反井钻机球形镶齿滚刀破岩数值分析

利用有限元软件,建立球形镶齿滚刀三维数值模型,分析了滚刀破岩原理、岩石应力和滚刀受力情况,研究了刀齿间距和刀齿排距对滚刀破岩效果的影响,得到了滚刀结构参数与岩石破碎特性的规律。数值模拟结果表明:1滚刀破岩力具有明显的阶跃特征,从而证实了岩石的跃进破碎特性。2刀齿间距较大时,破岩比能变化较小;破岩比能总体随刀齿间距的减小而减小。3破岩比能随刀齿排距的增加,先减小,后增大。在35~45mm范围内,球形镶齿滚刀排距存在1个最佳值。     

QZD—200型硬岩球齿滚刀的应用

介绍了洛阳矿山机械研究所近期开发研制的QZD-200型硬岩球齿滚刀的结构、技术性能及在高层建筑桩基施工中的应用。     

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。     

竖井破岩新刀种——BH滚刀

BH型滚刀有两个特征:滚刀壳体上的楔形齿采用高耐磨材料,用电焊方法固齿;滚刀心包滚动件采用标准轴承,由此组成所谓标准轴承焊齿滚刀,即BH型滚刀。     

镶齿滚刀的破岩机理及分形研究

反井钻机在水电行业的施工应用中,遇到了岩石坚硬,施工进度较慢的问题,通过对镶齿滚刀破碎花岗岩粒的分形研究,找出镶齿滚刀破碎花岗岩的规律,为滚刀的设计开发提供理论指导。     

反井钻井硬岩滚刀研制与开发

针对目前反井施工钻进硬岩出现的破岩效率低、滚刀寿命短、成本高等问题,研制了适用于硬岩钻进的新型镐形镶齿滚刀,并通过镐形刀齿与锥形刀齿的对比试验及工程应用,分析了破岩效果,验证了该齿形破碎硬岩的合理性,对于反井钻井法的推广应用起到积极的作用。     

滚刀破岩试验装置的研制及应用

反井钻机在钻进过程中存在滚刀破岩效率低等问题,且刀具与岩石相互作用关系尚不明确。为探讨滚压破岩机理和效果的影响因素,自主研制了滚刀破岩模拟试验装置,能够进行不同滚刀类型和滚压参数的线性截割试验。选用单排镶齿滚刀进行了岩石破碎试验,获得正压力与滚动力关系曲线。结果表明:该试验装置可以实现滚刀在直线方向往复运动下的破岩过程模拟,具有较好的实用性和可靠性,为进一步揭示滚刀破岩机理和研究反井钻井工艺、技术、装备提供有效的测试手段。     

镶齿滚刀及滚刀钻头嵌岩技术的研究

根据大口径嵌岩桩施工的需要,研制了镶齿滚刀及滚刀钻头,介绍了镶齿滚刀硬质合金齿的选择、布置,镶齿及密封技术,滚刀钻头的结构设计及钻进参数的确定。经生产性试验取得了良好的效果。     

大直径超深桩旋挖钻机施工实践

太原市真武路潇河大桥桩基工程主墩桩径2.5 m,设计孔深84 m。施工地层复杂,上部为松散粉细砂层,中间为流塑性淤泥,在施工过程中容易出现孔口塌方、孔底沉渣超标、钢筋笼安装困难等问题。针对旋挖钻机在大直径超深桩施工过程中遇到的技术难题,通过认真分析探索,总结出旋挖钻机在复杂地层施工时,对钻机选型、泥浆制备、埋设护筒、钻进成孔、钢筋笼制作安装、灌注水下混凝土等环节采取的技术措施,有效保障了工程的顺利实施,保证了施工质量,提高了施工效率。     

