煤层气作为一种新型能源,其清洁无污染、存储量大、燃烧释放热量多的特点已经引起了各个国家的重视。但由于煤层气天然赋存条件具有多样性,导致了其开采的困难程度很高,所以在开采过程中专业的技术设备是极其重要的。目前我国用于煤层气开采的钻机技术还相对落后,尤其是针对某些需要横向钻进地域的钻机几乎没有。国内的横向开采工作一般靠引进国外的先进设备,造成了开采成本的急剧升高。所以探究横向钻进的特点并研制适合中国国情的横向钻探设备是十分必要的。此外对于钻机来说,其工作过程就是煤层或岩层破坏的过程。所以研究破岩机理将更有助于对钻探工具的保护以及钻进效率的提高。针对以上问题,本文所做研究如下:首先,列举了目前国内外常用钻机特点以及技术参数并建立了横向钻进破岩机理试验台,为以后探究水平钻进的特点提供理论和试验支持。其次,根据岩石损伤理论和物理力学特性,建立了岩石在两种载荷形势下的本构模型和损伤特性方程,并通过比较验证了模型的统一性。通过MATLAB软件求解出三轴等围压受力情况下岩石随着轴向力变化而破坏的曲线,得到岩石破坏的全过程。最后,建立钻齿和岩石的三维模型,利用ANSYS软件对短螺旋钻具单齿钻进岩石进行有限元动态接触分析,探究在不同的切削深度和切削速度情况下岩石的破坏情况。根据所得出的结果来指导钻进参数的组合方式,这样不仅仅可以提高钻进效率,也可以对钻机和钻具起到有效保护作用。试验台的创新点主要体现在建立的钻机试验台具备钻进参数的加载模拟系统、煤层岩样围压加载系统、多信号综合测控与显示等功能。通过该试验台可实现岩样的可钻性分析、不同钻头在不同钻进参数下工作时岩石的应力产生及扩展过程研究、钻头形态与破碎颗粒情况的相关性研究、排渣效果分析、金刚石钻具时效及寿命实验、钻进工艺优化研究等。后期研究以减少瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出和透水等灾害事故为目标,针对松软煤层钻孔时易出现塌孔抱钻等问题提出解决方案。很大程度上模拟了钻机的实际工作环境,自动化程度高。