激光破岩机理及其影响因素分析

激光破岩是一种新型非接触式物理破岩方法,其破岩速度远高于传统的高压水射流辅助机械破岩方法。介绍了激光破岩的相关概念,详细地分析了激光破岩的物理过程及破岩机理,论证了岩石热破碎是效率最高的破岩方式,并介绍了激光与岩石相互作用过程中岩石内部的温度与应力的分布。最后,结合岩石和激光的性质,解释了岩石物理性质(热导率、裂缝、矿物组成和胶结强度)和激光特性(射束直径、平均功率、辐射时间和激光波长)对激光破岩的影响。     

脉冲激光破硬岩

本文简述了一种连续无噪音破碎硬岩新技术——脉冲激光破硬岩。该方法在减少矿石贫化和降低浮选成本方面具有很大的潜力。     

锥面刀盘上盘形滚刀破岩曲线的确定及应用

锥面刀盘是全断面岩石掘进机所用的刀盘形式之一。刀盘形式对其上的破岩刀具的破岩工作状况有一定影响,这可通过对其上的盘形滚刀破岩刃的运动轨迹反映出来。通过对锥面刀盘上盘形滚刀工作状况的分析,建立锥面刀盘上盘形滚刀的运动模型,进而给出其破岩工作刃上破岩点的轨迹曲线,从而分析其工作破岩点的侧滑、轨迹曲线长度及破岩时任意点的运动速度,这不仅是了解锥面刀盘上盘形滚刀破岩石机理的基础,也是全断面岩石掘进机刀盘的选形设计所必需的基础理论。1破岩曲线的确定锥面刀盘上盘形滚刀的工作示意图见图1。设A'为盘形滚刀破岩工作刃上…     

高压水射流破岩能量耗散与释放机制

从应力-应变角度建立的高压水射流破岩准则,其精确度取决于对屈服应力的表述,由于表达式中不含材料参数,不能精确计算高压水射流破岩参数,而从能量角度建立的岩石强度理论具有更好的适用性和准确性。开展了基于能量耗散和释放机制的高压水射流破岩机理,理论研究了自由射流段速度分布特征,分别计算了等速核区和射流边界层扩展区动能,建立了不同靶距处射流动能计算模型。高压水射流冲击破岩能量表征为冲蚀坑的形成和岩体的体积破坏;射流能量耗散于剪切面的扩展和滑动,储存弹性势能的释放导致岩体的整体体积破坏。根据岩石的统一能量屈服准则,建立了高压水射流破岩能量准则。通过砂岩、灰岩和花岗岩的单轴压缩应力-应变曲线得出3种岩石的材料参数,计算每种岩石的剪切应变能和体积应变能,得出射流破岩临界速度。根据高压水射流冲击破岩实验结果修正了考虑喷嘴流量系数的高压水射流破岩能量准则,该准则能够较为精确的计算射流破岩速度。且岩体的破坏形态证明从能量角度研究破岩机理更为适合。     

岩石掘进机盘形滚刀破岩曲线的表示方法及应用

给出了岩石掘进机盘形滚刀破岩曲线的概念,并进行了定量描述,可为深入认识盘形滚刀的破岩状况及进行盘形滚刀的寿命预测提供理论参考。     

瞬时胀裂破岩技术在厚层砂岩顶板控制中的应用

上覆厚层砂岩顶板大面积悬顶会进一步加大围岩应力集中程度,引起工作面压架等事故。为实现厚层砂岩顶板条件下的无煤柱安全高效开采,设计了一种以单裂面瞬时胀裂器为主的瞬时胀裂破岩技术。在明确瞬时胀裂破岩原理的基础上,以数值模拟的方式对普通爆破和瞬时膨胀破岩条件下的应力分布和岩石损伤进行了对比分析,发现瞬时胀裂破岩能实现对应力波的导向控制作用,只在切缝方向上对岩石产生损伤破坏。通过分析钻孔窥视效果,对比和朱家峁煤矿“110工法”留巷效果等情况,认为在控制厚层坚硬顶板来压时,瞬时胀裂破岩能实现安全高效定向破岩,可以满足无煤柱自成巷平衡开采的要求。     

