岩石样品破碎新方法——SelFrag高压脉冲破碎仪

高压脉冲破碎是一项世界先进的样品破碎技术,瑞士的SelFrag A G公司利用这项技术制造出了高压脉冲破碎仪,英文名SelFrag High Voltage Pulse Fragmentor.这个仪器能产生90～200 kV的高压,然后在极短时间里通过高压工作电极放电到水中的固体样品上,这些固体样品会沿着颗粒边界、包裹体、不同物相之间裂解开来,其中岩石中的各种矿物(如锆石、磷灰石)会被完全剥离,并且保持完整的晶形.对比传统的样品破碎方法,这种高选择性的破碎方法有很多优点:容易清洗,没有交叉污染;破碎在水中进行,没有粉尘;没有噪声污染;选择性破碎,不破坏矿物晶形.目前SelFrag高压脉冲破碎仪已应用在地球科学中用于从岩石中挑选矿物,此外,它还应用在电子设备的废物回收方面.     

新型广谱金刚石破碎岩石工具的研制

新型广谱金刚石钻头由钻头钢体和金刚石刀头组成。金刚石刀头由若干含金刚石孕镶层和纯合金层相间组成，该新型金刚石头破碎岩石是以金刚石破碎为主，以破碎穴效应为辅的方式进行的。     

岩石颗粒破碎的尺寸效应

固体颗粒破碎强度的尺寸效应是一种普遍存在的现象,冰块、岩石颗粒、陶瓷和混凝土块等的破碎强度都表现出随颗粒直径增加而减小的现象,分形模型为解释固体颗粒破碎强度的尺寸效应提供了可行的方法。本文采用Steacy和Sammis分形模型模拟了岩石颗粒压碎特征,分析岩石颗粒破碎后的颗粒分布规律,给出颗粒破碎分维的确定方法,建立颗粒压碎强度与粒径的理论关系,颗粒破碎强度与颗粒粒径的关系用分维D表示为fdD-3。已有的颗粒破碎分布的数据表明,岩石颗粒破碎的分维大约为2.50～2.60,颗粒破碎强度符合用分维表示的尺寸效应。     

空化水射流破碎岩石的机理研究

在不同泵压和淹没压力条件下,针对不同类型的空化喷嘴,对空化水射流的空泡云特性和破碎岩石机理进行了一系列实验研究,探讨了空化水射流的空泡云与冲蚀能力之间的相互关系。优化空化喷嘴结构和工作条件以减小泵压,从而降低输入能量。空泡云的可视化研究显示缩放形喷嘴产生的空化云的长度和宽度比收敛形喷嘴的大。研究表明,空化水射流切割破碎岩石主要是由空泡的溃灭引起的,空泡云的长度等于靶距与切割深度之和;在切割破碎岩石时冲蚀效果只在开始几秒内发生,冲蚀深度并不随时间而增大。     

控制岩石破碎的岩体主结构面研究

本文将岩石破碎与结构面特性结合起来,分析了控制岩石破碎的主结构面的确定方法.得到了高密度、连续分布、闭合及强度相对较低的结构面就是爆破中要重点抓住的主结构面的结论.     

钻孔内岩石局部爆破破碎若干影响因素分析

钻孔内小自由面条件下对岩矿石局部进行准确地爆破破碎并非易事,这一问题的解决将有助于便捷地通过钻孔获取大量的矿物岩石,提高水溶法采盐、地浸采铀的作业效率,同时使得通过钻孔开采某些具有重大潜在价值的难采矿产成为可能,这无论对钻孔取样还是钻孔采矿都具有重要的意义。论述了钻孔内岩石爆破破碎涉及的技术问题,并对钻孔内岩石爆破破碎若干影响因素进行了分析。在充分考虑各种岩矿赋存条件的基础上,采取合理的加载形式获得钻孔局部岩层较好的爆破破碎效果是可行的。     

基于COMSOL的高压放电破碎岩石仿真研究

常规旋挖钻机在钻进硬岩地层钻孔桩时存在进尺困难,钻头磨损大等问题。高压脉冲放电岩石破碎技术作为一种新型非机械式岩石破碎技术,在硬岩钻进领域具有广阔的应用前景。本文在分析高压脉冲放电破碎岩石机理的基础上,运用COMSOL Multiphusics软件,建立电-热-力多物理场耦合模型,开展花岗岩和砂岩在电压、电极间距、电解质等条件下的破碎规律仿真研究。结果表明,随着电压的增大,岩石产生的破碎区域呈线性增大;电极间距的增大导致岩石破碎区域减小;液体介质的电导率大小对放电结果的影响不大;选用多电极对放电可有效增加岩石的破碎面积。研究结果可为高压放电破碎岩石技术提供参考。     

热力剥离破碎岩石试验

在莫斯科国立地质勘探大学实验室对热力剥离碎岩方法进行的试验研究表明,不同类型岩石(岩浆岩、沉积岩、变质岩)的抗拉强度均随加热温度的升高而降低,且降低幅度较大,因此钻进速度明显提高.岩石破碎的形式与温度有关,当温度为500～600 K时破碎是在组成岩石的矿物颗粒(晶粒)内部进行的;当温度超过600 K时,破碎是在矿物颗粒间进行的.技术比较先进并有发展前景的加热升温方法是火焰喷射法、电子束法、等离子法和激光法.影响热力钻进发展的主要问题是没有合适的加热升温装置和碎岩工具,建议对此进行研究和开发.     

