發(fā)布時(shí)間：2022-01-05 22:14

　　反井鉆井是井工礦物開(kāi)采和地下工程重要施工方法,用于暗斜井、暗立井以及其他具有下部巷道的井筒工程,實(shí)現(xiàn)了煤炭、金屬、非金屬礦物開(kāi)采,水利發(fā)電和抽水蓄能電站建設(shè),公路、鐵路隧道工程中一些井筒的非爆破機(jī)械破巖鉆進(jìn)。工作人員不再需要下井作業(yè),保障了施工人員的安全。從上個(gè)世紀(jì)八十年代開(kāi)始至今,我國(guó)在反井鉆機(jī)、鉆具破巖刀具方面研究取得長(zhǎng)足的發(fā)展,但對(duì)滾刀破巖機(jī)理和鉆井工藝參數(shù)等影響鉆進(jìn)效率的重要技術(shù)問(wèn)題,還是多停留在實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié),缺乏理論、實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)深入研究和總結(jié)。本論文在破巖機(jī)理理論分析和數(shù)值模擬基礎(chǔ)上,以山東沂蒙抽水蓄能電站為背景進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè),采用動(dòng)態(tài)測(cè)試分析系統(tǒng)對(duì)反井鉆機(jī)鉆進(jìn)參數(shù)鉆壓、轉(zhuǎn)速、扭矩和鉆速等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試,得到了鉆速與鉆壓、鉆速與轉(zhuǎn)速、扭矩與轉(zhuǎn)速之間的相互關(guān)系,對(duì)反井鉆機(jī)設(shè)計(jì)和反井鉆井工程參數(shù)選擇有一定指導(dǎo)價(jià)值。本論文主要開(kāi)展了以下內(nèi)容的研究:一、以北京中煤研制的鑲齒滾刀為基礎(chǔ),通過(guò)分析反井鉆機(jī)鑲齒滾刀的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),得到了滾刀的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓柱螺旋線,得到了滾刀的運(yùn)動(dòng)距離和轉(zhuǎn)速、鉆速之間的關(guān)系。分析了刀齒的受力情況,依據(jù)能量守恒原理,得出了反井鉆機(jī)擴(kuò)孔狀態(tài)下總鉆壓、總扭矩、轉(zhuǎn)... 

【文章來(lái)源】：煤炭科學(xué)研究總院北京市

【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

等效滾刀的破巖軌跡示意圖

2鑲齒滾刀破巖理論研究12a)豎井井筒b)滾刀運(yùn)動(dòng)軌跡c)滾刀運(yùn)動(dòng)軌跡線展開(kāi)式圖2.3井筒及滾刀運(yùn)動(dòng)軌跡Fig.2.3Wellboreandhobmovementtrack將滾刀的運(yùn)動(dòng)軌跡線按平面展開(kāi)，滾刀的運(yùn)動(dòng)距離為s，鉆進(jìn)高度（進(jìn)尺）為h，s在水平方向上的投影為，為升角，滾刀運(yùn)動(dòng)軌跡展開(kāi)線如圖1c所示。則l、h、s滿足下列關(guān)系：{=2·=·s=√(2)2+()2·=·sin(2-2)鑲齒滾刀破巖過(guò)程中，刀齒與巖石相互接觸，鉆機(jī)通過(guò)鉆桿傳遞給滾刀一定的鉆壓、轉(zhuǎn)速和扭矩，從而沖擊、擠壓、刮削巖石，最終使巖石破碎，形成井筒。2.2.2鑲齒滾刀破巖受力分析鉆頭的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)刀座的轉(zhuǎn)動(dòng)，使壓入巖石的滾刀發(fā)生滾動(dòng)。鑲齒滾刀破巖時(shí)的受力主要來(lái)源于鉆頭、刀座和巖石，其互為作用力與反作用力，符合大小相等、方向相反的基本原則，可以分解到垂直于巖石表面和平行于巖石表面2個(gè)方向，如圖2.4所示。圖2.4鑲齒滾刀受力示意圖Fig.2.4SchematicdiagramoftheforceofthecobhobhlsPTT"P"

2鑲齒滾刀破巖理論研究14（6）卸載階段荷載去掉以后，巖石內(nèi)儲(chǔ)存的變形能和應(yīng)變能逐步釋放，巖石內(nèi)部由受壓狀態(tài)變?yōu)槭芾瓲顟B(tài)，形成環(huán)狀裂紋。密實(shí)核的一小部分能量轉(zhuǎn)化為表面能，剩余大部分轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，并將破碎巖渣拋出，形成破碎凹坑，完成破碎過(guò)程。a)密實(shí)核出現(xiàn)階段；b)密實(shí)核儲(chǔ)能階段；c)徑向裂紋和崩裂階段圖2.5滾壓破巖示意圖Fig.2.5Schematicdiagramofrollingrockbreaking從鑲齒滾刀滾壓破巖的各個(gè)階段可以看出，滾刀刀齒的侵入深度存在局部卸載過(guò)程，而不是隨著載荷的增加而不斷增加。當(dāng)密實(shí)核周?chē)膸r石破碎時(shí)，荷載將暫時(shí)減小；隨著刀齒繼續(xù)壓入巖石時(shí)，荷載將再次增加，刀齒到巖石的滾動(dòng)和破碎過(guò)程可能包括上述幾個(gè)“加載-局部卸載”循環(huán)，并在達(dá)到最大侵入深度后最終停止加載，此過(guò)程稱為刀齒對(duì)巖石的躍進(jìn)式侵入。赫茲裂紋是躍進(jìn)式侵入的首要原因。赫茲裂紋產(chǎn)生的條件是拉伸應(yīng)力下的局部脆性破壞。因此，對(duì)于脆性巖石，滾壓破巖時(shí)躍進(jìn)式侵入效應(yīng)比較明顯。[77]以單排齒滾刀為研究對(duì)象，鑲齒滾刀破巖過(guò)程中主要會(huì)出現(xiàn)三種情況：?jiǎn)锡X接觸、雙齒接觸和多齒接觸（巖石很軟，并且齒間距很�。�，如圖2.6所示。a)單齒接觸b)雙齒接觸c)多齒接觸圖2.6刀齒與巖石的接觸類型Fig.2.6TypeofcontactbetweenthecutterandtherockPPPP1P1P2P1P2P3TTTT1T1T2T1TT32

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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碩士論文
[1]擴(kuò)孔鉆進(jìn)工況下反井鉆機(jī)鉆具的縱向振動(dòng)研究[D]. 高峰.煤炭科學(xué)研究總院 2018
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[3]鑲齒滾刀正壓力與滾動(dòng)力預(yù)測(cè)模型研究[D]. 曾志遠(yuǎn).合肥工業(yè)大學(xué) 2018
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[6]不同齒形的鑲齒滾刀破巖效果模擬仿真[D]. 汪瑩瑩.合肥工業(yè)大學(xué) 2017
[7]刀具破巖機(jī)理試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)與仿真研究[D]. 趙昌盛.西南交通大學(xué) 2016
[8]復(fù)合地層TBM破巖過(guò)程滾刀磨損機(jī)理及掘進(jìn)效率研究[D]. 王賀.重慶大學(xué) 2016
[9]復(fù)合地層下TBM掘進(jìn)的可掘性評(píng)價(jià)[D]. 相浩.重慶大學(xué) 2016
[10]基于刀盤(pán)載荷模型的刀盤(pán)性能評(píng)價(jià)研究[D]. 任家寶.天津大學(xué) 2014



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