采煤机破岩滚筒及应用

通过对陷落柱的地质构造分析，提出了辅以松动爆破用破岩滚筒截割陷落柱的方法，结合滚筒的受力工况，根据煤层和陷落柱的地质条件，确定了破岩滚筒的技术参数，该技术方案在井下综采工作面进行了工业性试验，通过了技术鉴定，取得了预期的试验结果和较好的经济效益，为处理综采工作面中的陷落柱提供了有效的技术途径。     

牙轮钻机破岩作用机理及受力分析

通过对矿用牙轮钻头牙爪进行瞬态动力学研究,以新的钻头运动学和动力学模型为基础对矿用牙轮钻头牙爪进行有限元力学数值模拟,可为新钻头的设计提供有效的参考依据和理论依据。     

动静组合加载下刀具破岩的力学模型

基于初始弹性和动静荷分工的假设,将动静复合加载下坚硬完整的脆性岩石的破碎过程分为弹性、损伤和断裂3阶段,综合运用弹性力学、岩石力学、损伤力学和断裂力学进行分析。由集中力作用下弹性半空间的应力场和单元体的剪切破坏,得出了岩石损伤的裂纹源和其曲线扩展路径;选定Ⅰ型、Ⅱ型裂纹作为动载冲击作用下压剪裂纹的扩展模式。提出了以冲击能(次数)来定义损伤度的方法。以相邻破碎坑的侧向裂纹扩展贯通作为岩石破碎的终点。本力学模型可以用于动静复合加载破碎岩石的系统仿真、数值模拟和机具设计。     

矿山建设中现代破岩方法综述

随着我国资源开发逐步进入深部开采阶段,深部高硬度岩（矿）石对目前地下工程中岩石破碎提出了新的挑战,各类新型破岩手段应运而生。高压水射流破岩、微波破岩以及液氮低温破岩作为三种热门新型破岩方法已被广泛研究,三种破岩方法的发展历程、工作原理以及适用场景各不相同,但是均具有广阔发展前景。在未来深部坚硬岩石地层环境中,相关研究成果以及理论方法可以为安全、高效、经济及绿色的资源开发提供一定理论基础与技术支撑。     

模拟不同海拔水下爆炸破岩能力的实验研究

在不同海拔进行水下爆破工程时,因水体表面压力随海拔的升高而线性降低,装药在该环境下的破岩能力是否发生变化对水下爆破装药量以及岩石破碎度分布具有重大意义。文中采用抽取密闭爆炸容器气体的方式模拟不同海拔条件,以8号雷管作为爆源进行水泥砂浆试件爆破试验。结果表明,在海拔0~4500 m范围内随着气压降低,试块的破岩效果基本保持不变;在设定的大、中、小块尺寸分布中,中块率保持在55%~70%,大块和小块的比例大部分均小于30%。     

模拟不同海拔水下爆炸破岩能力的试验研究

在不同海拔进行水下爆破工程时,因水体表面压力随海拔的升高而线性降低,装药在该环境下的破岩能力是否发生变化对水下爆破装药量以及岩石破碎度分布具有重大意义。文中采用抽取密闭爆炸容器气体的方式模拟不同海拔条件,以8号雷管作为爆源进行水泥砂浆试件爆破试验。结果表明,在海拔0~4500 m范围内随着气压降低,试块的破岩效果基本保持不变;在设定的大、中、小块尺寸分布中,中块率保持在55%~70%,大块和小块的比例大部分均小于30%。     

PDC钻头切削齿破岩载荷规律的分析

对PDC钻头冠部形状及不同的布齿密度和切削齿在不同的磨损状态下对PDC钻头切削齿受力的影响进行了分析；用相邻的3个切削齿之间的关系（不同的切削齿与切削齿之间的径向距离和切削齿之间的高度差）来分析PDC钻头冠部形状和切削齿布齿密度对切削齿受力的影响，以及将切削齿的磨损状态简化成与切削齿在钻头上装配方向垂直的平面来分析切削齿磨损状态对切削齿受力的影响。     

