塌孔埋钻事故是钻机施工过程中最为常见的,也是危害较大的一种事故。对于无钻杆钻孔机而言,无钻杆钻具是整个钻机最为关键的部分,仅通过钢丝绳、电源线及几束信号线与钻孔机上车相联系。这种特殊的结构使得无钻杆钻孔机在遇到塌孔埋钻事故时能否顺利自救脱险成为无钻杆钻机结构完整及正常工作的关键,也是降低无钻杆钻机使用成本的一个重要前提条件。在分析现有旋挖钻机处理塌孔埋钻事故的方法基础上,结合无钻杆钻具的工作原理和结构特点,提出了无钻杆钻具发生事故进行自救的思想。通过在无钻杆钻具上方安装自救装置,当塌孔埋钻事故发生时,可以通过启动无钻杆钻具自救装置,在钢丝绳的辅助提升作用下,进行自救。考虑到塌孔埋钻事故发生后,埋在钻具上方的塌落土体结构较为松散,自救装置采用了将塌落土体挤回孔壁的方法。土体的可压缩性和土的摩尔-库伦强度极限平衡理论为无钻杆钻具自救机理提供了理论依据。根据无钻杆钻具自救机理给出了自救装置的具体结构设计方案。并给出了自救装置中变径螺旋叶片螺距和螺旋升角、内置液压缸加压力及内置液压马达的输出扭矩和转速等关键参数的确定方法。详细分析了导向撑压器的工作原理,并根据工作原理给出撑压板的两种连接结构形式;并分别对这两种连接形式进行了详细的受力分析和有限元分析,最后得出较优结构形式。加工制造了无钻杆钻具自救装置实验样机,建立了无钻杆钻具自救实验系统,对多组不同含水率的粘性土(粉质粘土)和无粘性土(砂土)分别完成了真实地质条件下的自救实验。实验表明所给出的自救装置自救原理正确、结构形式合理、工作有效,能满足无钻杆钻具进行自救脱险的要求。同时仔细分析实验现象,并对实验过程中出现的问题,进行了详细的解释与说明,并给出了具体的改进方法。