学特征为研究对象,运用接触力学理论构建组合钻头钻进的力学模型,通过理论计算得出钻头不同区域结构的扭矩、进给力解析表达式,并从破碎煤体的本质揭示影响组合钻头钻进的主要因素,为组合钻头钻进性能的评价体系提供理论依据。（2）采用ABAQUS软件建立组合钻头钻进过程离散元（DEM）仿真模型,利用仿真模型对组合钻头几何参数和钻进参数影响的钻进性能进行研究,分析组合钻头工作角、刀具排距、刀具排列方式和转速、进给速度等对组合钻头受力状态的影响,得出组合钻头结构参数对钻进性能影响规律。（3）搭建双轴加载组合钻头钻进实验平台,实验研究优化后的组合钻头在不同围压大小和不同煤体强度条件下的钻进性能,从组合钻头进给力、扭矩、钻进比能、平均钻屑量等方面,阐述煤体强度、围压大小和钻进参数对组合钻头钻进性能的影响。（4）以工作面钻孔过程中受煤层围岩应力影响为切入点,基于HJC材料本构关系建立钻孔数值仿真模型,分析不同围压大小、围压分布状态下组合钻头载荷、钻进扭矩和钻屑量的影响规律,研究围压作用下组合钻头钻进机理。（5）针对深部煤层卸压孔钻进过程中的动力现象,选择典型的冲击倾向工作面—新巨龙矿2302S工作面作为实施钻孔试验的地点,采用优化的组合钻头搭配合理的钻杆与钻机,并模拟验证改进方案的可行性后,分别进行注水卸压孔与大直径卸压孔施工钻进,并对比设备改进前后的钻进扭矩、钻屑量、钻孔深度等,验证组合钻头钻进性能。图[86]表[32]参[161]