钻孔局部壁面应力解除切割工具设计

简要介绍了套芯应力解除法和钻孔切槽法这两种地应力测试方法的岩石切割技术。分析了钻孔局部壁面应力全解除法对局部壁面进行应力解除的技术途径,并给出了具体的环形槽切割工具设计方案。室内测试表明,这一设计方案是切实可行的,解决了钻孔局部壁面应力全解除法中对局部壁面实施应力解除的关键技术问题。     

一种确定金刚石最优化钻进规程的新方法

金刚石钻钻头选定后，钻进规程直接决定着金刚石钻进的效率和钻头的寿命，优化的钻进规程一直是钻探工作者不懈追求的目标。利用智能微钻实验台，根据采集的各钻进规程参数（钻压、转速、冲洗量）变化曲线、参数值，以及对应的钻进速度、进尺变化曲线、参数值，求得相应岩石条件下的最优钻进规程。     

厚基岩地层竖井钻机钻井法钻进技术参数及其速度分析

竖井钻机钻井法具有施工安全性好、机械化程度高、井壁质量好等优点,可实现打井不下井,本质安全的目标。分析了我国西部与中东部钻井地层的差异性,中东部地层基岩占比不超过20%,而西部地层基岩占比超过80%;针对西部煤系地层厚基岩特性、井筒设计和钻机能力等条件,分析并计算了厚基岩地层竖井钻机钻井直径、深度和钻进分级,提出了进风立井“一钻成井”和回风立井“一扩成井”的钻井工艺;分析了不同地层条件下机械破岩钻进的钻压、转速等技术参数及对应的钻进速度,一次全断面钻进φ8.5 m井筒,钻头的破岩面积近56.8m²,宜采用低钻压和低转速的方式钻进,而φ4.2 m钻头超前钻孔和φ8.5 m钻头扩孔钻进时,可适当提高钻压以达到体积破岩的目的;根据钻井工程数据实测统计,进风井φ8.5 m全断面一次钻进深度达到491.0 m,最高月进尺62.3 m,回风井φ4.2 m钻头超前钻进深度513.1 m,最高月进尺110.4 m,φ8.5 m钻头扩孔钻进深度为511.0 m,最高月进尺171.3 m。陕北可可盖煤矿中央进、回风竖井是竖井钻机钻井法在西部煤系地层的首次成功应用,可为西部厚基岩地层竖...     

月面深部钻进钻头及钻进规程的优选研究

我国“嫦娥“工程第三期已经实现对月球的探测及取样。针对进一步月球深部的可行性探索,本文基于月面深部钻进钻头及钻进规程的优选问题,设计正交试验。分析钻头类型和钻进规程参数对钻进效率和功耗的影响。试验结果表明,PDC钻头以高达3.98 mm/s的钻速及中等的钻进功耗远优于其他类型的钻头。从试验因素的影响程度、取心效果和排屑能力的角度研究钻进规程引起的钻进效率和功耗的变化,结合理论模型得出转速、钻压和泵量与钻速和功率之间的关系。针对试验结果初步优选出最佳钻头类型和钻进规程组合,为后续钻进试验提供技术支撑。     

冰层取心回转钻进模拟实验台的设计与测试

极地钻探实践表明,冰盖底部冰岩交界附近地质情况异常复杂,不但可能存在暖冰、基底融水,甚至还存在厚度不等的冰岩夹层,取心钻探异常困难,而优选钻头类型、确定合理的钻进参数是保证其安全、快速钻进的重要因素。本文设计了一套能够模拟冰层回转钻进的实验台,其技术参数为:钻压、转速分别可在0~10 k N、0~300 r/min范围内调节,最大扭矩约100 N·m。该实验台能够测量钻头切削具温度、钻孔深度及钻进速度等参数,为深入研究钻头类型及结构参数、钻进参数对扭矩、钻速和切削温度的影响规律提供了手段。采用PDC复合片钻头进行了冰钻实验,结果表明,实验台能够准确调节钻压和转速,可满足实验要求。     

钻头水力学的基本理论及其应用

一、前言钻进实践证明:钻速与钻头水马力hhP_b和钻头水力冲击力I_b成正比。当hhP_b与I_b一定时,钻速随钻压上升有极限值;只有hhP_b和I_b提高到一新水平后,钻速才又随钻压增加而继续上升。在某一钻孔的具体条件下,当水泵功率一定时,随泵量增加较多的水马力消耗于环路中的泵压损失,故钻头水马力就要下降;因此有最佳泵量,它不但能满足环空水力学的需要,也可获得钻头最佳hhP_b和I_b。所以正确选择最佳泵量Q_(opt)对提高钻速、延长钻头寿命有现实意义。目前钻进规程中的泵量选择主要是从环空上返流速的携粉能力、保证孔内清洁来考虑的,达不到钻头最佳水力效果。本文拟根据钻孔的具体条件如何提高钻头水力效果的问题进行初步探讨。     

