截齿截割煤体变形破坏过程的红外热像研究

对截齿截割煤体变形破坏过程的红外热像进行测量和分析,从而研究截齿截割作用下煤体变形破坏规律。改变截齿类型、截割速度、截深、测量方位等测量煤体红外热像,发现扁齿截割时在垂直截割方向与扁齿凸脊相应处出现条状高温区;锥齿截割时在齿尖附近出现点状高温区;截割速度越快,热效应越明显。截齿截割煤体过程中,温度场中最高温度值与截深及煤体力学性质有关。截深越深,温度场中最高温度越高;煤体的抗拉强度、抗压强度、黏结力、内摩擦角越大,高温区的最高温度越高。     

旋挖钻进组合工艺在小庄矿井桩基工程中的应用

以小庄矿井办公楼桩基工程为实例,介绍了采用斗齿单层单开门钻斗、单头单锥螺旋钻头与截齿单层单开门钻斗结合、截齿筒式取芯钻头在土层、卵砾石层及岩层中钻进的应用情况。     

截齿滚动掘进冻土过程的影响因素数值模拟研究

为了解决竖井冻土开挖难度大、人工挖掘效率低的问题,研究发明了一种新型重力式竖井掘进机,该掘进机利用截齿连续滚动向下、行走式掘进冻土,在竖井冻土掘进中具有较好的适应性,而截齿侵入深度是影响掘进冻土效率的重要因素。先采用三维软件建模,通过霍普金森压杆冲击试验,结合HJC压缩损伤模型原始参数,优化得到冻土本构模型参数;再利用有限元分析软件耦合,模拟截齿在不同侵入深度下滚动掘进冻土,得到冻土在不同凹陷破坏深度下的截齿三向力、冻土应力和应变的变化规律,便于直观研究截齿掘进冻土过程,寻求最优截齿侵入深度。仿真结果表明：随着截齿侵入深度增加,截齿三向力变大,冻土凹陷面积扩大,冻土应力向下无边界扩展递减;冻土与截齿接触区域应力、应变最大,远离截齿作用时冻土区域的应力、应变逐渐递减,其变化规律与截齿连续滚动掘进冻土特征相关;当冻土单轴抗压强度为9 MPa时,截齿滚动掘进冻土过程存在最优截齿侵入深度,为4 cm,此时冻土破坏特征明显,截齿滚动掘进冻土效率最高且能耗低。     

贯入角度对截齿破岩性能与几何排布的影响研究

截齿贯入角度是双轮铣槽机布齿系统设计中的关键因素之一。基于连续−非连续单元法（CDEM）,建立截齿不同角度冲击贯入破岩的数值模型,通过断裂能本构模型实现岩体弹性−损伤−断裂的破裂过程,开展截齿有效角度50º～90º区间内的9组冲击贯入破岩模拟,研究贯入角度对截齿破岩性能的影响规律,讨论贯入角度对截齿几何排布的影响,总结布齿系统的截齿几何排布规律。结果表明,当贯入角度从90º降低到50º时,岩体由张拉−拉剪破裂向剪切−拉剪破裂转变,截齿平均贯入力与破碎程度提高,截齿的跃进式侵入特性的显著性减低;贯入角度为75º～90º的第I类截齿与小于55º的第III类截齿在破岩中起辅助作用,贯入角度为55º～75º的第II类截齿可在岩体内部产生范围较大的水平非贯通裂隙,在布齿系统破碎岩体过程中发挥主要作用;2个第II类截齿先后贯入岩体可较好地破碎截线间的岩体,可构成一类基本破岩单元,多个基本破岩单元按照正弦线形式排布,由此形成了一种布齿系统设计方法。研究成果为完善双轮铣槽机布齿系统设计方法,打破国外在双轮铣槽机布齿系统设计方法上的技术壁垒提供了理论基础。     

截齿截割煤体变形破坏过程的散斑测试研究

采用白光数字散斑相关测定方法,在压力机上,在截割模拟实验台上分别对煤试件进行刀齿、镐齿的截割实验,研究被截割煤体的变形破坏过程。研究表明：截齿截割煤体过程中,煤体出现稳定的变形局部化带,且最终发展为宏观裂纹;煤体变形局部化带为一个倾斜带;刀齿截割时,变形局部化发展较慢,但产生变形局部化后,局部化带宽且带内应变值较高;而镐齿截割时,变形局部化发展较快,但产生局部化后,局部化带窄且带内应变值不如刀齿高。截齿截割作用下的煤体变形破坏主要是剪破坏。     

