松软突出煤层的煤与瓦斯突出现象一直是威胁煤矿安全生产的重大问题,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煤与瓦斯突出问题。但钻孔施工经常由于煤粉阻塞而引起卡钻,从而带来的成孔率低、钻进效率低、成孔深度受限等问题,严重影响了瓦斯治理的效率。为解决以上问题,本文对基于改进多目标粒子群算法的煤矿钻杆优化方法展开研究。针对松软突出煤层钻孔施工复杂工况,对引起卡钻的物理因素、地质因素、机械因素进行分析,得到导致卡钻的可优化因素,主要包括钻杆的结构与钻杆钻进速率。基于松软突出煤层钻孔施工工况,分析肋骨钻杆机械排粉机理。基于肋骨钻杆单位时间机械排粉量和输送能耗的计算公式建立目标函数,采用改进多目标粒子群算法对肋骨钻杆结构参数进行优化。采用EDEM软件对优化后的钻杆排粉过程进行仿真,仿真结果表明:优化后钻杆的单位时间机械排粉量增大且排粉能耗降低。采用计算流体动力学理论,分析肋骨钻杆流体排粉机理,建立流体排粉时煤粉临界速度的数学模型,并通过实验确定最优临界风速。采用气固两相流理论,建立与分析肋骨钻杆排粉过程所需的供风压力表达式,得到:供风压力等于肋骨钻杆风力排粉压力损失。基于排粉过程中的煤粉受力状况建立煤粉颗粒群的运动模型,推导出肋骨钻杆理想状态下单位时间排出煤粉质量的计算公式;建立肋骨钻杆单位时间产生煤粉质量的数学模型,根据钻杆正常钻进时单位时间内的产粉质量与单位时间内的排粉质量的数值关系,得出肋骨钻杆的理想钻进速率。根据钻孔施工实际工况,搭建肋骨钻杆排粉过程模拟实验台。通过实验对理想钻进速率进行测试并修正,得到可保证钻进效率最高的同时也能有效避免排粉通道阻塞的钻杆最优钻进速率。基于肋骨钻杆机械排粉与流体排粉的优化结果,设计并加工了一种新型肋骨钻杆,采用该钻杆在陕西省象山煤矿进行钻孔排瓦斯试验。与原钻杆钻孔施工效果相比:单位时间平均煤粉排出量提高31.5%,成孔率提高19.4%,每孔平均钻进深度提高39.8m,因此,本文所提出的钻进优化方案提高了钻进效率,极大地降低了由于煤粉阻塞引起矿井卡钻发生的几率。