本文關(guān)鍵詞： 微波照射 巖石損傷 含水率 礦物成分　出處：《西安科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在隧道施工中,破碎巖石的主要方法有爆破法和機(jī)械破巖法。這兩種方法各存在缺點(diǎn)或不足,爆破法對原巖的擾動大,往往造成隧道支護(hù)困難;機(jī)械破巖法一次投資費(fèi)用高、遇硬巖時效率低等。為克服這些缺點(diǎn),需要研究和發(fā)展新型的高效破巖方法。研究表明,利用微波對巖石進(jìn)行照射,可以有效地降低其強(qiáng)度,有利于提高機(jī)械破碎的效率,“微波+機(jī)械”破巖有望成為一種新型的高效破巖方法。為實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo),需要對微波照射下巖石的損傷機(jī)理進(jìn)行研究。本文通過設(shè)定不同的巖石含水率、巖石種類、微波照射功率和時間等因素,試驗(yàn)研究微波照射下巖石損傷機(jī)理,通過CT掃描和抗剪切試驗(yàn)探究微波照射下巖石損傷演化規(guī)律,具體研究內(nèi)容及成果如下:(1)在理論分析的基礎(chǔ)上,闡述微波照射下巖石的損傷機(jī)理,并分析微波照射下影響巖石損傷演化的內(nèi)部因素。微波照射下巖石的損傷是由巖石中包含吸波物質(zhì)的一些“熱點(diǎn)”引起的。巖石礦物成分、含水率等因素對微波照射下巖石損傷具有一定程度的影響。在試驗(yàn)設(shè)定的含水率變化范圍內(nèi),含水率高的巖石試件,經(jīng)微波照射后,巖石的損傷變量大,損傷的離散性強(qiáng)。(2)進(jìn)行不同參數(shù)的微波照射巖石試驗(yàn),并對巖石抗剪強(qiáng)度的變化進(jìn)行分析。結(jié)果表明:微波照射下由于巖石礦物晶粒的熱膨脹,減弱了晶粒之間的結(jié)合力,最終導(dǎo)致巖石抗剪強(qiáng)度降低;大功率、短時間的微波照射,能夠有效地降低巖石的強(qiáng)度。(3)對微波照射后的巖石試件進(jìn)行CT掃描,確定相同參數(shù)微波照射下,不同巖石的損傷變量,分析礦物成分對微波照射下巖石損傷的影響。結(jié)果表明:微波照射下巖石的損傷演化表現(xiàn)出局部化特征。微波照射下花崗巖的損傷主要取決于黑云母、角閃石、磁鐵礦等吸波礦物;玄武巖的損傷主要取決于橄欖石、輝石等吸波礦物。(4)本文的研究表明,利用大功率、短時間的微波照射,可以有效地降低巖石的強(qiáng)度,因此提出微波輔助破巖刀盤及井下微波輔助鉆具的初步設(shè)計方案。微波輔助破巖刀盤的設(shè)計中,邊滾刀與刀盤的連接方式為液壓支撐連接,邊滾刀兩側(cè)安裝微波天線,刀盤在微波照射巖石的情況下對巖石進(jìn)行切割,可以降低滾刀的磨損,提高破巖效率。井下微波輔助鉆具通過鉆頭內(nèi)微波天線發(fā)射的微波加熱巖石,降低巖石強(qiáng)度,輔助鉆頭破巖,以提高花崗巖、玄武巖等硬巖鉆進(jìn)的機(jī)械鉆速。
[Abstract]:In tunnel construction, the main methods of broken rock are blasting method and mechanical rock breaking method. These two methods each have shortcomings or shortcomings. The blasting method has a great disturbance to the original rock, which often results in the difficulty of tunnel support. Mechanical rock breaking method has high primary investment cost and low efficiency when it comes to hard rock. In order to overcome these shortcomings, it is necessary to study and develop a new type of high efficiency rock breaking method. It can effectively reduce its strength and improve the efficiency of mechanical crushing. "Microwave machinery" rock breaking is expected to become a new type of high-efficient rock-breaking method, in order to achieve such a goal. It is necessary to study the damage mechanism of rock under microwave irradiation. In this paper, the damage mechanism of rock under microwave irradiation is studied by setting different factors such as water content of rock, kinds of rock, power and time of microwave irradiation and so on. Through CT scanning and shear resistance test to explore the evolution of rock damage under microwave irradiation, the specific research contents and results are as follows: 1) on the basis of theoretical analysis, the damage mechanism of rock under microwave irradiation is expounded. The internal factors which influence the evolution of rock damage under microwave irradiation are analyzed. The damage of rock under microwave irradiation is caused by some "hot spots" which contain absorbing materials in rock. Water content and other factors have a certain degree of influence on the damage of rock under microwave irradiation. In the range of water content change set by the experiment, the damage variable of rock samples with high moisture content is large after microwave irradiation. The variation of shear strength of rock was analyzed by microwave irradiation with different parameters. The results showed that the thermal expansion of rock mineral grain was caused by microwave irradiation. The adhesion between grains is weakened and the shear strength of rock decreases. High-power and short-time microwave irradiation can effectively reduce the strength of rock.) CT scanning of rock samples after microwave irradiation can determine the damage variables of different rocks under the same parameters of microwave irradiation. The effect of mineral composition on rock damage under microwave irradiation is analyzed. The results show that the damage evolution of rock under microwave irradiation is localized. The damage of granite under microwave irradiation mainly depends on biotite and hornblende. Magnetite and other absorbing minerals; The damage of basalt mainly depends on the absorbent minerals such as olivine and pyroxene. The research in this paper shows that the strength of rock can be reduced effectively by microwave irradiation of high power and short time. Therefore, the preliminary design scheme of microwave-assisted rock breaking cutter head and downhole microwave assisted drilling tool is proposed. In the design of microwave-assisted rock breaking cutter head, the connection between edge hob and cutter head is hydraulic support connection. The edge hob is equipped with microwave antenna on both sides of the edge hob, and the cutter head cuts the rock under the condition of microwave irradiation, which can reduce the wear of the hob. In order to increase the drilling speed of hard rock such as granite and basalt, the underground microwave assisted drilling tool heats the rock by microwave radiation through the microwave antenna inside the bit, reduces the rock strength, and assists the bit to break the rock in order to improve the drilling speed of hard rock such as granite and basalt.
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU45

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本文編號：1473152