基于有限元的钻进参数相互影响机理研究

在实际的岩土钻进过程中会经常遇到软弱岩土层、破碎带及断层、岩溶、高地应力等不良地质,因此给 钻进工程带来一系列问题和灾害。 众多文献资料和试验数据证明,此类问题与钻进的运行参数以及岩土的力学参数 有着密不可分的关系。 由此,本项目以 PDC 复合片钻头为研究对象并进行仿真模拟分析,设置不同的岩体参数以及 不同的钻进参数,将在不同条件下所得的作业数据进行分析研究,揭示钻头在不同岩石中钻进参数表现的区别和在 不同岩体在相同钻进条件下轴压和扭矩的区别和联系。 分析发现岩石性质越好的其 Mises 等效应力就越高;在一定 范围内钻头轴压和扭矩均与钻速呈现出正相关的关系,钻压的提高增加了钻齿的切入深度与岩石切削作用,扭矩继 而随之增加;在相同钻速条件下转速的提高并没有对轴压产生较明显的影响,扭矩则呈现正相关变化。 最后通过 Python 语言建立人工神经网络,经过机器学习对数值模拟数据和实际钻孔数据进行训练,验证利用钻进参数和机器学习 的方法来实现对岩石种类的判识具有可实现性,最终结果表明对模拟数据训练预测的准确率达到 90%左右,实际数 据的准确率最高达到 78%。     

高能射流式液动锤在赵固一矿井下穿层注浆钻孔中的应用

井下定向钻进是实现煤矿瓦斯高效抽采和防治底板突水的重要途径,多采用回转钻进的方法,钻遇硬岩地层时,钻进效率低、钻孔周期长、成本高,严重影响了井下瓦斯抽放钻孔等的工程进度及成孔质量。赵固一矿井下灰岩地层钻进试验结果表明,使用SC86H型高能射流式液动锤实施冲击回转钻进,通过合理控制泵压、转速和钻压,钻进效率较常规PDC钻头回转钻进提高了3倍,节约了钻进成本。     

煤体应力与钻杆转速关系的试验研究

为通过监测煤体应力来预测冲击地压,分析钻孔过程中钻头与钻杆相互作用的力学特性,建立煤体应力与钻杆转速的力学模型,研究钻孔过程中煤体应力对钻杆转速影响规律,理论上给出了利用钻杆转速判断煤体应力的可行性。利用钻杆转速测试系统,对预先自制的相同强度煤体试件进行钻孔试验,分析不同煤体应力时钻杆转速变化规律。研究结果表明:在相同试验条件下,使用同样钻进设备,按照预定推进速度钻孔,钻杆转速与煤体应力近似呈负相关。为进一步验证理论模型和试验测试可行性,在实际矿井工作面进行现场试验,并通过钻屑量指标证明转速测试结果与理论分析有较好一致性。     

利用微处理机提高牙轮钻进效率

现在已有几种利用微处理机的控制装置用于监控牙轮钻进特性。用这类装置可监测重要的钻进参数,如转速、扭矩和轴压,并可给出钻进速度和钻头钻深的连续读数。还可记录其他参数,编制工作班报表,并为计划和维修工程师提供资料。钻进速度的变化,可使司机能鉴别出岩层的软硬程度,选择转速与轴压的最佳匹配,以提高钻头寿命和改善钻进性能。不同钻孔深度的瞬时钻进速度资料可提     

我国凿岩机械现状

随着社会的不断发展,手锤打眼已不能满足生产要求。通过前人的努力。1887年制造出第一台轻型气动凿岩机,1938年发明了气腿和碳化钨钎头。气腿式凿岩机和钎头的不断完善,对凿岩机的效率又提出了新的要求,20世纪60年代初,开发了独立回转凿岩机,随后发展和完善了架柱式凿岩机和凿岩钻车。在凿岩机不断发展的同时。注意到随着孔深的增加．深孔凿岩接杆钎具联接处能量损失较大,提出了将凿岩机送入孔底的设想,因而发明了潜孔冲击器。气动凿岩机虽然具备很多优点,但存在着能耗大和作业环境恶劣的缺点,1946年研制成功矿用牙轮钻机,20世纪70年代初期液压凿岩机投入市场。     

岩石冲击实验碎屑分类及其分形特征

利用分离式霍普金森压杆实验系统,进行一系列的不同长径比砂岩冲击实验。对试验碎屑采用不同方法提取其信息,包括对粒径小于0.075mm的颗粒采用激光粒度分析仪。对受载后岩样破碎块度进行筛分统计,得到了该加载条件下岩石破碎的粒度分布。在此基础上,进一步计算相应破碎块度的分形维数,分别探讨了不同的长径比对分维数的影响。结果表明,砂岩破碎分维值在1.54到2.49之间,分维愈大,其粒度愈细。相同长径比岩石试件,岩石破碎分维值与试样的应变率线性相关,随应变率增大而增大。     

