低透气性松软煤层成孔工艺是煤矿瓦斯抽采的世界性技术难题,因此,进行低透气性松软突出煤层钻孔变形机理的研究,开发新型打钻工具及施工工艺是十分迫切且必要的。本文结合突出煤层的有关知识和岩石破碎学的相关理论,对突出煤层煤岩破碎机理及突出煤层钻孔变形机理进行了探讨,并就钻孔变形的影响因素、钻孔塑性圈的形成及如何利用进行了分析,研究表明了多级变径技术的可行性。在上述理论研究的基础上,设计了新型的多级变径组合钻具。该钻具采用多级变径技术,多次“吃掉”钻孔的塑性变形;同时,除第一级变径外,后一级钻进在前一级钻孔破碎圈内进行,减小施钻作业对工作面前方应力和瓦斯动力状况的扰动作用,消除施钻作业诱导钻孔喷孔、塌孔、抱(夹)钻的可能性。在井下进行工业试验,收集了使用该钻具施工顺层钻孔时的钻进速度、钻屑量、终孔深度、孔内煤粉分布形态等参数,并与金刚石复合片(PDC)钻头的施工效果进行比照分析,得出多级变径钻头比金刚石复合片(PDC)钻头的钻进速度加快了52.37%,钻屑量增加了40.24%,终孔深度增加了40.87%,因此,数据显示采用多级变径钻头施工顺层长钻孔,在成孔效果上进步明显。