综放工作面覆岩破断规律及支架工作阻力确定

针对某矿8512首采综放工作面的开采条件,通过理论分析、数值计算、现场实测,得出基本顶初次与周期来压步距分别为37.35 m和15.2 m、35 m和15 m、37.4 m和14.9 m。由经验估算法、从基本顶结构的变形失稳估算顶板压力法、动载荷法、顶煤损伤法求得作用于支架上的最大载荷,并得出所需最大支架工作阻力。由现场实测数据可知,ZF10000/20/32H型液压支架能够满足工作面顶板支护强度要求。     

气动冲旋钻头破岩过程仿真研究

运用有限元软件LS-DYNA对气动冲旋钻头一次冲击情况下的破岩过程进行了仿真研究,阐述了冲旋钻井过程中钻头与岩石互作用数值研究的相关问题,并对钻头破碎岩石的几个阶段进行了详细的描述.研究表明:钻头破碎岩石的过程分为四个阶段:①中心齿破碎岩石,形成破碎坑阶段.②第二排齿破碎岩石,形成破碎坑阶段.③边齿破碎岩石,形成破碎坑阶段.④整体破碎坑形成阶段.在冲击旋转作用下岩石破碎形态主要有三种:破碎坑、损伤区和无损伤区.钻头产生破碎坑区域越大,钻头破岩效率就越高;损伤区能不同程度地降低了岩石的强度,有利于旋转刮削破岩和下一次冲击破岩,文中所示钻头破碎岩石形成的破碎坑脊部过宽,不利于钻头刮削破碎岩石,原因是钻头部分牙齿之间距离过大.     

新型硬及极硬岩石反井镶齿盘型破岩滚刀的研究

对新型硬及极硬岩石反井镶齿盘型破岩滚刀的总体设计方案、CrMnMo空冷耐磨钢调质处理以及力学性能、镶嵌固齿和过盈量的确定等滚刀设计关键技术,进行了分析、试验和研究,并取得了相应的结论。     

煤矿井下液压式岩石劈裂机破岩的应用与改进

文章以司马煤业公司井下零星工程破岩作业的施工方式为研究对象,针对性地分析了常用的零星工程破岩方式存在的不足以及对井下正常采掘作业造成的影响,分析、总结了液压岩石劈裂机代替现有破岩方式的优缺点,并提出了改进措施,能够实现煤矿井下零星工程破岩作业的安全、高效,为同类型煤巷井下零星工程破岩作业提供了依据和参考。     

煤矿反井钻机滚刀破岩模拟试验台设计研究

为研究滚刀破岩机理和岩石可钻性与滚刀破岩的效果,研制了煤矿反井钻机滚刀破岩模拟试验台.该试验台能够实现滚刀直线方向运动下破岩过程的模拟,研究滚刀刀齿截距、法向压力、滚刀运转速度以及不同类型、型号的滚刀对破岩效果的影响.滚刀破岩模拟试验台采用液压伺服系统,可根据程序以及预先设置好的数据自动调整试验参数;利用高速摄像机拍摄滚刀破岩过程的具体细节;通过岩渣筛分得到岩石破碎过程中实际消耗的能量值,实现试验过程的可视化和智能化.试验运行证明,该机符合进行反井钻机滚刀破岩试验的要求.     

新型破岩滚刀高压密封结构设计及应用

竖井钻机破岩滚刀密封寿命已成为钻井法发展的瓶颈,针对现有破岩滚刀的密封结构,分析了钻井法凿井中滚刀密封失效的原因,根据目前钻井法深井作业需求,对破岩滚刀密封结构进行了改进,并进行了新型高压密封结构性能试验,结果表明该结构密封性能良好,符合深井竖井钻进破岩滚刀高压密封性能的要求.