截割厚度和截线距对镐型截齿破岩的影响研究

为了研究不同截割厚度和截线距对镐型截齿截割力和截割比能耗的影响,基于TRW-3000真三轴电液伺服测试系统及自主设计的创新型截齿加载平台,对炭质板岩和流纹质碎屑岩试样进行了室内直线截割试验。试验结果表明：截齿破岩呈现4种破坏模式,两相邻截齿之间存在显著的协同作用。平均截割力随截割厚度和截线距的增大呈线性增大。随着截割厚度的增大,截割比能耗呈幂函数减小;随着截线距和截割厚度的比值的增大,截割比能耗先减小后增大,且存在一个最小比能耗,即最优值,最优截割比能耗远小于无截槽影响的比能耗,此时截线距和截割厚度的比值为2或3。利用室内试验结论优化了悬臂式掘进机截割头上的截齿布置,并运用到掘进机非爆掘进现场工业试验,大幅提高了掘进效率并降低了掘进成本。     

基于力链的岩石单齿截割特性研究及截割力预测

截齿是煤矿采掘机械上截割工作的主要承载对象,其与工作面的截割力预测对减小截齿磨损十分重要。利用颗粒流仿真软件PFC2D将被截割岩石作为颗粒物质进行单齿截割模拟仿真,通过研究截割时颗粒间力链的特性探讨了单齿截割岩石时接触状态对截割力的影响。利用单齿截割岩石试验台进行了截割力试验,获得了截割法向力和切向力随截割参数的变化规律及掉落碎片的特征。研究结果表明,单齿截割岩石颗粒物质的力链数目与力链长度的关系符合单轴压缩试验结果,能够采用离散元的方法对截齿截割状态进行模拟。力链网络沿着点接触方向扩散并延长,力链方向与截割角度有关,平均法向力方向呈“花生”状,切向力方向呈“花瓣”状。力链数目随截割角度的减小和截割深度的增加而减少,力链长度随截割距离的增加而增加,最大平均长度为8个颗粒尺寸。当截割角度较大时,较为容易形成力链。单齿截割天然砂岩法向力和切向力随截割角度的增加和截割深度的减小而减小。截割碎片尺寸与截割切向力线性拟合度为0.87。基于力链长度的截割力预测模型相比Evans预测模型法向力精度提高了17.6%,切向力精度提高了16.9%。研究结果能够为截齿和采掘机械截割系统的设计以及截割工艺的优化奠定一定的研究基础。     

旋挖钻机碎岩计算方式的分析探讨

结合外载碎岩基本现象,对旋挖碎岩基本过程进行分析,得出其在回转钻进情况下的螺旋破碎的碎岩形式。然后根据岩石破碎时的压入条件,以单个截齿为研究模型,得出轴向压力的理论计算公式,继而参考库伦纳维的内摩擦理论,得出了切削力的理论计算公式。根据不同钻具形式,将单个截齿的计算公式扩展,得到了旋挖钻机压力和扭矩参数的计算公式。将轴向力与切削力计算公式中在特定工况下的影响因子简化,得出了旋挖钻机钻进过程中进尺速度与切削力的理论关系。最后利用LS-DYNA动态分析软件模拟了单个截齿在不同侵深条件下的切削力变化曲线,并将曲线与同等工况下理论计算的曲线进行对比,得出单个截齿的入岩参数理论计算公式。可为入岩旋挖钻机设计提供参考。     

强渗漏与坚硬岩层组合条件下旋挖钻机施工工法研究

通过对强渗漏与坚硬岩层组合条件下桩基工程旋挖钻机施工技术的探索,总结出高压旋喷防渗漏与旋挖钻机牙轮筒钻和截齿取心筒钻交叉钻进入岩联合成孔施工工法,并在工程中成功应用。在处理大直径入坚硬岩层钻孔灌注桩方面效果明显,技术先进,有明显的社会效益和经济效益。     