空化射流在岩石破碎中的作用实验研究

在研究空泡云形成过程的基础上,总结了空泡云长度随泵压、围压的变化规律,指出空泡云长度随泵压增加而增加,随围压的增加,存在一最优的围压值,此时空泡云长度最大。论证了缩放型喷嘴与收缩型喷嘴在岩石破碎中的冲蚀性能差异,指出在相同泵压下缩放型喷嘴产生的空化射流对岩石质量冲蚀能力平均是收缩型喷嘴的7倍,同时指出随着围压的增大,缩放型喷嘴对岩石的冲蚀深度、切缝直径、冲蚀质量相应减少,对岩石冲蚀性能产生不利影响。     

金刚石钻进岩石破碎过程及其与规程参数关系的研究

金刚石钻进是我国的一种主要钻进方法,在地质勘探和油气井钻进中得到了广泛应用。为了提高其技术经济指标,研究金刚石钻进时岩石的应力变形状态、岩石破碎过程及其与规程参数的关系很有必要。俄罗斯钻探工作者在金刚石钻进岩石破碎方面做了大量的试验研究工作,研究了钻进速度与规程参数的优化关系,提出了临界规程参数组合的概念,推荐了保证正常钻进、防止钻头非正常磨损等的措施。值得我国同行们参考。     

脉冲磨料射流破碎岩石的实验研究

在淹没和非淹没状态下研究了脉冲射流的动态特性、振荡腔腔长、靶距、磨料浓度等参数与脉冲磨料射流的切割和冲蚀性能的关系,对比分析了脉冲磨料射流与前混合磨料射流在相同实验条件下对花岗岩及石灰岩等的冲蚀性能。实验结果表明,自激振荡射流频率随腔长增大而减小,随压力及流量的增大而增大;脉冲磨料射流的体积冲蚀速度在淹没状态下是前混合磨料射流的1.7倍,而在非淹没状态下为前混合磨料射流的1.4倍。     

岩石单颗粒压缩破碎的数值模拟分析

岩石颗粒破碎是影响粒状材料剪切强度和变形的最主要因素, 岩石颗粒破碎并不是想象的那么难, 像花岗岩颗粒有时在很小的压应力作用下就可以破碎。岩石单颗粒破碎的物理试验结果常常很离散, 完成大量单颗粒破碎的物理试验费时费力不现实, 采用离散单元法(Discrete element method, DEM)PFC软件模拟单颗粒压缩破碎试验, 既能克服单颗粒破碎物理试验的缺陷, 又能解决单颗粒破碎物理试验工作量大的难题, 是研究单颗粒破碎的理想选择。基于DEM的软件PFC2D, 将粒径为0.075～0.1245mm的基本粒子捆绑成不同粒径的单颗粒, 模拟岩石单颗粒压缩破碎试验, 观察颗粒破碎演化过程, 统计单颗粒破碎强度。计算单颗粒压缩破碎后颗粒分布的分维, 验证单颗粒破碎强度的分形模型和单颗粒破碎强度的尺寸效应。文中引用玄武岩单颗粒破碎试验结果, 与单颗粒破碎的离散单元模拟结果进行比较, 验证单颗粒破碎强度的尺寸效应和修正的Weibull理论的离散单元模拟结果。     

一种新的岩石可钻性分级方法研究

提出了用岩石Ａ、Ｂ值来表示岩石可钻性级别的新观点,研究了岩石Ａ、Ｂ值测定方法和原理;用岩石Ａ、Ｂ值来指导钻头配方设计是可行的。     

稀土硬质合金的研究进展及稀土在岩石破碎工具中的应用前景

综述了稀土在硬质合金中的应用研究进展，稀土添加剂的作用机理，近年来稀土在矿用硬质合金中的应用，指出了稀土在金属结合剂金刚石工具中可能应用的前景。     

基于能量跟踪法研究岩石破碎对滚石运动轨迹的影响

首次采用能量跟踪法(energy tracking method, ETM)研究岩石破碎对边坡滚石运动轨迹的影响。能量跟踪法是在冲量法的基础上发展多点能量守恒算法,提高了计算精度。相比于传统罚函数法,冲量法的优点在于:无需试算确定罚参数取值,减少了模拟计算量;能量跟踪法是解析解和数值解耦合算法,极大提高了计算速度。与传统的序列冲量法和同步冲量法相比,由于能量跟踪法能够模拟碰撞过程中多接触点之间的能量传递,可有效地和准确地模拟数千个碰撞体之间的高频碰撞。运用Weibull分布的破裂模式识别仿真法模拟滚石在下落过程中的破裂过程,并用于预测滚石运动轨迹。结果表明,(1)ETM能够合理地模拟三维边坡滚石运动轨迹;(2)当考虑岩石破碎效应时滚石碎块运动轨迹较之未考虑破碎时发生明显改变,水平侧向位移显著增加,需扩大边坡设计防护范围。研究成果验证了ETM和破裂模式识别仿真法在模拟滚石运动过程中的有效性,为研究滚石灾害的影响范围提供了有效的模拟工具。