發(fā)布時間：2021-07-01 20:40

　　反井鉆井工程中,擴孔鉆頭體采用滾壓破巖的方式對巖石進行破碎。滾壓破巖的本質(zhì)是滾刀刀齒對巖石的躍進式侵入,這一侵入過程會伴生大量的沖擊荷載。隨著刀盤轉(zhuǎn)動,沖擊荷載周期性產(chǎn)生,引起鉆具系統(tǒng)的縱向振動。反井鉆機擴孔鉆具系統(tǒng)由普通鉆桿、穩(wěn)定鉆桿和擴孔鉆頭體構成,當鉆具系統(tǒng)的縱向自由振動固有頻率和縱向振動頻率重合時,將會誘發(fā)縱向共振。擴孔鉆進工況下,反井鉆機鉆具系統(tǒng)處于大荷載條件下的復合受力狀態(tài),縱向共振將嚴重降低鉆具使用壽命,是導致鉆具疲勞和損傷的重要因素之一。本文從反井鉆機擴孔鉆具的固有頻率和振動頻率兩方面入手,通過理論分析、數(shù)值模擬、編程計算和現(xiàn)場實驗等手段,對擴孔鉆進工況下反井鉆具的縱向振動問題進行了系統(tǒng)研究。一、針對反井鉆機擴孔鉆具的縱向固有頻率問題,建立了適用于反井鉆機擴孔鉆具的縱向自由振動力學模型,推導了擴孔鉆具系統(tǒng)固有頻率的解析式。在四種不同直徑鉆頭體、三類不同規(guī)格鉆桿、四種不同鉆具材料和四類不同鉆具長度條件下,建立了擴孔鉆具系統(tǒng)的有限元模型,計算了不同參數(shù)組合條件下鉆具系統(tǒng)的縱向自由振動固有頻率,建立了鉆具長度100米范圍內(nèi)的縱向固有頻率表。研究表明:鉆具長度的改變是影響擴孔鉆... 

【文章來源】：煤炭科學研究總院北京市

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題的提出和研究意義
    1.2 文獻綜述
        1.2.1 鉆柱振動國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 主要振動測量技術
        1.2.3 反井鉆機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 研究內(nèi)容
第二章 鉆具縱向振動固有頻率研究
    2.1 反井鉆機鉆具縱向振動模型的建立
        2.1.1 鉆具系統(tǒng)的受力分析
        2.1.2 鉆具系統(tǒng)的縱向自由振動模型
    2.2 鉆具系統(tǒng)的縱向振動固有頻率解析解
    2.3 反井鉆機鉆具有限元模型的建立
    2.4 反井鉆機鉆具固有頻率影響因素分析
        2.4.1 材料參數(shù)對固有頻率的影響
        2.4.2 鉆桿直徑對固有頻率的影響
        2.4.3 鉆具長度對固有頻率的影響
        2.4.4 鉆頭體直徑對固有頻率的影響
    2.5 反井鉆機鉆具固有頻率表
    2.6 本章小結(jié)
第三章 鉆具縱向振動頻率研究
    3.1 鉆具縱向振動的產(chǎn)生機理
    3.2 鉆頭體破巖頻率的數(shù)學模型
        3.2.1 滾刀的排齒設計與布置
        3.2.2 鉆頭體的滾刀布置
        3.2.3 滾刀坐標系的建立
        3.2.4 滾刀布置的簡化
        3.2.5 破巖軌跡的確定
        3.2.6 模型的基本參數(shù)
        3.2.7 鉆具破巖頻率數(shù)學模型的建立
    3.3 鉆具縱向振動頻率的推導
    3.4 鉆具縱向振動頻率的計算程序
        3.4.1 MATLAB軟件介紹
        3.4.2 計算程序的編制
        3.4.3 計算程序的初步驗證
    3.5 鉆具縱向振動頻率的計算及分析
        3.5.1 計算參數(shù)的確定
        3.5.2 沖擊荷載的計算及分析
        3.5.3 鉆頭體破沿軌跡曲線
        3.5.4 鉆具縱向振動頻率的計算結(jié)果
    3.6 本章小結(jié)
第四章 鉆具的縱向共振問題及解決方案
    4.1 鉆具的縱向共振現(xiàn)象分析
    4.2 基于模糊控制的鉆具共振解決方案
        4.2.1 控制條件分析
        4.2.2 輸入輸出變量的確定和模糊化
        4.2.3 模糊控制規(guī)則的建立
        4.2.4 模糊決策與反模糊化
    4.3 本章小結(jié)
第五章 鉆具縱向振動頻率的測量實驗
    5.1 實驗背景與工程資料
        5.1.1 工程背景
        5.1.2 反井鉆機參數(shù)
        5.1.3 工程圍巖條件
    5.2 鉆具縱向振動頻率的建模計算
    5.3 鉆具縱向振動頻率的測量方案
        5.3.1 縱向振動頻率的間接測量依據(jù)
        5.3.2 測量手段和測量設備
    5.4 鉆具縱向振動頻率的實測分析
        5.4.1 現(xiàn)場信號的收集
        5.4.2 快速傅里葉變換法
        5.4.3 信號處理及結(jié)果分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 論文結(jié)論
    6.2 主要創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的其它研究成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]大直徑暗立井反井一次成井施工技術[J]. 荊國業(yè).  中國礦業(yè). 2018(01)
[2]國內(nèi)反井鉆井技術發(fā)展綜述[J]. 程守業(yè).  建井技術. 2017(05)
[3]礦山反井鉆進技術與裝備的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J]. 劉志強.  煤炭科學技術. 2017(08)
[4]用于鉆柱振動加速度測量的電路設計[J]. 程晶晶,高雙,孟祥隆,孫豫斌.  儀表技術與傳感器. 2017(01)
[5]基于Rayleigh-Love桿理論的非均質(zhì)土中大直徑樁縱向振動（英文）[J]. Zhen-ya LI,Kui-hua WANG,Wen-bing WU,Chin Jian LEO.  Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2016(12)
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[7]基于平板沖擊聲的聲源特性表征及自動識別[J]. 李晗,陳克安,田旭華.  應用聲學. 2016(04)
[8]基于相似原理的鉆柱振動模擬試驗研究[J]. 張東霄,李波,邱琳琳,范勇,李敏杰.  礦山機械. 2016(05)
[9]滾刀破巖試驗裝置的研制及應用[J]. 韓博,劉志強,荊國業(yè),譚昊.  煤礦機械. 2015(12)
[10]大直徑瓦斯抽排井鉆進技術分析[J]. 劉志強,荊國業(yè),王樺.  建井技術. 2015(01)

碩士論文
[1]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 2017



本文編號：3259832