基于ANSYS平台上凿岩钎杆的模态分析

在机械冲击式凿岩中,当凿岩机活塞打击钎尾端面时,活塞有一个轴向力作用于钎杆,岩石则有一个反作用力施加于钎杆。气动凿岩机冲击功为50～60J,冲击频率25～35Hz,而现代重型液压凿岩机冲击功可达200～300J,冲击频率超过50Hz。可见,频率很高的受迫振动和波的传播是凿岩钎杆工作中最基本的物理现象;模态分析的目的是为了研究结构系统的主振型和固有频率;对凿岩钎杆进行模态分析,了解钎杆与岩石工作系统的固有频率和振型,结合常规的一维波动理论,是研究冲击凿岩机械系统运动和受力的重要途径。     

巴润铁矿岩石可钻性试验研究

岩石可钻性分级至今尚不统一,各种方法适用对象不同,目前流行的方法多针对石油行业的沉积岩,不适合金属矿山。对巴润铁矿分布复杂、变质化的火成岩进行了代表性广泛的取样,对其进行了全面的物理、力学特性实验;对牙轮钻穿凿各种岩体进行了现场试验。研究结果表明巴润铁矿矿岩的可钻性与物理、力学特性具有很好的相关性。     

花岗岩高温高压条件下冲击凿岩规律试验研究

利用中国矿业大学的“20 MN 伺服控制高温高压岩体三轴试验机”、大尺寸（200 mm×400 mm）花岗岩试样研究了花岗岩在高温高压状态下的冲击凿岩规律。研究结果表明,随着温度升高凿岩速度增大,当温度超过约150 ℃时,岩石裂隙数量增多,并且呈现出一定的塑性变形特征,不利于冲击能量的充分利用,冲击凿岩适用于钻进较低温度下（不超过１５0 ℃左右）的坚硬岩层;在高围压状态,冲击凿岩的单位破岩能耗随着温度升高而降低;在高温高压环境下,在一定钻压和冲击功率范围内,凿岩速度随着钻压或冲击功率的增大而增大,单位破岩能耗随着钻压的增大而减小。     

瑞典锥体连接凿岩钎具

我国是轻型凿岩机使用量最多的国家之一。按照工程机械行业协会的统计，我国每年国内市场上销售的气腿式和手持式轻型凿岩机数量达9～9．5万台，而国内各个矿山、石场和施工部门所使用的轻型凿岩机数量接近30万台。我国每年消耗锥体连接钎杆达450万支以上，每年消耗的锥体连接一字钎头超过l500万只。可以说，锥体连接凿岩钎具是目前我国钎具产品中使用量最大的产品种类之一。     

牙轮钻机微机控制系统

牙轮钻机钻凿的岩层是随机分布、错综复杂的,因而钻进过程难以定义。针对这种情况本文提出牙轮钻进岩石可钻性指数,可用来连续检测牙轮钻进过程中的岩性变化,并由此而建立牙轮钻进过程的控制模型。这一控制模型可对钻具的轴压和转速进行优化匹配。微机控制系统可使钻机随着被钻岩石变化始终处于良好的钻进状态,它还具有钻进参数超限处理、钻进过程程序控制钻进深度的盘测、岩性记录和指导调平等功能。     

复合软岩顶板稳定性分析及支护技术研究

针对成庄煤矿五盘区北翼复合软岩顶板下沉和离层值较大的问题,采用钻探取芯、钻孔窥视和强度测试等方法,对顶板稳定性进行综合分析;同时,采用长短锚索相结合的支护方式控制复合软岩顶板.结果表明,顶板最大下沉量由100 mm下降到30 mm以内,最大离层值达到27 mm,并且在保证巷道安全的前提下,降低了支护成本,证明了长短锚索...     

KQX120切削潜孔钻机进行边坡水平钻取岩芯的实践

露天矿采场边坡、交通路堑边坡、水电工业场地边坡等岩石开挖工程均采用钻眼爆破,目的是破碎岩石。通常爆破力并不停止在破碎线,而是继续深入到帮壁的岩石中,这就弱化了岩石,有时甚至破坏了正好维持稳定性所需要的强度。众所周知,一般爆破后岩石后冲较大,往往造成与爆源直接邻近的边壁损坏,如台阶(梯段)顶部的龟裂,表层岩石的松动,     

岩石冲击损伤特性与冲击压力的实验研究

采用一级轻气炮对岩石试件进行冲击损伤实验,通过飞片速度测试系统测试碰撞速度,从而计算冲击压力,并利用声波测试仪对回收试件进行声波测试,探测试件内部损伤程度,分析了冲击压力与岩样损伤的关系。其结论对岩石的爆破设计有一定的指导性意义。