截齿破岩机制及截线间距优化试验研究

根据截齿侵入岩石的断裂特征和相关试验数据,分析了破岩机制及不同截线间距对破岩效果的影响。在单刀旋转截割试验平台上,以不同切削深度和截线间距进行组合试验,并结合比能耗、粗度指数及截割载荷3个评价指标,对截线间距进行优化,研究截割该类型砂岩时截线间距与切削深度的最佳比值。试验结果表明,岩石在单齿旋转截割作用下的破碎过程大致可以分为初始压碎区细粒岩屑生成、密实核形成并储能、各向裂纹的扩展与连通、断裂体崩落、二次压碎区细粒岩屑生成5个阶段,且岩屑的断裂是以拉伸为主并伴随着挤压和剪切的共同作用;在最佳截割条件下,粗度指数较高,岩屑成块率增加,且比能耗低。通过分析岩石破碎过程及对截线间距的优化,可为掘进机破岩机制研究及截齿布置提供参考。     

硬质合金复合片齿钎具

运用力学原理研制成功了复合片齿钎头和复合片齿整钎，并批量投入市场。该系列钎具凿岩速度、寿命和硬质合金片齿有效利用率均显著优于片状和球齿钎具。     

几种日本天然金刚石钻头的试验

总结了中日合作进行的几种天然金刚石钻头的试验成果,介绍了试验钻头的类型及主要结构参数,对同心圆矩形齿孕镶、多阶梯表镶和底喷式钻头的适岩性及钻进某些岩层效率较高的原因作了简要分析,并根据试验中发现的问题,提出了改善钻头水路系统排粉性能的意见。      

在复杂地层钻进物探震源孔系列钻头的研制与应用

在密山一带休物探震源孔,外遇地层为胶泥、沙土、风化岩、青石板及河流石等。为此研制了一系列新式钻头,包括９８ｍｍ三牙轮钻头、９８ｍｍ刮刀式ＰＤＣ钻头及１１８ｍｍ砾石流沙炮眼防卡钻头,前２种钻头现场共应用９３０口井,创造了极好的经济效益和社会效益。     

模糊优化理论在金刚石钻头优选中的应用

本文介绍了一种适用于金刚石钻头优选的模糊优化理论模型，并将其应用于胶东某金矿金刚石绳索取心钻头的优选。文中还与其它方法进行了对比，说明了该模型的优越性。     

低温电镀复合片石油全面钻头的研制

采用低温电镀工艺（室温）生产复合片石油全面钻头,或者说复合片镶嵌在钻头钢体上而形成完整的复合片石油全面钻头的整个生产过程中完全不受高温影响。因而最大限度地保护复合片和金刚石,提高了钻头使用品质。现已获得理想的经济指标,受到生产用户好评。     

电镀镍锰胎体金刚石钻头的应用

对电镀镍锰胎体金刚石钻头和镍钴胎体钻头的使用情况进行了对比。实践证明,镍锰胎体钻头特别适用于钻进坚硬破碎、强研磨性地层和软硬交替的地层。     

烧结式PDC钻头软模成型工艺研究

针对烧结式PDC钻头模具成型困难、生产效率低问题,研制出一种软模成型工艺制造模具。其要点在于首先制订软模成型工艺流程,然后分别确定基础模具、橡胶模具和陶瓷模具的成型工艺,再试制钻头。结果表明,使用这种方法制造钻头模具,能简化工序,提高生产效率,制作的钻头精度高,外观精美,一致性好。      

金刚石锚杆钻头类型及其合理选择使用

锚杆钻孔所遇岩层种类较多,合理地选择锚杆钻头类型有利于提高综合效益。本文介绍了金刚石锚杆钻头的类型、特点及选择方法,并给出了使用金刚石锚杆钻头的注意事项。      

旋挖钻进用牙轮筒钻的结构探讨及应用

牙轮筒钻是旋挖钻进入岩的一种常用钻具,为解决入岩钻进难、效率低的问题,通过牙轮筒钻运动方式和破岩机理的分析,提出了牙轮筒钻在结构设计时重点应考虑牙轮的布置、角度及硬质合金齿的选择等问题,可更换牙轮的锁紧方式及扩孔筒钻的结构特点,给出了适合于旋挖钻进入岩的牙轮筒钻结构,并通过生产试验,取得了很好的使用效果。     

平底改锥体滚刀钻头及应用效果

以滚刀钻头破岩理论及常规锥底翼状钻头破岩理论为指导，分析提出了平底滚刀钻头在易斜地层钻进偏斜度大的机理，并设计了改进锥底滚刀钻头的关键结构及主要参数，改平底滚刀钻头为锥底滚刀钻头并进行了施工应用，取得了非常理想的工程效果。