大直径嵌岩斜桩冲击钻头冲击齿破岩数值模拟研究

大直径嵌岩斜桩的冲击成孔过程非常复杂,常规冲击钻头在钻进过程中存在效率低、磨损快、使用寿命低和成孔质量不高等问题,而钻头底部的冲击齿的类型和排布方式是解决这些问题的关键因素之一。基于此,本文采用数值模拟的方法,利用ANSYS LS?DYNA软件分析了三角棱柱齿、楔形齿和双锥形齿等3种冲击齿在不同冲程条件下冲击破坏不同抗拉强度砂岩的过程。研究结果表明,在岩石强度较低时,可以优先选择楔形齿,而受施工条件限制需要在低冲程条件下钻进较高强度岩石时,可优先采用三角棱柱齿。研究成果可为大直径嵌岩斜桩的冲击成孔施工选择钻头冲击齿提供一定的理论依据。     

深井高速涡轮钻配套同径取心技术研究

分析了涡轮钻具结构特征及性能特点,在深井、特深井的高温高压、强研磨性地层中,涡轮钻具基本上成为唯一可选的用于复合钻进提速降本的井下动力钻具。针对深部资源的勘探开发需求,阐述了现有涡轮钻具同径取心技术的优势及存在的问题,利用数值模拟仿真技术分析和研究了涡轮钻具同径取心过程中钻井液的流动状态对取心效果的影响,认识到涡轮钻具可耐高温,适于深井、特深井全面钻进及取心钻进,但其高转速在取心钻进过程也容易造成岩心磨损、岩柱螺旋,而改善同径取心钻具高速单动性能、加长涡轮钻具螺旋稳定器、利用反螺旋扰流板等技术措施,有利于减小取心钻具井底的涡动、降低岩心内外管轴向速度差,从而提高涡轮钻同径取心钻进的岩心质量。     

大直径嵌岩斜桩冲击成孔速度的影响因素分析

随着工程建设向外海、深水区域不断发展,大直径嵌岩灌注斜桩因具有更好的承受水平载荷能力,在港口、码头等构筑物基础施工中得到了广泛的应用.受工程场地和桩孔设计参数等的影响,该类嵌岩桩多采用冲击成孔的施工方式,且其持力层的成孔速度相对其他灌注桩施工方法仍然非常低(0.1~0.3 m/h).基于此,本文建立了大直径嵌岩斜桩冲击成孔过程中的冲锤下落受力模型,并通过单因素分析和双因素耦合分析的方式研究了冲锤质量、冲击行程、桩孔斜度,以及冲锤与钢护筒之间的摩擦系数等因素对冲击成孔速度的影响规律.分析认为,在桩孔斜度确定的情况下,冲锤质量和冲击行程是影响冲击成孔效率的主要因素,而摩擦系数的影响可以不作具体要求.     

五宝场硬塑性地层斧形曲面PDC齿破岩性能研究

为解决川东油气钻井中五宝场沙溪庙组硬塑性地层PDC钻头磨损严重、起下钻频繁的问题,开展了斧形曲面PDC齿在硬塑性地层破岩性能的研究。首先采用X射线衍射试验与三轴力学试验分别获取该地层岩石性质和力学参数,然后采用有限元仿真与试验相结合的方法开展斧形曲面PDC齿破岩性能研究。研究结果表明：斧形曲面PDC齿主要以剪切、挤压、犁切共同作用破岩;相较于常规PDC齿,斧形曲面PDC齿有更强的吃入岩石的能力和稳定性,能有效减小钻头异常振动,提高钻头寿命,并在不同磨损高度（0～3 mm）时,破岩比功降低2.2%～8.2%;根据试验得到斧形曲面齿较常规齿破岩性能提高了11.39%,且试验与仿真平均切削力误差仅为7.46%,验证了仿真模型的正确性。本研究表明斧形曲面PDC齿在硬塑性地层对提高破岩性能具有重要意义。     

硬质岩滑坡深大抗滑桩一体化旋挖成孔技术及应用

硬质岩深大抗滑桩桩孔成孔效率是滑坡灾害防治的难点问题之一。选取川西南典型复杂山区硬质岩滑坡抗滑桩成孔为研究对象,系统分析了裂隙弱发育深部硬质玄武岩地层抗滑桩传统工艺成孔存在的问题,对此设计了9种组合旋挖成孔工艺方案进行现场试桩试验,从钻进效率、技术及经济可行性等方面进行了分析论证。现场试验及分析结果表明：采用“大扭矩截齿筒钻旋挖+扩孔直径差0.4 m”分级扩孔一体化成孔技术在硬质岩地层中钻进效率较高、钻具损耗较低、成本较低,验证了硬质岩抗滑桩高效旋挖分级扩孔技术的可行性和高效性,对比现有人工成孔、冲击钻成孔、旋挖一次成孔等工艺,从安全、效率、成本等方面均得到了极大提升。该技术成功应用于白鹤滩迁建集镇后缘滑坡桩基施工,每延米综合耗时1.43 h,较改进前旋挖一次成孔效率提升3倍,成本降低了60%。该技术为复杂地质条件下水敏型、震敏型硬质岩滑坡抗滑桩快速成孔施工提供了高效、可行的技术方案。     

基于SPH方法的大块煤冲击破碎数值模拟

为研究大块煤在钎杆冲击下的破碎效果,引入RHT混凝土本构模型材料来模拟大块硬煤（压缩强度35 MPa）,并基于光滑质点流体动力学（SPH）方法建立了钎杆冲击大块煤的三维仿真模型。分析比较了大块在静压、纯冲击和冲压组合作用下的破坏程度,以及平头和圆锥形钎杆冲击效果的差异。仿真结果表明：平头钎杆在30 MPa压力、15 m/s速度或是其组合作用下,均无法使大块产生有效破坏;平头钎杆在200 m/s的超高速下可使大块产生彻体破坏,但实现钎杆高速运动困难;圆锥钎杆在30 MPa压力和15 m/s速度的冲压作用下,使大块产生了较大范围的锥形失效,远高于常规液压破碎锤的单次冲击破坏程度。锥形钎杆、高压高速是破碎硬质大块煤的一种有效方法,可在较少作用次数下实现破碎,验证了低频重载破碎大块的可行性。     

岩层钻孔过程中切削模型及影响因素分析

针对岩层钻孔过程中钻孔效率较低,以及获取地层应力较困难等问题,将钻孔过程分解为轴向压入岩体和转动切削岩体2个环节,分析了切削刃转动切削岩体的静力学关系,建立了切削刃切削力与岩体抗力之间的关系,构建了转动切削静力学模型,获得了切削深度、切削刃形状、岩体力学性质对切削力影响规律。研究结果表明：切削深度与切削力呈线性关系,切削深度越大则切削岩体切削力越大;切削力随切削刃角度的增大呈先增大后减小的变化趋势;岩石黏聚力、内摩擦角与切削力呈线性关系,黏聚力、内摩擦角越大则所需切削力越大。     

煤矿坑道钻机液压系统可靠性设计分析

 现代煤矿坑道钻机的工作装置大多采用液压控制技术来实现,因此液压系统的可靠性直接影响整机的可靠性。应用系统工程理论,论述了对液压系统进行广义可靠性设计的重要性,分析了可靠性及其特征值,并从可靠性设计、维修性设计以及可靠性管理三方面考虑,提出了提高液压系统可靠性的有效措施。     

大直径钻孔卸压对围岩强度与锚固力影响研究

为研究大直径钻孔卸压对围岩强度与锚固力的影响作用,利用厚壁理论模型建立实验室试验与现场围岩强度变化的对应关系,为实验室测试提供理论基础;利用数值模拟分析了大直径钻孔对围岩强度的影响作用,得到梁宝寺煤矿3320工作面煤壁钻孔卸压后的围岩强度减弱了20%~25%;通过实验测试,得到了现场使用的锚杆和锚固剂的力学性能;选用PVC、6061铝和20#钢不同材质的套筒分析了不同径向刚度对锚杆锚固力影响,锚固力大小介于55.4~110 kN之间;依据等效径向刚度公式,确定了直径为150 mm的卸压钻孔使锚杆锚固力弱化约为10%,为保持等效的围岩控制程度,支护强度应设计为无卸压钻孔时的1.10倍。